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 Lкм (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 Qк (площадь а-b-2-3 на рис. 1, отрезок ac на рис. 2) при температуре окружающей среды Тк.
Lкм+ Q0 = Qк
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 Qк. Тогда получаем, что к воздуху будет подводиться теплота Q = Qк — Q0 = Lкм.
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
