Как изменится температура на кухне, если оставить холодильник открытым?

Как хорошо жарким летним днем приоткрыть дверцу холодильника, доставая продукт, и задержаться на несколько секунд, ощущая, как бодрящий холодный поток воздуха вытекает из камеры, даря глоток вожделенной прохлады. Так и хочется открыть дверцу пошире и ждать, когда же новая порция воздуха охладится, и жара в помещении, наконец, отступит. Но не стоит действовать так опрометчиво. Предлагаем разобраться что же будет, если оставить дверцу холодильника открытой.

Вспомним Т-S диаграмму идеального холодильного цикла (рис. 1). Можно также изобразить идеализированный  холодильный цикл в P-i координатах (рис. 2)

Рисунок 1. Т-S диаграмма идеального холодильного цикла

Рисунок 2. P-i диаграмма идеализированного холодильного цикла

По закону сохранения энергии работа компрессора L_км (площадь 1-2-3-4 на рис. 1, отрезок bc на рис. 2) и тепловая нагрузка Q₀ (площадь а-b-1-4 на рис. 1, отрезок ab на рис. 2), подведенные в цикле, отводятся в виде теплоты конденсации Q_к (площадь а-b-2-3 на рис. 1, отрезок ac на рис. 2) при температуре окружающей среды Т_к.

L_км+ Q₀  = Q_к  

Таким образом, холод, который «вытекает» на нас из холодильника, оказывается меньше тепла, поступающего от конденсатора (змеевик на задней стенке холодильника). Впрочем, в первые несколько минут при открытии холодильника вы все же сможете ощутить незначительное понижение температуры окружающего воздуха, но ровно до того момента, пока температура в помещении не выровняется.

При полностью открытой дверце холодильника он, с одной стороны, будет охлаждать воздух в помещении, а с другой — нагревать этот воздух. Иначе говоря, от воздуха в помещении будет отводиться теплота Q₀, а подводиться теплота Q_к. Тогда получаем, что к воздуху будет подводиться теплота Q = Q_к — Q₀ = L_км.

Оценим на сколько в таком случае нагреется воздух в теплоизолированном помещении объёмом V = 30 м³, например, за 1 час (отметим, что воздух внутри этого помещения нельзя считать окружающей средой в термодинамическом понимании).

Q = ср * Δt * V* ρ / τ  ,

где

Q — теплота, подводимая от компрессора, равная мощность электродвигателя, принята 100 Вт;

ср = 1,0 кДж/(кг*К) — удельная теплоемкость воздуха;

Δt — разница температур воздуха в помещении;

ρ = 1,2 кг/м³ — плотность воздуха;

τ, с — время работы с открытой дверцей, в данном случае 3600 с.

Тогда Δt = Q * τ / (ср * V* ρ)  =  10  ⁰С

При открытии дверцы нагрузка на испаритель холодильника многократно увеличивается, что приводит к повышению давления в контуре и потребляемой компрессором электроэнергии. В конечном счете, долговременная работа на нерасчетных режимах с увеличенной нагрузкой приведет к выходу компрессора из строя.

В случае, когда дверца холодильника закрыта, теплоприток из помещения внутрь камеры будет происходить значительно медленнее. Холодильник будет работать в нормальных условиях — с периодическим включением-выключением и служить при такой работе долгие годы.

Команда Академии КриоФрост