뉴에어

Oct 17, 2023

표준 AC 장치는 건물을 냉각시키지만 지구 온난화에 기여합니다. 새로운 기술은 이를 변화시키는 것을 목표로 합니다.

지난 7월은 인류 역사상 가장 더운 달로 기록됐다. 폭염은 전 세계적으로 기온 기록을 경신했으며 심지어 남반구의 겨울 동안 칠레와 아르헨티나에 여름 기온을 가져왔습니다. 이는 단지 땀으로 인한 불편함 그 이상입니다. 극심한 더위는 모든 기상 현상 중에서 가장 치명적입니다. 미국에서만 매년 홍수, 토네이도, 허리케인을 합친 것보다 더 많은 사람이 사망합니다. 기후 변화가 악화됨에 따라 인공 냉각 공간에 대한 접근이 급속도로 건강상의 필수 사항이자 기본 인권 문제로 대두되고 있습니다.

그러나 표준 에어컨 시스템은 우리를 부정적인 피드백 루프에 빠뜨렸습니다. 날씨가 더울수록 더 많은 사람들이 에어컨을 가동하고 결과적으로 더 많은 에너지가 사용됩니다(그리고 온실 가스가 배출됩니다). 옥스포드 대학교에서 지속 가능한 냉각을 연구하는 엔지니어인 Nicole Miranda는 “우리는 악순환에 빠져 있습니다.”라고 말합니다. 그리고 “악순환일 뿐만 아니라 가속화되는 순환이기도 합니다.” 국제에너지기구(IEA)의 2018년 데이터에 따르면 냉각은 건물에서 가장 빠르게 증가하는 단일 에너지원입니다. 평소와 같은 시나리오에 따라 IEA는 냉각으로 인한 전 세계 연간 에너지 수요가 2050년까지 3배 이상 증가할 것으로 예상합니다. 이는 4,000테라와트시 이상 증가한 수치로, 이는 미국 전체가 1년 동안 사용하는 에너지 양에 해당합니다. .

인간이 거의 한 세기 동안 사용해 온 것과 동일한 에어컨 기술로는 기후 변화를 극복할 수 없다는 것이 점점 더 분명해지고 있습니다. 이러한 순환을 깨기 위해서는 환경에 미치는 영향을 줄이면서 더 많은 사람들에게 시원한 공기를 제공하는 데 도움이 되는 새로운 혁신이 필요합니다.

현재 AC 시스템의 잘 알려진 문제 중 하나는 냉매 화학물질에 대한 의존성인데, 그 중 상당수는 강력한 온실가스입니다. 일부 프로젝트에서는 이러한 물질을 덜 유해한 냉각수로 대체하는 것을 목표로 하고 있습니다. 하지만 그렇게 한다고 하더라도 냉매는 에어컨이 기후에 미치는 영향의 극히 일부에 불과합니다. 로렌스 버클리 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)의 글로벌 냉각 효율성 프로그램 책임자인 Nihar Shah는 표준 AC 장치의 기후 온난화 방출 중 약 80%가 현재 장치에 전력을 공급하는 데 사용되는 에너지에서 발생한다고 말합니다. Shah는 최근 표준 AC 설계의 일부인 압축기와 열교환기의 에너지 효율성을 높이는 데 많은 노력을 기울였다고 설명합니다. 그러나 더 야심 찬 프로젝트는 처음에 해당 구성 요소가 수행해야 하는 작업량을 줄이는 것을 목표로 합니다.

표준 에어컨 시스템은 상대적으로 비효율적인 메커니즘을 통해 냉각과 제습을 동시에 수행합니다. Shah는 공기 중 수분을 응축시키기 위해 공기를 쾌적함 수준 이상으로 과냉각시킨다고 말합니다. 따라서 많은 새로운 설계에서는 제습 및 냉각 프로세스를 분리하여 과냉각의 필요성을 방지합니다.

예를 들어, 일부 최신 에어컨 디자인은 건조제(육포 봉지나 약병에 들어 있는 실리카겔과 유사)를 사용하여 공기 중 습기를 끌어옵니다. 건조된 공기는 보다 합리적인 온도로 냉각될 수 있습니다. 건조제는 열을 사용하여 "재충전"되어야 하기 때문에 이 과정에는 약간의 추가 에너지가 필요할 수 있습니다. 그러나 매사추세츠주 서머빌에 본사를 둔 스타트업 Transaera를 포함한 일부 회사는 냉각 과정에서 생성된 열을 재활용하여 건조제를 재충전합니다. Transaera는 자사가 개발 중인 시스템이 평균 표준 AC 장치보다 35% 적은 에너지를 사용할 수 있다고 주장합니다.

제습이 증발 냉각과 결합되면 훨씬 더 큰 효율성 향상이 가능합니다. 이는 증기 압축이라는 에너지 집약적인 프로세스를 방정식에서 완전히 배제합니다. 표준 AC가 작동하는 시스템인 증기 압축은 다양한 응축 및 팽창 사이클을 통해 냉매를 이동시켜 내부에서 열을 흡수하고 외부로 방출할 수 있도록 합니다. 반대로, 증발 냉각은 더 간단한 과정입니다. 땀을 흘리면 피부가 냉각되는 것과 동일합니다. 물이 액체에서 기체로 변할 때 열을 흡수합니다. 팬이 얼음 위로 공기를 불어넣는 DIY 장치인 늪 냉각기도 같은 방식으로 작동합니다. 그리고 건조한 기후에서 사람들은 수천 년 동안 증발 냉각을 사용해 왔습니다. 예를 들어, 고대 이란 사람들은 태양 굴뚝이 있는 커다란 원뿔 모양의 점토 구조물인 야흐찰(yakhchāls)을 설계했는데, 이 건축물은 공기 순환과 인접한 물의 증발을 활용해 온도를 낮추어 겨울에 얼음을 만들고 여름 내내 저장할 수 있었습니다.