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HEATPUMP · SIX

에어컨

전기 1로 열 4를 나르는 기계, 그리고 그 기계가 지는 날
1 / 6 열을 만들지 않는다 · 전기 1로 열 4가 나오는 이유
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풀고 있는 식 — 만드는 게 아니라 나르는 것

에어컨은 열을 만들지 않습니다. 있는 열을 밖으로 옮길 뿐입니다. 그래서 성적계수(COP)가 1을 넘습니다 — 난로는 절대 못 넘는 선입니다.

COP = 옮긴 열 Q / 넣은 전기 W 난로는 Q = W 라 COP = 1 이 천장

카르노 상한(냉방) = T₋ / (T₊ − T₋) 온도는 켈빈
실내 7°C · 실외 35°C → 280.15 / 28 = 10.0이론 상한
실외 45°C 로 오르면 → 280.15 / 38 = 7.4더위가 심할수록 상한이 내려간다

실제 기계는 상한의 30~40% 쯤을 냅니다(COP 3~4). 위 화면이 보여주는 그 “전기 1로 열 4”가 이것입니다. 중요한 건 분모입니다 — 실내외 온도차가 벌어질수록 COP 가 떨어집니다. 폭염일수록 에어컨이 더 많이 먹는 건 성능이 나빠져서가 아니라 식이 그렇게 생겼기 때문입니다.

같은 기계를 거꾸로 돌리면 난방이다

냉매의 방향만 바꾸면 밖의 열을 안으로 나릅니다. 이게 히트펌프이고, 난방 COP 는 냉방보다 정확히 1 큽니다 (옮긴 열에 압축기가 쓴 전기까지 더해져 실내로 들어가기 때문입니다).

그래서 전기난로 대비 3~4배 효율이 나옵니다. 다만 겨울에 밖이 추울수록 T₊−T₋ 가 벌어져 같은 식으로 COP 가 떨어지고, 영하로 내려가면 실외기 표면에 서리가 껴서 주기적으로 녹이는 데 전기를 또 씁니다 — 한파에 히트펌프 효율이 급락하는 이유가 이 두 가지입니다.

이 화면은 이 네 종목 이야기입니다● 시세 불러오는 중

기준일을 100으로 놓고 그린 선입니다. 통화가 서로 달라 지수로 겹쳤습니다.

상한은 물리가 정하고, 싸움은 그 아래에서 벌어집니다 — 위 화면의 카르노 상한 5.8은 아무도 못 넘고, 실기기는 그 절반쯤(2.6)에 있습니다. 그 사이를 얼마나 좁히느냐가 이 회사들의 값입니다. 주가가 이 기술 때문이라고는 말하지 않습니다.

실물은 이렇게 생겼다

위 화면은 제가 계산해서 그린 흐름도입니다. 실제 실외기에서 그 일이 어디서 벌어지는지, 라이선스가 확인되는 사진으로 짚습니다.

실외기 뚜껑을 연 내부. 아래에 회색 원통형 압축기가 있고 구리 배관과 검은 절연재로 감싼 부품들이 위로 이어진다.

① 전기를 먹는 건 이 회색 통 하나다

실외기 뚜껑을 연 안입니다. 아래 회색 원통압축기이고, 위로 뻗은 구리 배관과 검은 절연재로 감싼 것들이 냉매가 지나는 길입니다.

이 판의 요점이 여기서 눈에 보입니다 — 열을 만드는 장치가 없습니다. 난로처럼 벌겋게 달아오르는 부품이 하나도 없죠. 전기는 오직 저 통이 냉매를 누르는 데만 쓰입니다. 기본값에서 그 전기가 1이고, 그 대가로 실내에 들어오는 열이 2.6입니다.

사진 PeterEastern · CC BY-SA 4.0 · 위키미디어 커먼즈
실외기 격자 뒤에서 팬이 빠르게 돌아 날개가 흐릿하게 번져 보인다.

② 뺏을 공기를 계속 끌어와야 한다

같은 실외기의 입니다. 너무 빨라 날개가 번져 보입니다. 격자 너머로 촘촘한 지느러미(핀)가 함께 보이는데, 그게 바깥 공기와 냉매가 만나는 면입니다.

팬이 왜 필요하냐 — 코일 주변 공기의 열만 뺏고 나면 더 뺏을 게 없기 때문입니다. 바람으로 새 공기를 계속 밀어 넣어야 전기 1당 1.6을 계속 퍼올 수 있습니다. 실외기가 시끄러운 이유이기도 하고요.

사진 Shixart1985 · CC BY 2.0 · 위키미디어 커먼즈
실외기 격자에 고드름이 매달려 있고 뒤로 검은 핀 코일이 보인다.

③ 얼음이 곧 ‘뺏었다’는 물증이다

실외기 격자에 고드름이 달렸습니다. 뒤에 검게 보이는 촘촘한 것이 핀 코일이고요.

이게 왜 생기냐면 — 바깥 공기에서 열을 뺏으려면 코일이 바깥보다 더 차가워야 하기 때문입니다. 기본값처럼 바깥이 2°C일 때 코일은 영하로 내려가고, 공기 중 수증기가 거기 얼어붙습니다. 위 4막 성에가 이 얘기입니다.

그러니 이 얼음은 고장이 아니라 일하고 있다는 증거입니다. 다만 두꺼워지면 바람이 막혀 성능이 떨어지고, 그래서 기기가 주기적으로 스스로 녹입니다 — 그때 쓰는 전기가 위 계산의 2.6을 실제로는 조금씩 깎습니다.

사진 Shixart1985 · CC BY 2.0 · 위키미디어 커먼즈