How does an air conditioner actually work? - Anna Rothschild

번역: Katie Park 검토: DK Kim

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

일반적으로 어떤 기술을 사용하든 투자한 만큼만 얻을 수 있습니다.

Pump one unit of energy into an electric toaster

전기 토스터에 에너지를 한 단위 넣으면

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

에너지 약 한 단위가 열로 나옵니다.

That’s just the first law of thermodynamics:

이게 바로 열역학의 첫 번째 법칙입니다.

energy has to be conserved.

에너지는 보존되어야 한다.

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

그런데 열 펌프라는 기술이 있습니다.

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

이것은 투입한 에너지 한 단위마다 3~5배 정도 열을 배출합니다.

What wizardry is this?

이게 무슨 마법이죠?

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

열 펌프는기후 친화적인 난방 방법으로

to traditional heaters,

대부분 화석 연료를 태워 작동하는 기존 히터에 비해 환영 받고 있습니다.

most of which operate by burning fossil fuels.

So much so that in 2021,

난방에 화석 연료를 태우기 때문에 2021년에는

heating buildings was responsible for about 10%

전 세계 에너지 관련 CO2 배출량의 약 10%를 건물 난방이 차지했습니다.

of global energy-related CO2 emissions.

Heat pumps reduce emissions in two ways—

열 펌프는 두 가지 방식으로 배출량을 줄입니다.

first, they run on electricity,

첫 번째는 전기로 가동되기 때문에

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

동력원이 재생 에너지로 전환되면서 화석 연료 사용량이 줄어듭니다.

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

둘째, 다른 제품보다 더 효율적이라서

using less energy to produce the same amount of heat.

열을 같은 양 생성하는 데 에너지를 더 조금 사용합니다.

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

일반적인 기름 또는 가스 보일러의 효율은 기껏해야 90% 정도이지만

some heat pumps can achieve 500% efficiency.

일부 열 펌프는 500% 효율을 달성할 수 있습니다.

Heat pumps rely on the same technology as air conditioners.

열 펌프는 에어컨과 동일한 기술을 사용합니다.

And in fact, they often double as air conditioners,

실제로 에어컨으로 사용되는 경우도 많은데,

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

겨울에는 집을 따뜻하게 하고 여름에는 시원하게 합니다.

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

어떻게 할까요?

에어컨은 집 안의 열을 밖으로 내보냅니다.

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

이를 위해, 열역학 제2 법칙을 활용하죠.

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

열은 더 뜨거운 것에서 더 차가운 것으로 이동한다는 것입니다.

to a colder one.

When you turn on your A/C,

에어컨을 켜면,

a fan blows the hot air from your home over coils

팬이 집 안의 뜨거운 공기를 코일 위로 불어넣습니다.

containing a substance called a refrigerant.

코일에는 냉매라는 물질이 들어 있죠.

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

냉매 분자는 비교적 낮은 온도에서 기체로 변하기 때문에

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

집 안의 뜨거운 공기에서 열 에너지를 모으면 끓게 됩니다.

Then, it passes into a compressor,

그런 다음 압축기로 들어가고

which pushes the gas molecules closer together,

압축기는 기체 분자를 서로 더 가까이 밀어서

heating them up even more.

훨씬 더 뜨겁게 만듭니다.

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

이제 이 기체는 외부 공기보다 훨씬 뜨겁습니다.

So when a fan blows over the refrigerant,

따라서 팬이 냉매에 바람을 불면

thermal energy transfers to the comparatively cold air outside.

열 에너지가 외부의 비교적 차가운 공기로 이동합니다.

As the refrigerant releases heat, it starts to liquefy.

냉매가 열을 방출하면 액화하기 시작합니다.

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

팽창 밸브를 통과하면서 압력이 낮아지고

causing it to get even colder.

이 액체는 훨씬 더 차가워집니다.

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

이제 집에서 더 많은 열을 받아 순환을 다시 시작할 준비가 되었습니다.

In winter, heat pumps work exactly the same way.

겨울철에도 열 펌프는 정확히 같은 방식으로 작동합니다.

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

하지만 이번에는 외부에서 열을 받아 집안으로 옮깁니다.

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

물론 난방기를 사용하고 싶은데 밖이 꽁꽁 얼 만큼 춥기도 하죠.

But the air doesn’t need to be warm—

그런데 공기가 꼭 따뜻할 필요는 없습니다.

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

냉매보다 따뜻하기만 하면 열을 전달할 수 있습니다.

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

이 모든 것이 훌륭하게 들리지만,

현재 이 기술에는 몇 가지 단점이 있습니다.

First, refrigerants can be potent greenhouse gases.

첫째, 냉매는 강력한 온실가스가 될 수 있습니다.

Hydrofluorocarbons are some of the most popular refrigerants.

수소 불화 탄소는 가장 널리 사용되는 냉매입니다.

But a single hydrofluorocarbon molecule can have 2,000 times

하지만 수소 불화 탄소가 지구 온난화에 미치는 영향은

이산화 탄소가 미치는 영향의 2,000배에 달할 수 있습니다.

the global warming impact of CO2.

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

사용 중에는 냉매가 폐회로 상태로 유지됩니다.

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

그러나 열 펌프, 에어컨 및 냉장고를 잘못 설치하거나

or thrown into landfills, the refrigerant can leak out.

매립지에 폐기되면 냉매가 누출될 수 있습니다.

So scientists are trying to create new refrigerants

그래서 과학자들은 환경에 더 좋은 새로운 냉매를 만들려고 노력합니다.

that are better for the environment.

Also, the colder it is outside,

또한 외부가 추울수록

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

공기 대 공기 열 펌프의 효율이 떨어집니다.

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

그럼에도, 아주 추운 노르웨이에서는 절반 이상 건물이 열 펌프를 씁니다.

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

일부 사람들은 땅속에서 열을 끌어오는 펌프를 선택했는데,

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

이 펌프는 공기에서 나오는 열보다 더 안정적으로 따뜻하게 유지됩니다.

Finally, there's the cost.

마지막으로 비용이 있습니다.

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

소형 열 펌프를 설치하는 데 미국에서는 보통 수천 달러가 들지만,

though some people need more powerful systems,

집의 크기나 겨울철 기온에 따라

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

더 강력한 시스템이 필요할 수도 있습니다.

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

새 에어컨을 설치하는 것보다 대개 비용이 조금 더 들 뿐이며,

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

열 펌프를 사용하면 장기적으로 에너지 비용을 절약할 수 있습니다.

But replacing a working system requires an upfront investment

하지만 현재 시스템을 교체하려면 초기 투자가 필요한데

that a lot of people just don’t have.

많은 사람들에게는 불가능한 일이죠.

Still, as the risks of climate change loom,

그렇지만 기후 변화 위험이 다가오고 있기 때문에

many countries are offering subsidies to help with the costs.

많은 국가에서 보조금을 지원하고 있습니다.

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

일부 도시에서는 창의적으로

바다, 하수, 데이터 센터를 열원으로 활용하거나,

as heat sources, using heat pumps in manufacturing,

제조업에 열 펌프를 사용하고,

and even creating giant heat pumps for entire districts.

지역 전체용으로 거대한 열 펌프를 만들기도 합니다.

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

그러면 열 펌프가 실제로 열역학 제1 법칙을 어기는 걸까요?

Of course not.

물론 아니죠.

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

단지 열을 만드는 데 전기를 사용하지 않을 뿐입니다.

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

전기는 압축기에 동력을 공급하고 팬을 돌리는 데 쓰고 있죠.

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

공기나 지하의 열에서 추가 에너지를 무료로 얻습니다.

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

즉, 에너지를 한 단위 투입하면

you get 3 to 5 units of heat out.

열이 3~5단위 방출됩니다.

Seems like magic, but it's just physics.

마법처럼 보이지만 그냥 물리학일 뿐이에요.