에어컨의 원리

에어컨의 원리

전기 누진세로 인해 여름의 에어컨은 정말 집에 모셔두는 가전 기구인 것처럼 되었습니다.
에어컨이 어떤 원리로 동작을 하고, 어디서 왜 그렇게 에너지를 많이 사용하는지 알아보겠습니다.

에어컨은 액체가 기체로 기화할 때는 열을 흡수하고 기체가 액체로 응축할 때 열을 방출하는 원리를 이용한 기기입니다.

즉, '우리가 에어컨 바람이 시원하다'고 느끼는 것은 액체가 기체로 바뀔 때 열을 흡수하여 생기는 바람을 느끼기 때문입니다.

우리가 느끼는 이 시원한 바람은 냉각제가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 거치면서 만들어집니다.

각 파트별 기능을 보면 아래와 같습니다.

1. 압축기
기체 상태의 냉각제를 고온, 고압의 기체로 만들어줍니다.

액체는 기체에 대비하여 입자들이 더 응축되어 있기 때문에, 기체가 고온, 고압이 되어 입자들이 뭉쳐 있어야 액체가 되기가 수월하기 때문입니다.
압축기를 작동하기 위해 주로 전기 모터가 사용이 됩니다.

2. 응축기
외부에서 흡입된 공기와 압축기에서 나온 고온, 고압의 기체가 만나 식히면서 액체로 만들어줍니다.

냉각제가 기체에서 액채로 응축되기 때문에, 열이 방출되어 뜨거운 공기가 발생합니다.
에어컨을 사용하는 곳 어딘가에서 계속 뜨거운 바람이 나오는 것을 많이 보셨을텐데, 바로 이 이유입니다.

3. 팽창밸브
증발기에서 액체가 잘 기화될 수 있게, 고압 상태인 액체의 압력을 낮춰줍니다.

압축기와 반대되는 개념입니다. 압축기에서는 기체가 액체로 되기 편하게 압력을 높였지만, 팽창벨브에서는 액체가 기체로 되기 편하게 압력을 낮춰주는 것입니다.
압력을 낮추기 위해서 '흐름'을 이용하는데, 물이 흐를 때 고정되어 있지 않은 기체와 유사해진다고 생각하시면 편하실 듯 합니다.

4. 증발기
팽창밸브에서 나온 액체 상태의 냉각제를 기화시켜줍니다.

기화를 통해 열을 흡수하게 되어 공기가 시원해지고, 이 시원한 공기를 우리가 사용하는 것입니다. 이 시원한 바람은 팬이 돌면서 에어컨 내부에서 외부로 흘려줍니다.
증발된 기체는 다시 압축기로 들어가 냉각 시스템이 계속 순환됩니다.

<에어컨의 에너지 소비>
에어컨에서 에너지를 사용하는 것은 총 두가지로 분류해 볼 수 있습니다.

1. 기본적으로 압력을 높히거나 낮출 때, 뜨거운 바람과 차가운 바람을 에어컨 외부로 흘려줄 때, 냉각제를 순환시켜줄 때 에너지가 필요합니다.

2. 에어컨은 저온에서 고온으로 열에너지를 전달합니다.(쇠같은거 달굴 때 불로부터 서서히 먼 곳으로 퍼지는 것과 같은 원리입니다.)

고온에서 저온으로 열이 전달되어야 자연스러운 것이지만, 이를 역행하는 것입니다.

그렇기 때문에 전달을 위해 에너지가 필요하며, 실제 저온에서 고온으로 열에너지를 전달하기 위해 이보다 더 큰 에너지를 소모합니다.

냉장고도 에어컨과 유사한 원리입니다. 대략 가정에서 사용하는 냉장고를 하루 종일 동작시키면 한 달에 약 40~60KW 정도 사용이 됩니다.

냉장고의 경우 내부가 저온을 '유지'한 상태로 있기 때문에 냉각제 순환으로 인한 에너지 소비가 적습니다.

하지만 에어컨은 설정된 온도까지 뜨거운 공기를 계속 냉각시켜줘야 합니다.

이런 이유로 전기 사용량이 더 많아지는 것입니다.