여름철에 없어서는 안 될 에어컨, 원리와 역사는?
“으어~ 살겠다아아아.”
밖에 나갔다 온 누나가 에어컨 앞에서 할아버지 같은 소리를 내고 있다. 습도가 높은데다 온도까지 높아서 누나는 오자마자 에어컨 앞에 서서 바람을 독차지하고 있다. 아무래도 올해 여름도 누나와 에어컨 쟁탈전을 벌일 것 같다.
겨우내 잠만 자다가 여름이 되면 웽웽 소리 내며 정말 열심히 일하는 에어컨. 에어컨은 어떻게 이 후덥지근한 공기를 시원하게 만드는 걸까?
땀을 말리는 것과 같은 원리인 에어컨의 기화열
더워서 땀을 흠뻑 흘린 후 선풍기 앞에 서면 땀이 식으면서 서늘한 느낌이 드는데, 에어컨 역시 이와 같은 원리다. 땀이 증발하며 시원해지듯이 에어컨 내부에 있는 액체가 기체로 변하면서 주변 열을 흡수한다. 이를 기화열에 의한 냉각이라고 한다.
에어컨은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 그리고 팬으로 구성되어 있다. 에어컨은 우선 압축기로 압력을 크게 변화시켜 기체 상태였던 냉각제를 액체로 응축시킨 후 압력을 낮춘다. 그 후 증발기 안에서 액체상태의 냉각제를 다시 증기로 기화시킨다. 이때 팬을 돌려 주위의 열을 빼앗아 온도를 낮추는 원리이다.
<냉각 사이클>
1차 압축기: 기체 상태의 냉각제가 압축기를 통해 고온·고압 상태가 된다. 에어컨은 압축기를 작동하기 위해 전기 모터를 사용한다.
2차 응축기: 압축기를 나온 고온·고압의 기체와 외부에서 흡입된 공기가 만나 식으면서 액체가 되는데 이때의 열은 실외기를 통해 나온다.
3차 팽창밸브: 좁은 관으로 되어 있는 팽창밸브를 통과할 때 유체의 속도가 커지고 압력이 낮아지면서 고압 상태인 액체의 압력을 낮춘다.
4차 증발기: 팽창밸브에서 나온 액체 상태의 냉각제는 온도와 압력이 낮아 더운 공기에서 열을 흡수해 기체 상태로 증발한다.
5차 팬: 주변의 공기가 차가워지면 팬을 통해 찬 공기가 실내로 이동한다. 완전히 증발된 기체는 다시 압축기로 들어가 냉각 사이클의 순환이 계속된다.
*정리: 냉각제 압축 → 냉각제 액체화 → 액체 냉각제 압력 하락 → 냉각제의 더운 공기 흡수 → 압축기의 기체 흡수
열은 원래 높은 온도에서 낮은 온도로 이동하지만 에어컨의 냉각 사이클은 반대 방향인 낮은 온도의 실내에서 높은 온도의 실외로 작용한다. 그래서 에어컨에 달린 실외기에서는 항상 더운 바람이 나오는 것이다.
시원한 바람이 나오는 이유는 에어컨이 이렇게 열심히 돌아준 덕분이었다. 고맙다 에어컨아!
인쇄 보조 설비로 탄생한 에어컨
최초의 에어컨은 사람이 아닌 인쇄를 위해 탄생했다고 한다. 아니 사람이 아닌 인쇄 품질을 위해 에어컨이 만들어지다니! 미국 제철소에서 근무하고 있던 월리스 캐리어는 너무 높은 습도 때문에 인쇄 품질이 나빠지자 이 문제를 해결하기 위해 장비를 개발했는데, 그것이 바로 에어컨이다.
인쇄 보조 설비로 탄생한 에어컨은 당시 더위와 습도를 막는 장치였는데 기술적인 원리나 효과는 현재와 비슷했다고 한다. 다행히 인쇄에서만 쓰이지 않고 사람을 위한 현대식 에어컨으로 발전한 덕분에 나를 포함한 많은 사람들이 여름을 잘 이겨낼 수 있었다!
우리나라에서 에어컨이 가장 먼저 쓰인 곳도 사람을 위한 곳은 아니었다. 바로 경주 석굴암! 석굴암이 결로 현상으로 계속 훼손되자 1960년대에 복원 공사를 시도했는데, 그래도 이슬이 맺히는 현상은 해결하지 못했다. 그때 석굴암을 보존하기 위해 한국에서 최초로 에어컨을 수입해 설치하게 됐다고 한다.
더워도 에어컨을 적게 써야 하는 이유
에어컨의 탄생으로 사람들은 여름을 즐길 수 있게 되었지만 사실 발전의 이면은 항상 존재하는 법. 에어컨의 냉매 역할을 하는 프레온가스가 오존층을 파괴하는 대표적인 물질이기 때문이다. 오존이 파괴되면 자외선 과다 노출로 사람들은 피부암이나 백내장 등의 질병을 얻게 될 수 있다고 한다. 만약 오존이 영영 사라진다면? 인간 또한 지구에 살 수 없게 된다.
다행히 친환경냉매나 프레온대체물질에 대한 연구는 계속되고 있다고 한다. 최근에는 자동차 회사들도 신차에 친환경냉매를 적용하는 사례가 점점 늘고 있다.
물론, 그전에 내가 해야 할 일도 있다. 에어컨을 적정온도로 맞추고, 선풍기를 함께 틀어 사용 시간을 줄이는 일이다. 시원한 여름도 좋지만, 오존이 파괴되지 않은 지구에서 안전하게 사는 것이 더 중요한 일이니까!
여름, 누구보다 고마운 에어컨이지만 미래를 위해 현명하게 쓰는 법도 함께 익혀야겠다!
출처
https://namu.wiki/w/%EC%97%90%EC%96%B4%EC%BB%A8
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3569599&cid=58885&categoryId=58885
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=40942&docId=1170269&categoryId=32411
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