How does an air conditioner actually work? - Anna Rothschild

Translator: 24 Anh

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

Nói chung, dù sử dụng công nghệ nào, bạn sẽ chỉ nhận lại những gì bạn đưa vào.

Pump one unit of energy into an electric toaster

Khi đẩy một đơn vị năng lượng vào máy nướng bánh mì điện,

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

sẽ có khoảng một đơn vị năng lượng tỏa ra ở dạng nhiệt.

That’s just the first law of thermodynamics:

Đó chính là nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học:

energy has to be conserved.

năng lượng phải được bảo toàn.

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

Nhưng có một công nghệ được gọi là bơm nhiệt,

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

giải phóng lượng nhiệt gấp ba đến năm lần cho mỗi đơn vị năng lượng đầu vào.

What wizardry is this?

Phép thuật gì thế này?

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

Máy bơm nhiệt được ca ngợi là giải pháp sưởi ấm thân thiện với khí hậu

to traditional heaters,

so với lò sưởi truyền thống,

most of which operate by burning fossil fuels.

hầu hết trong số lò sưởi chạy bằng nhiên liệu hóa thạch.

So much so that in 2021,

Đến nỗi vào năm 2021,

heating buildings was responsible for about 10%

hệ thống sưởi của tòa nhà chiếm khoảng 10%

of global energy-related CO2 emissions.

lượng khí thải CO2 liên quan đến năng lượng toàn cầu.

Heat pumps reduce emissions in two ways—

Máy bơm nhiệt giảm khí thải theo hai cách—

first, they run on electricity,

đầu tiên, chúng chạy bằng điện,

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

việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch sẽ ít đi

khi nguồn điện chuyển sang năng lượng tái tạo.

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

Và thứ hai, chúng hiệu quả hơn so với các sản phẩm tương tự,

using less energy to produce the same amount of heat.

sử dụng ít năng lượng hơn để tạo ra cùng một lượng nhiệt.

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

Nếu nồi hơi dầu hoặc khí thông thường đạt hiệu suất tốt nhất là khoảng 90%,

some heat pumps can achieve 500% efficiency.

thì một số máy bơm nhiệt có thể đạt hiệu suất 500%.

Heat pumps rely on the same technology as air conditioners.

Máy bơm nhiệt dựa trên công nghệ giống với máy điều hòa không khí.

And in fact, they often double as air conditioners,

Trên thực tế, chúng thường được dùng làm máy điều hòa không khí,

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

sưởi ấm ngôi nhà của bạn vào mùa đông và làm mát nhà vào mùa hè.

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

Bằng cách nào?

Điều hòa không khí truyền nhiệt từ nhà của bạn ra bên ngoài.

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

Để làm được như vậy, chúng dùng đến nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học.

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

Đó là nguyên lý rằng nhiệt sẽ luôn truyền từ vật nóng hơn

to a colder one.

sang vật lạnh hơn.

When you turn on your A/C,

Khi bạn bật điều hòa,

a fan blows the hot air from your home over coils

quạt thổi không khí nóng từ nhà của bạn đi qua các cuộn dây

containing a substance called a refrigerant.

có chứa một chất gọi là chất làm lạnh.

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

Các phân tử chất làm lạnh hóa thành khí ở nhiệt độ tương đối thấp,

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

vì thế nó sôi lên khi thu năng lượng nhiệt từ không khí nóng trong nhà bạn.

Then, it passes into a compressor,

Sau đó, nó đi vào một máy nén,

which pushes the gas molecules closer together,

đẩy các phân tử khí lại gần nhau hơn,

heating them up even more.

làm chúng càng thêm nóng hơn.

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

Bây giờ, khí đó đang nóng— hơn cả không khí bên ngoài.

So when a fan blows over the refrigerant,

Vì vậy, khi quạt thổi qua chất làm lạnh,

thermal energy transfers to the comparatively cold air outside.

nhiệt năng sẽ được truyền ra không khí tương đối lạnh bên ngoài.

As the refrigerant releases heat, it starts to liquefy.

Khi chất làm lạnh giải phóng nhiệt, nó bắt đầu hóa lỏng.

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

Nó đi qua một van giãn nở mà làm giảm áp suất,

causing it to get even colder.

khiến chất làm lạnh trở nên lạnh hơn.

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

Bây giờ, nó đã sẵn sàng để thu thêm nhiệt từ ngôi nhà của bạn và bắt đầu lại chu kỳ.

In winter, heat pumps work exactly the same way.

Vào mùa đông, máy bơm nhiệt hoạt động theo đúng cách tương tự.

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

Nhưng lần này chúng thu nhiệt từ bên ngoài và truyền vào nhà của bạn.

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

Tất nhiên, đôi khi bên ngoài trời lạnh vào lúc bạn muốn sử dụng lò sưởi.

But the air doesn’t need to be warm—

Nhưng không khí không nhất thiết phải ấm—

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

chỉ cần ấm hơn chất làm lạnh để truyền nhiệt.

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

Tất cả điều này nghe có vẻ tuyệt vời, nhưng công nghệ này hiện còn vài hạn chế.

First, refrigerants can be potent greenhouse gases.

Đầu tiên, chất làm lạnh có thể là khí nhà kính mạnh.

Hydrofluorocarbons are some of the most popular refrigerants.

Hydrofluorocarbon (HFC) là một số chất làm lạnh phổ biến nhất.

But a single hydrofluorocarbon molecule can have 2,000 times

Nhưng chỉ riêng một phân tử HFC

cũng có thể gây tác động biến đổi khí hậu gấp 2.000 lần so với CO2.

the global warming impact of CO2.

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

Trong quá trình sử dụng, chất làm lạnh vẫn ở trạng thái tuần hoàn kín.

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

Nhưng khi máy bơm nhiệt, điều hòa và tủ lạnh được lắp đặt không đúng cách

or thrown into landfills, the refrigerant can leak out.

hoặc vứt vào các bãi rác, chất làm lạnh có thể rò rỉ ra ngoài.

So scientists are trying to create new refrigerants

Vì vậy, các nhà khoa học đang cố tạo ra chất làm lạnh mới

that are better for the environment.

thân thiện hơn với môi trường.

Also, the colder it is outside,

Ngoài ra, ngoài trời càng lạnh,

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

máy bơm nhiệt không khí đối không khí sẽ càng kém hiệu quả.

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

Dù vậy, hơn một nửa các tòa nhà ở Na Uy lạnh giá sử dụng máy bơm nhiệt.

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

Một số người ở đó đã chọn máy bơm nhiệt hút nhiệt từ dưới mặt đất,

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

giúp giữ ấm ổn định hơn, thay vì nhiệt từ không khí.

Finally, there's the cost.

Cuối cùng, xét đến chi phí.

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

Ở Mỹ, việc lắp đặt một máy bơm nhiệt nhỏ thường tốn vài nghìn đô la,

though some people need more powerful systems,

mặc dù một số người cần hệ thống mạnh hơn,

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

tùy thuộc vào kích thước nhà của họ hoặc nhiệt độ trong mùa đông.

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

Việc lắp đặt bơm nhiệt thường chỉ đắt hơn một chút so với một hệ thống điều hòa mới,

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

và máy bơm nhiệt có thể tiết kiệm tiền điện về lâu dài.

But replacing a working system requires an upfront investment

Nhưng để thay thế hệ thống đang hoạt động đòi hỏi khoản đầu tư trả trước

that a lot of people just don’t have.

mà rất nhiều người không đủ khả năng.

Still, as the risks of climate change loom,

Tuy nhiên, khi rủi ro của biến đổi khí hậu đang rình rập,

many countries are offering subsidies to help with the costs.

nhiều quốc gia đang áp dụng trợ cấp để hỗ trợ chi phí.

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

Và vài thành phố rất sáng tạo khi tận dụng biển, nước thải và trung tâm dữ liệu

as heat sources, using heat pumps in manufacturing,

để làm nguồn nhiệt,

sử dụng máy bơm nhiệt trong sản xuất,

and even creating giant heat pumps for entire districts.

và thậm chí tạo ra các máy bơm nhiệt khổng lồ cho toàn bộ các quận.

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

Vậy, máy bơm nhiệt có thực sự phá vỡ nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học?

Of course not.

Tất nhiên là không.

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

Chỉ là chúng không dùng điện để tạo ra nhiệt.

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

Chúng dùng điện để cung cấp năng lượng cho máy nén và xoay cánh quạt.

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

Chúng nhận thêm năng lượng miễn phí—

từ nhiệt trong không khí hoặc dưới lòng đất.

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

Đó cũng là cách mà máy nhận vào một đơn vị năng lượng,

you get 3 to 5 units of heat out.

nhưng giải phóng từ ba đến năm đơn vị nhiệt.

Seems like magic, but it's just physics.

Trông như ma thuật, nhưng chỉ là vật lý mà thôi.