열역학과 에어컨

열역학과 에어컨은 어떤 관계가 있을까요? 에어컨 작동원리를 아시나요? 물리학의 법칙이 관련이 있습니다. 정확히는 열역학이 관련이 있습니다. 열역학 외에도 압력과 온도의 관계도 중요합니다. 보일의 법칙에 따르면 압력-체적 곱은 일정합니다. 찰스의 법칙은 부피가 절대 온도에 비례한다는 것을 말합니다. 개이 루삭의 법칙은 압력이 절대 온도에 비례한다고 말합니다. 가스 결합 법칙은 가스를 가열할 때마다 압력도 증가합니다. 가스를 가압할 때마다 열도 증가합니다. 압력이 증가하면 온도도 증가합니다. 이것이 타이어를 공기로 집어넣으면 뜨거워지는 이유입니다. 압력이 감소하면 온도도 감소합니다. 노즐을 누르고 압력을 해제하면 에어로졸이 차가워지는 이유입니다. 에어컨과 결합된 법칙을 사용하는 방식은 냉매를 가압 및 감압하여 온도를 높이거나 낮추는 것입니다. 알아야 할 물리학의 두 번째 법칙은 열역학 제2법칙입니다. 학교 수업에 충실했다면 열역학 제2법칙에 따르면 열은 자연적으로 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 흐른다는 것을 아실 겁니다. 어떤 종류의 외부 작업을 통해서만 찬 곳에서 따뜻한 곳으로 열이 이동할 수 있습니다. 에어컨은 실내에서 실외로 열을 전달합니다. 에어컨이 차가운 공기를 만든다고 생각할 수도 있지만 실제로는 실내 공기에서 열을 추출하여 외부로 보냅니다. 실내 공기에서 열이 제거되면 공기가 냉각됩니다. 에어컨 과정을 실내에서 실외로 흐르는 열로 생각하는 것이 가장 좋습니다. 냉동 사이클에 대한 이해도 필요합니다. 에어컨은 냉동 사이클이라는 열역학적 사이클을 사용하여 작동합니다. 열을 흡수하거나 방출하기 위해 냉매의 압력과 상태를 바꿉니다. 냉매는 집 내부에서 열을 흡수한 다음 외부로 전달합니다. 대부분의 에어컨은 공기 공급원, 분할 시스템입니다. 이것이 의미하는 것은 내부에 하나의 장치가 있고 외부에 하나의 장치가 있다는 것입니다. 이것이 바로 분할 시스템이라고하는 이유입니다. 실내에 흔히 에어컨이라고 불리는 기기가 있고 외부에는 실외기가 있는 것이죠. 공기를 공급하는 부분은 열에너지가 버려지는 곳인 외부 공기를 말합니다. 내부 장치는 거실, 안방, 아이방에 있습니다. 실외기는 일반적으로 베란다 혹은 베란다 밖에 있습니다. 다음은 냉장사이클 관련입니다. 냉장고 작동 원리와 동일합니다. 극도로 차가운 냉매가 포함된 실내 코일을 통해 공기가 흐릅니다. 차가운 코일 위로 공기가 흐르면 공기의 열이 코일 내부의 냉매로 전달됩니다. 공기가 코일 위로 흐른 후에는 차가워지며 보통 20도 정도 떨어집니다. 이 과정이 열역학 제2법칙을 따르며 열은 자연적으로 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 이동합니다. 냉매가 열을 흡수하면 그 상태가 변합니다. 액체에서 기체로 바뀝니다. 이 따뜻한 냉매 가스는 압축기로 전달됩니다. 고온의 기화된 냉매는 뜨거운 온도로 압축됩니다. 냉매가 실내 공기의 열을 흡수했지만 여전히 상당히 낮은 온도를 유지합니다. 기화 가스가 압축기로 들어가 압력과 온도를 높입니다. 압축기는 실외기에 있습니다. 냉매는 실외 공기보다 더 따뜻해야 하므로 온도를 올립니다. 열역학 제2법칙을 따릅니다. 열은 따뜻한 곳에서 상대적으로 차가운 곳으로 이동합니다. 냉매가 40도이고 실외 공기가 30도이면 실외 공기가 더 낮은 온도입니다. 즉 냉매의 열이 의도한 방향으로 흐를 것입니다. 외부 온도가 40 도인 경우 압축기는 냉매 온도를 더 높은 온도로 높이기 위해 더욱 열심히 동작해야 합니다. 냉매의 온도가 실외 공기의 온도보다 높으면 응축기 코일로 흐릅니다. 실외기에 있습니다. 매우 뜨거운 냉매가 응축기 코일로 흘러 외부 공기로 열이 손실됩니다. 냉매가 압축되었으므로 이제는 실외 공기보다 더 뜨겁습니다. 응축기 팬은 더 뜨거운 실외 응축기 코일 위로 뜨거운 실외 공기를 불어냅니다. 실외 공기가 실외 코일을 통해 흐르면 냉매에서 열이 제거되어 실외 공기로 방출됩니다. 열역학 제2법칙에 따른 결과입니다. 냉매가 실외 공기로 열 에너지를 잃은 후 다시 액체로 응축되어 내부로 다시 이동합니다. 실외기에서 나온 여전히 따뜻한 냉매는 차갑게 변해야 합니다. 냉매가 실외 응축기 장치를 나올 때 그 온도는 여전히 높습니다. 냉매의 온도는 실내 공기에서 더 많은 열을 흡수하기 전에 상당히 낮아야 합니다. 일반적으로 온도 조절식 팽창 밸브 계량 장치는 냉매를 감압하여 온도를 낮추는 특수 장치입니다. 이것은 냉매를 더 큰 부피로 팽창시킴으로써 동작합니다. 냉매는 열을 흡수하기 위해 실내 공기보다 차가워 야합니다. 냉매가 냉각되면 증발기 코일로 다시 흘러가 냉동 사이클을 다시 시작합니다. 에어컨의 작동 원리는 기본적으로 냉장고와 동일합니다. 이렇듯 우리 주변에서 열을 다루는 제품들은 열역학 법칙과 관련이 있습니다. 온도를 낮추는 동작을 수행하는 제품은 동일한 기본 원리를 갖고 있습니다. 집안에 있는 눈에 보이는 에어컨에 신경 쓸 때 사실은 실외기도 그만큼 중요하다는 사실을 알아야 합니다. 스포트라이트를 받지 않는 곳에 묵묵히 자신의 일을 하고 있는 존재도 있는 법입니다. 열역학과 에어컨의 동작원리를 이해하면서 이런 생각을 하게 됩니다. 열역학 관련 지식이 없는 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 말로만 풀어 썼습니다. 사실이 이공계 용어라 말이 매끄럽지 않을 수도 있습니다. 중간중간 익숙하지 않은 단어들도 있습니다. 그래도 큰 맥락으로 이해하기에 무리는 없다고 생각합니다. 집에 있는 다양한 가전제품을 원리를 생각해보면 이러한 과학적 원리가 숨어있습니다. 이런 과학적 발견으로 우리가 삶을 더욱더 풍요롭게 살 수 있는 것 같습니다.