날씨가 더운 여름에 에어컨을 작동시키면 금세 시원해집니다. 이때 에어컨이 어떻게 실내를 시원해지도록 하는지 궁금해질 수 있습니다. 에어컨이 작동하는 원리는 냉장고 작동 원리와 같다고 볼 수 있습니다. 다시 말해, 실내가 하나의 커다란 냉장고 안이라고 상상하면 쉽게 이해할 수 있는데요. 지금부터 자세한 에어컨 작동 원리를 알아보겠습니다.
기본 원리(열의 이동)
에어컨의 기본 원리는 ‘열의 이동’입니다. 즉, 한 곳(실내)에서 열을 빼내 다른 곳(실외)으로 열을 옮기는 것입니다. 에어컨은 실내의 따뜻한 공기를 흡수하여 실외로 열을 배출함으로써 실내 공기를 시원하게 만드는 원리입니다.
주요 구성 요소
에어컨의 작동은 주로 다음 네 가지 주요 부품에 의해 이루어집니다.
- 콤프레서 : 냉매라고 하는 특수 액체를 압축하고 순환시키는 장치입니다. 이 과정에서 냉매는 열을 흡수하고 방출하는 능력을 갖추게 됩니다.
- 응축기 : 콤프레서에서 압축된 냉매가 응축기를 거치면서 열을 실외로 방출하고, 냉매는 고온의 기체에서 뜨거운 액체로 변합니다.
- 팽창 밸브 : 냉매가 이 부품을 통과할 때 압력이 낮아지면서 급격히 냉각됩니다. 이 과정에서 냉매는 다시 기체 상태로 변하면서 주변의 열을 빨아들입니다.
- 증발기 : 팽창 밸브를 통과한 냉매가 증발기에 들어가면서 주위의 열을 흡수하여 실내 공기를 시원하게 만듭니다. 이 과정에서 냉매는 다시 기체 상태로 변하고, 이 공기는 실내로 순환됩니다.
에어컨 작동 원리
에어컨은 기본적으로 실내의 더운 공기를 차갑게 식혀서 시원한 바람을 내보내는 기계입니다. 이를 위해 에어컨은 냉매라는 특수한 물질을 사용하며, 냉매는 기체와 액체 사이를 왔다 갔다 하면서 열을 이동시키는데요. 아래에서 단계별로 자세하게 에어컨 작동 원리를 알아보겠습니다.
- 냉매의 순환
- 에어컨은 냉매라는 특별한 물질을 이용해 열을 이동시킵니다.
- 냉매는 액체에서 기체로, 다시 기체에서 액체로 상태를 바꾸면서 열을 흡수하거나 방출합니다.
- 증발기(실내기)
- 실내에 있는 에어컨의 증발기 코일을 통해 냉매가 지나갑니다.
- 이 과정에서 냉매는 액체 상태에서 기체 상태로 변하면서 주변 온도를 낮춥니다.
- 즉, 증발기 코일을 통과하는 실내 공기에서 열을 빼앗아 차가운 바람을 만들고, 빼앗은 열은 냉매에 의해 전달됩니다.
- 압축기
- 증발기를 통과해 실내의 열을 흡수한 냉매는 기체 상태로 변해 압축기로 이동합니다.
- 압축기는 냉매를 고온, 고압의 기체 상태로 압축합니다.
- 압축된 냉매는 더 높은 온도를 가지게 되며, 이렇게 된 냉매는 열을 방출하기 위해 실외기의 응축기로 이동합니다.
- 응축기(실외기)
- 실외기에는 응축기 코일이 있습니다.
- 응축기 코일을 통해 고온, 고압의 기체 상태로 들어온 냉매는 열을 방출하며 다시 액체 상태로 변합니다.
- 응축기 팬이 바깥 공기를 빨아들여 코일을 통과시켜 냉매의 열을 외부로 방출합니다.
- 팽창 밸브
- 응축기를 거쳐 액체 상태로 변한 냉매는 팽창 밸브를 통과합니다.
- 팽창 밸브는 냉매의 압력을 낮추어 냉매가 다시 증발기에서 기체로 변하며 열을 흡수할 수 있게 해줍니다.
- 이렇게 압력이 낮아진 냉매는 다시 증발기로 이동하여 실내 공기의 열을 흡수하게 됩니다.
- 순환 반복
- 이 과정이 계속해서 순환하며 실내의 더운 공기를 차갑게 만들어 시원한 바람을 내보내는 것입니다.
길을 걷다가 건물에 붙어 있는 실외기 옆을 지나갈 때 뜨거운 바람이 나오는 것을 알 수 있습니다. 그 이유가 바로 실내에서 흡수한 냉매의 열을 응축기 즉, 실외기를 통해 외부로 방출하기 때문이라는 것을 위의 에어컨 작동 원리로 알 수 있습니다.
요약
- 냉매 : 열을 이동시키는 물질로, 액체와 기체 상태를 반복하면서 열을 흡수하고 방출합니다.
- 증발기 : 실내 공기의 열을 흡수하여 차가운 바람을 만들어내는 부분.
- 압축기 : 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 만드는 부분.
- 응축기 : 고온의 냉매가 열을 외부로 방출하여 다시 액체로 변하는 부분.
- 팽창 밸브 : 냉매의 압력을 낮추어 증발기에서 열을 흡수할 수 있게 해주는 부분.
무풍 에어컨 작동 원리와 석빙고와의 관계
요즘 출시되는 에어컨 중 무풍 에어컨이 있습니다. 바람이 나오지 않는 에어컨인데도 불구하고 실내가 시원해지는데요. 왜 시원해지는지 원리를 궁금해할 수 있습니다. 무풍 에어컨은 냉장고가 아닌 석빙고와 비교해 볼 수 있습니다.
무풍 에어컨과 석빙고는 시대를 초월하는 인간의 지혜가 담긴 발명품이라 할 수 있습니다. 둘 다 ‘차가운 공기를 활용한다’는 공통점을 가지고 있지만, 그 원리는 확연히 다릅니다.
1. 석빙고: 자연의 힘을 이용한 차가움의 저장
- 원리 : 석빙고는 겨울철 자연적으로 생성된 얼음을 ‘단열’을 통해 여름까지 보관하는 기술입니다. 두꺼운 돌벽과 짚, 왕겨 등 단열재를 이용해 외부 열의 유입을 최소화하고 내부의 차가운 공기를 유지하는 것입니다.
- 핵심 : 석빙고는 ‘차가움을 만드는’ 것이 아니라 ‘이미 존재하는 차가움을 유지하는’ 기술입니다.
2. 무풍 에어컨: 첨단 기술로 만들어낸 인공의 차가움
- 원리 : 무풍 에어컨은 냉매를 이용해 ‘적극적으로’ 차가운 공기를 만들어냅니다. 압축된 냉매가 기화하면서 주변의 열을 흡수하는 원리를 이용하는 것입니다. 에어컨 내부의 팬은 이렇게 만들어진 차가운 공기를 실내로 순환시키고, ‘무풍’ 기능은 미세한 구멍(마이크로 홀)을 통해 바람을 확산시켜 직접적인 바람 없이 공간 전체를 시원하게 만듭니다.
- 핵심 : 무풍 에어컨은 외부의 에너지를 사용하여 ‘인위적으로 차가움을 만들어내는’ 기술입니다.
3. 닮은 듯 다른 두 기술
석빙고는 자연의 힘을 이용한 지혜로운 기술이며, 무풍 에어컨은 첨단 과학 기술의 산물입니다. 둘 다 ‘시원함’을 추구하는 인간의 욕구를 충족시키기 위한 노력의 결과물이라는 점에서 공통점을 찾을 수 있습니다.
마치며
지금까지 에어컨 작동 원리에 대해 알아보았는데요. 냉장고와 비교해 보면, 증발기는 냉장고의 내부와 같고, 냉장고 안이 차가운 것처럼 에어컨의 증발기는 실내를 차갑게 만들어 줍니다. 그리고 응축기는 냉장고 뒤쪽에 있는 뜨거운 코일과 비슷하며, 이 코일은 내부에서 흡수한 열을 외부로 내보내는 역할을 합니다. 이처럼 에어컨은 냉매를 활용하여 실내의 더운 공기를 차갑게 만들어 시원한 환경을 제공합니다.