How does an air conditioner actually work? - Anna Rothschild

المترجم: Hani Eldalees المدقّق: Shimaa Nabil

Typically, with any piece of technology, you get out what you put in.

عادةً، مع أي قطعة من التكنولوجيا، تحصل على ما تضعه.

Pump one unit of energy into an electric toaster

قم بضخ وحدة واحدة من الطاقة في محمصة كهربائية

and you get about one out in the form of heat.

وستحصل على حوالي واحدة على شكل حرارة.

That’s just the first law of thermodynamics:

هذا مجرد القانون الأول للديناميكا الحرارية:

energy has to be conserved.

يجب الحفاظ على الطاقة.

But there's a piece of technology called a heat pump,

ولكن هناك تقنية تسمى المضخة الحرارية،

where for every bit of energy you put in, you get 3 to 5 times as much heat out.

حيث مقابل كل جزء من الطاقة التي تدخلها، تحصل على 3 إلى 5 كمية الحرارة المنبعثة.

What wizardry is this?

ما هي هذه السحر؟

Heat pumps have been hailed as a climate-friendly heating solution

تم الترحيب بالمضخات الحرارية كحل تدفئة صديق للمناخ

to traditional heaters,

للسخانات التقليدية،

most of which operate by burning fossil fuels.

والتي يعمل معظمها عن طريق حرق الوقود الأحفوري.

So much so that in 2021,

لدرجة أنه في عام 2021،

heating buildings was responsible for about 10%

كانت تدفئة المباني مسؤولة عن حوالي 10٪

of global energy-related CO2 emissions.

من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المرتبطة بالطاقة.

Heat pumps reduce emissions in two ways—

تقلل المضخات الحرارية الانبعاثات بطريقتين -

first, they run on electricity,

أولاً، تعمل بالكهرباء،

meaning less fossil fuel use as grids make the switch to renewable energy.

مما يعني تقليل استخدام الوقود الأحفوري حيث تتحول الشبكات إلى الطاقة المتجددة.

And second, they're more efficient than their counterparts,

وثانيًا، إنها أكثر كفاءة من نظيراتها،

using less energy to produce the same amount of heat.

حيث تستخدم طاقة أقل لإنتاج نفس الكمية من الحرارة.

Where a typical oil or gas boiler is, at best, about 90% efficient,

فغلاية تقليدية تعمل بالزيت أو الغاز، في أحسن الأحوال، فعالة بنسبة 90٪ تقريبًا،

some heat pumps can achieve 500% efficiency.

يمكن لبعض المضخات الحرارية تحقيق كفاءة بنسبة 500٪.

Heat pumps rely on the same technology as air conditioners.

تعتمد المضخات الحرارية على نفس تقنية مكيفات الهواء.

And in fact, they often double as air conditioners,

وفي الواقع، غالبًا ما تعمل كمكيفات هواء

heating your home in the winter and cooling it in the summer.

لتدفئة منزلك في الشتاء وتبريده في الصيف.

How? Air conditioners take heat from your home and move it outside.

كيف؟ تقوم مكيفات الهواء بسحب الحرارة من منزلك ونقلها إلى الخارج.

To do so, they harness the second law of thermodynamics.

للقيام بذلك، يستخدمون القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

That’s the one that says that heat will always move from a hotter object

هذا هو الذي يقول أن الحرارة ستنتقل دائمًا من جسم أكثر سخونة

to a colder one.

إلى جسم أكثر برودة.

When you turn on your A/C,

عند تشغيل مكيف الهواء،

a fan blows the hot air from your home over coils

تقوم مروحة بنفخ الهواء الساخن من منزلك فوق لفائف

containing a substance called a refrigerant.

تحتوي على مادة تسمى المبرد.

A refrigerant’s molecules turn to gas at relatively low temperatures,

تتحول جزيئات المبرد إلى غاز في درجات حرارة منخفضة نسبيًا،

so as it collects thermal energy from the hot air in your home, it boils.

بحيث تجمع الطاقة الحرارية من الهواء الساخن في منزلك، وتغلي.

Then, it passes into a compressor,

ثم ينتقل إلى الضاغط،

which pushes the gas molecules closer together,

الذي يدفع جزيئات الغاز بالقرب من بعضها البعض،

heating them up even more.

مما يؤدي إلى تسخينها بدرجة أكبر.

Now that gas is hot— way hotter than the outside air.

الآن أصبح هذا الغاز ساخنًا أكثر سخونة من الهواء الخارجي.

So when a fan blows over the refrigerant,

لذلك عندما تهب مروحة فوق المبرد،

thermal energy transfers to the comparatively cold air outside.

تنتقل الطاقة الحرارية إلى الهواء البارد نسبيًا بالخارج.

As the refrigerant releases heat, it starts to liquefy.

عندما يطلق المبرد الحرارة، يبدأ في التسييل.

It goes through an expansion valve, which decreases the pressure,

يمر عبر صمام التمدد، مما يقلل الضغط،

causing it to get even colder.

مما يجعله أكثر برودة.

Now, it’s ready to pick up more heat from your house and start the cycle again.

الآن، أصبح جاهزا لالتقاط المزيد من الحرارة من منزلك وبدء الدورة مرة أخرى.

In winter, heat pumps work exactly the same way.

في فصل الشتاء، تعمل المضخات الحرارية بنفس الطريقة تمامًا.

But this time they pick up heat from outside and move it into your home.

لكن هذه المرة يلتقطون الحرارة من الخارج وينقلونها إلى منزلك.

Of course, it’s sometimes freezing outside when you want to use your heater.

بالطبع، يكون الجو باردًا في بعض الأحيان في الخارج عندما تريد استخدام السخان.

But the air doesn’t need to be warm—

لكن الهواء لا يحتاج ليكون دافئًا -

it just needs to be warmer than the refrigerant to transfer its heat.

بل يحتاج فقط إلى أن يكون أكثر دفئًا من المبرد لنقل حرارته.

All this sounds great, but for now there are some drawbacks to this technology.

كل هذا يبدو رائعًا، ولكن في الوقت الحالي هناك بعض العيوب لهذه التكنولوجيا.

First, refrigerants can be potent greenhouse gases.

أولاً، يمكن أن تكون المبردات غازات الاحتباس الحراري القوية.

Hydrofluorocarbons are some of the most popular refrigerants.

تعتبر مركبات الهيدروفلوروكربون من أكثر المبردات شيوعًا.

But a single hydrofluorocarbon molecule can have 2,000 times

لكن جزيء هيدروفلوروكربون واحد يمكن أن يؤثر على الاحتباس الحراري بمقدار 2000 ضعف

the global warming impact of CO2.

تأثير ثاني أكسيد الكربون على الاحتباس الحراري.

While in use, the refrigerant stays contained in a closed loop.

أثناء الاستخدام، يظل المبرد موجودًا في حلقة مغلقة.

But when heat pumps, A/Cs, and refrigerators are improperly installed

ولكن عندما يتم تركيب المضخات الحرارية وأجهزة التكييف والثلاجات بشكل غير صحيح

or thrown into landfills, the refrigerant can leak out.

أو رميها في مدافن النفايات، يمكن أن يتسرب المبرد.

So scientists are trying to create new refrigerants

لذلك يحاول العلماء إنشاء مبردات جديدة

that are better for the environment.

أفضل للبيئة.

Also, the colder it is outside,

أيضًا، كلما كان الجو أكثر برودة في الخارج،

the less efficient an air-to-air heat pump will be.

كلما كانت المضخة الحرارية من الهواء إلى الهواء أقل كفاءة.

Nevertheless, over half the buildings in icy Norway use heat pumps.

ومع ذلك، فإن أكثر من نصف المباني في النرويج الجليدية تستخدم مضخات حرارية.

Some people there have opted for pumps that draw heat from under the ground,

اختار بعض الأشخاص هناك المضخات التي تسحب الحرارة من تحت الأرض،

which stays more consistently warm, rather than heat from the air.

والتي تظل دافئة باستمرار، بدلاً من الحرارة من الهواء.

Finally, there's the cost.

أخيرًا، هناك التكلفة.

In the US, installing a small heat pump usually costs several thousand dollars,

في الولايات المتحدة، عادةً ما يكلف تركيب مضخة حرارية صغيرة عدة آلاف من الدولارات،

though some people need more powerful systems,

بالرغم من أن بعض الأشخاص يحتاجون لأنظمة أقوى،

depending on the size of their home or the temperature in winter.

اعتمادًا على حجم منزلهم أو درجة الحرارة في الشتاء.

Often they’re only a little more expensive than installing a new A/C system,

غالبًا ما تكون أغلى قليلاً من تركيب نظام تكييف جديد،

and the heat pump can save money on utilities in the long run.

ويمكن للمضخة الحرارية توفير المال على المدى الطويل.

But replacing a working system requires an upfront investment

لكن استبدال نظام العمل يتطلب استثمارًا مقدمًا

that a lot of people just don’t have.

لا يمتلكه الكثير من الناس.

Still, as the risks of climate change loom,

ومع ذلك، ومع اقتراب مخاطر تغير المناخ،

many countries are offering subsidies to help with the costs.

تقدم العديد من البلدان إعانات للمساعدة في تحمل التكاليف.

And some cities are creatively harnessing seas, sewage, and data centers

وتقوم بعض المدن بتسخير البحار والصرف الصحي ومراكز البيانات بشكل إبداعي

as heat sources, using heat pumps in manufacturing,

كمصادر للحرارة، باستخدام المضخات الحرارية في التصنيع،

and even creating giant heat pumps for entire districts.

وحتى إنشاء مضخات حرارية عملاقة لمناطق بأكملها.

So, are heat pumps actually breaking the first law of thermodynamics?

إذن، هل المضخات الحرارية تنتهك بالفعل القانون الأول للديناميكا الحرارية؟

Of course not.

بالطبع لا.

They’re just not using their electricity to make heat.

إنهم فقط لا يستخدمون الكهرباء لتوليد الحرارة.

They're using it to power the compressor and spin the fans.

إنهم يستخدمونه لتشغيل الضاغط وتدوير المراوح.

They get the extra energy for free— from heat in the air or underground.

يحصلون على الطاقة الإضافية مجانًا - من الحرارة في الهواء أو تحت الأرض.

Which is how, by putting in 1 unit of energy,

وهذه هي الطريقة، من خلال وضع وحدة واحدة من الطاقة،

you get 3 to 5 units of heat out.

تحصل على 3 إلى 5 وحدات من الحرارة.

Seems like magic, but it's just physics.

يبدو وكأنه سحر، لكنه مجرد فيزياء.