How does an air conditioner actually work? - Anna Rothschild

Переводчик: Natalia Savvidi Редактор: Alena Chernykh

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

Как правило, при использовании какой бы то ни было технологии

вы получаете то, что вложили:

Pump one unit of energy into an electric toaster

вводя одну единицу энергии в электрический тостер,

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

вы получаете примерно одну единицу энергии в виде тепла.

That’s just the first law of thermodynamics:

Это всего лишь первый закон термодинамики:

energy has to be conserved.

энергия должна сохраняться.

Но есть технологическое устройство, называемое тепловым насосом,

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

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

в котором на каждую вложенную единицу энергии

выделяется в три-пять раз больше тепла.

What wizardry is this?

Что это за волшебство?

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

Тепловые насосы считаются экологически безопасным решением

для традиционных отопительных приборов,

to traditional heaters,

most of which operate by burning fossil fuels.

которые большей частью работают на ископаемом топливе.

До такой степени, что в 2021 году

So much so that in 2021,

heating buildings was responsible for about 10%

около 10% глобальных выбросов CO2, связанных с энергетикой,

of global energy-related CO2 emissions.

происходило из-за отопления зданий.

Тепловые насосы сокращают выбросы двумя способами:

Heat pumps reduce emissions in two ways—

first, they run on electricity,

во-первых, они работают на электричестве,

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

что сокращает использование ископаемого топлива

при переходе сетей на возобновляемые источники энергии.

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

Во-вторых, они эффективнее других устройств

using less energy to produce the same amount of heat.

и потребляют меньше энергии для производства того же количества тепла.

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

Если типичный масляный или газовый котёл имеет в лучшем случае КПД около 90%,

some heat pumps can achieve 500% efficiency.

некоторые тепловые насосы могут достигать 500% эффективности.

Heat pumps rely on the same technology as air conditioners.

Тепловые насосы используют ту же технологию, что и кондиционеры.

And in fact, they often double as air conditioners,

Фактически, они часто используются в качестве кондиционеров,

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

обогревая ваш дом зимой и охлаждая его летом.

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

Как? Кондиционеры забирают тепло из вашего дома и выводят его на улицу.

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

Для этого они используют второй закон термодинамики,

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

согласно которому тепло всегда будет перемещаться

от более горячего объекта к более холодному.

to a colder one.

When you turn on your A/C,

Когда вы включаете кондиционер,

a fan blows the hot air from your home over coils

вентилятор продувает горячий воздух из вашего дома через змеевики,

containing a substance called a refrigerant.

содержащие вещество, называемое хладагентом.

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

Молекулы хладагента превращаются в газ при относительно низких температурах,

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

поэтому, получая тепловую энергию от горячего воздуха в доме, они закипают.

Then, it passes into a compressor,

Затем газ попадает в компрессор,

which pushes the gas molecules closer together,

который сближает молекулы газа

heating them up even more.

и нагревает их ещё больше.

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

Теперь этот газ намного горячее, чем наружный воздух.

Таким образом, когда вентилятор обдувает хладагент,

So when a fan blows over the refrigerant,

thermal energy transfers to the comparatively cold air outside.

тепловая энергия передаётся сравнительно холодному наружному воздуху.

As the refrigerant releases heat, it starts to liquefy.

Когда хладагент выделяет тепло, он начинает сжижаться.

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

Он проходит через расширительный клапан, который снижает давление,

causing it to get even colder.

что приводит к ещё большему его охлаждению.

Теперь он готов получить новую порцию тепла из вашего дома

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

и снова запустить цикл.

In winter, heat pumps work exactly the same way.

Зимой тепловые насосы работают точно так же.

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

Но тогда они забирают тепло извне и переносят его в ваш дом.

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

Конечно, иногда на улице бывает мороз,

когда вы хотите использовать свой обогреватель.

But the air doesn’t need to be warm—

Но необязательно, чтобы воздух был тёплым —

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

для передачи тепла ему просто нужно быть теплее хладагента.

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

Всё это звучит великолепно, но пока что у этой технологии есть недостатки.

First, refrigerants can be potent greenhouse gases.

Во-первых, хладагенты могут быть мощными парниковыми газами.

Hydrofluorocarbons are some of the most popular refrigerants.

Одни из самых популярных хладагентов — это гидрофторуглероды.

But a single hydrofluorocarbon molecule can have 2,000 times

Но одна молекула гидрофторуглеродов может действовать на глобальное потепление

the global warming impact of CO2.

в 2 000 раз сильнее, чем CO2.

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

При использовании хладагент остаётся в замкнутом контуре.

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

Но если тепловые насосы, кондиционеры и холодильники установлены неправильно

or thrown into landfills, the refrigerant can leak out.

или выбрасываются на свалки, хладагент может вытечь.

So scientists are trying to create new refrigerants

Поэтому учёные пытаются создать новые хладагенты,

that are better for the environment.

более безопасные для окружающей среды.

Also, the colder it is outside,

Кроме того, чем холоднее на улице,

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

тем менее эффективным будет тепловой насос типа «воздух-воздух».

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

Однако более половины зданий в ледяной Норвегии

используют тепловые насосы.

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

Некоторые жители используют насосы,

извлекающие тепло не из воздуха, а из-под земли,

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

которая более стабильно сохраняет тепло.

Finally, there's the cost.

И наконец, роль играет и стоимость.

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

В США установка небольшого теплового насоса

обычно стоит несколько тысяч долларов,

though some people need more powerful systems,

хотя некоторым людям нужны более мощные системы

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

в зависимости от размера дома или температуры зимой.

Часто они ненамного дороже, чем установка новой системы кондиционирования,

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

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

а в долгосрочной перспективе

тепловой насос позволяет сэкономить на оборудовании.

But replacing a working system requires an upfront investment

Но замена рабочей системы требует стартовой инвестиции,

that a lot of people just don’t have.

для которой у многих людей просто нет средств.

Still, as the risks of climate change loom,

Однако с увеличением рисков, связанных с изменением климата,

many countries are offering subsidies to help with the costs.

многие страны предлагают субсидии для покрытия расходов.

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

А некоторые города творчески используют

моря, сточные воды и центры обработки данных

as heat sources, using heat pumps in manufacturing,

в качестве источников тепла, используют тепловые насосы в производстве

and even creating giant heat pumps for entire districts.

и даже создают гигантские тепловые насосы для целых районов.

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

Действительно ли тепловые насосы нарушают первый закон термодинамики?

Of course not.

Конечно же, нет.

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

Просто электричество используется ими не для производства тепла,

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

а для питания компрессора и вращения вентиляторов.

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

Они получают дополнительную энергию бесплатно —

от тепла в воздухе или под землей.

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

Таким образом, вложив одну единицу энергии,

you get 3 to 5 units of heat out.

вы получаете от трёх до пяти единиц тепла.

Seems like magic, but it's just physics.

Похоже на магию, но это всего лишь физика.