How does an air conditioner actually work? - Anna Rothschild

תרגום: zeeva livshitz עריכה: Ido Dekkers

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

בדרך כלל, עם כל פיסת טכנולוגיה, אתם מוציאים את מה שאתם מכניסים.

Pump one unit of energy into an electric toaster

שאבו יחידת אנרגיה אחת לטוסטר חשמלי

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

ותקבלו בערך אחת החוצה בצורה של חום.

That’s just the first law of thermodynamics:

זה רק החוק הראשון של התרמודינמיקה:

energy has to be conserved.

יש לשמור על אנרגיה.

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

אבל יש פיסת טכנולוגיה שנקראת משאבת חום,

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

שבה על כל פיסת אנרגיה שאתם מכניסים, אתם מקבלים פי 3 עד 5 יותר חום החוצה.

What wizardry is this?

איזה מעשה כשפים זה?

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

משאבות חום זכו לשבחים כפתרון חימום ידידותי לאקלים

to traditional heaters,

לתנורי חימום מסורתיים,

most of which operate by burning fossil fuels.

שרובם פועלים על ידי שריפת דלקים מאובנים.

So much so that in 2021,

עד כדי כך שבשנת 2021

heating buildings was responsible for about 10%

חימום בניינים היה אחראי לכ-10%

of global energy-related CO2 emissions.

מפליטת ה- CO2 העולמית הקשורה לאנרגיה.

Heat pumps reduce emissions in two ways—

משאבות חום מפחיתות את הפליטות בשתי דרכים -

first, they run on electricity,

ראשית, הן פועלות על חשמל,

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

כלומר פחות שימוש בדלק מאובנים כאשר רשתות עושות את המעבר לאנרגיה מתחדשת.

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

ושנית, הם יעילים יותר ממקביליהם,

using less energy to produce the same amount of heat.

ומשתמשים בפחות אנרגיה כדי לייצר את אותה כמות חום.

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

כאשר דוד נפט או גז טיפוסי יעיל, במקרה הטוב, כ-90%,

some heat pumps can achieve 500% efficiency.

משאבות חום מסוימות יכולות להשיג יעילות של 500%.

Heat pumps rely on the same technology as air conditioners.

משאבות חום מסתמכות על אותה טכנולוגיה כמו מזגנים.

And in fact, they often double as air conditioners,

ולמעשה, לעתים קרובות הן משמשות כמזגנים,

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

מחממות את הבית בחורף ומקררות אותו בקיץ.

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

איך? מזגנים לוקחים חום מביתכם ומעבירים אותו החוצה.

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

לשם כך הם רותמים את החוק השני של התרמודינמיקה.

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

הוא זה שאומר שחום תמיד יעבור מאובייקט חם יותר

to a colder one.

לאובייקט קר יותר.

When you turn on your A/C,

כשאתם מפעילים את המזגן שלכם,

a fan blows the hot air from your home over coils

מאוורר נושף את האוויר החם מהבית שלכם מעל סלילים

containing a substance called a refrigerant.

המכילים חומר הנקרא נוזל קירור.

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

מולקולות של נוזל קירור הופכות לגז בטמפרטורות נמוכות יחסית,

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

כך כשהוא אוסף אנרגיה תרמית מהאוויר החם בביתכם, הוא רותח.

Then, it passes into a compressor,

לאחר מכן, הוא עובר למדחס,

which pushes the gas molecules closer together,

הדוחף את מולקולות הגז קרוב יותר זו לזו,

heating them up even more.

ומחמם אותן עוד יותר.

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

עכשיו הגז הזה חם הרבה יותר מהאוויר שבחוץ.

So when a fan blows over the refrigerant,

אז כאשר מאוורר נושף מעל המקפיא, אנרגיה תרמית עוברת לאוויר הקר יחסית בחוץ.

thermal energy transfers to the comparatively cold air outside.

As the refrigerant releases heat, it starts to liquefy.

כאשר המקפיא משחרר חום, הוא מתחיל להתנזל.

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

הוא עובר דרך שסתום הרחבה, שמוריד את הלחץ

causing it to get even colder.

וגורם לו להתקרר עוד יותר.

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

עכשיו, הוא מוכן לאסוף עוד חום מהבית שלכם ולהתחיל את המחזור שוב.

In winter, heat pumps work exactly the same way.

בחורף, משאבות חום עובדות בדיוק באותה צורה.

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

אבל הפעם הן קולטות חום מבחוץ ומעבירות אותו לבית שלכם.

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

כמובן שלפעמים קפוא בחוץ כשאתם רוצים להשתמש בתנור החימום שלכם.

But the air doesn’t need to be warm—

אבל האוויר לא צריך להיות חם -

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

הוא רק צריך להיות חם יותר מנוזל הקרור כדי להעביר את החום שלו.

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

כל זה נשמע נהדר, אבל לעת עתה יש כמה חסרונות לטכנולוגיה זו.

First, refrigerants can be potent greenhouse gases.

ראשית, נוזלי קרור יכולים להיות גזי חממה חזקים.

Hydrofluorocarbons are some of the most popular refrigerants.

הידרופלואורופחמנים הם חלק מנוזלי הקרור הפופולריים ביותר.

But a single hydrofluorocarbon molecule can have 2,000 times

אבל למולקולה אחת של הידרופלואורופחמן יכולה להיות השפעה פי 2,000

the global warming impact of CO2.

מההתחממות הגלובלית של CO2.

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

בזמן השימוש, נוזל הקירור נשאר מוכל בלולאה סגורה.

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

אך כאשר משאבות חום, מזגני אוויר ומקררים מותקנים בצורה לא נכונה

or thrown into landfills, the refrigerant can leak out.

או נזרקים למטמנות, נוזל הקירור יכול לדלוף החוצה.

So scientists are trying to create new refrigerants

אז מדענים מנסים ליצור נוזלי קרור חדשים

that are better for the environment.

טובים יותר לסביבה.

Also, the colder it is outside,

כמו כן, ככל שיהיה קר יותר בחוץ,

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

משאבת חום אוויר-אוויר תהיה פחות יעילה.

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

עם זאת, יותר ממחצית הבניינים בנורווגיה הקפואה משתמשים במשאבות חום.

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

יש אנשים שם שבחרו במשאבות ששואבות חום מתחת לאדמה,

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

שנשארות חמות באופן עקבי יותר, ולא חום מהאוויר.

Finally, there's the cost.

לבסוף, יש את העלות.

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

בארה"ב, התקנת משאבת חום קטנה עולה בדרך כלל כמה אלפי דולרים,

though some people need more powerful systems,

אם כי יש אנשים שזקוקים למערכות חזקות יותר,

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

תלוי בגודל ביתם או בטמפרטורה בחורף.

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

לעתים קרובות הם יקרים רק קצת יותר מהתקנת מערכת מיזוג אוויר חדשה,

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

ומשאבת החום יכולה לחסוך כסף על חשמל בטווח הרחוק.

But replacing a working system requires an upfront investment

אבל החלפת מערכת עובדת דורשת השקעה מראש

that a lot of people just don’t have.

שלהרבה אנשים פשוט אין.

Still, as the risks of climate change loom,

ובכל זאת, ככל שהסיכונים לשינויי אקלים גוברים,

many countries are offering subsidies to help with the costs.

מדינות רבות מציעות סובסידיות כדי לסייע בעלויות.

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

וכמה ערים רותמות באופן יצירתי ים, ביוב ומרכזי נתונים

as heat sources, using heat pumps in manufacturing,

כמקורות חום, משתמשות במשאבות חום בייצור,

and even creating giant heat pumps for entire districts.

ואפילו יוצרות משאבות חום ענקיות למחוזות שלמים.

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

אז האם משאבות חום אכן מפרות את החוק הראשון של התרמודינמיקה?

Of course not.

כמובן שלא.

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

הן פשוט לא משתמשות בחשמל שלהם כדי לייצר חום.

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

הן משתמשות בו כדי להפעיל את המדחס ולסובב את המאווררים.

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

הם מקבלים את האנרגיה הנוספת בחינם- מחום באוויר או מתחת לאדמה.

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

וכך, על ידי הכנסת יחידת אנרגיה אחת,

you get 3 to 5 units of heat out.

אתם מקבלים 3 עד 5 יחידות חום החוצה.

Seems like magic, but it's just physics.

נראה כמו קסם, אבל זו רק פיזיקה.