Виды процессов охлаждения

Охлаждение, как и нагрев, основано на теплообмене. Это переход от объекта с высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Существует два вида охлаждения: естественное и искусственное. Под естественным охлаждением понимают процесс теплообмена между охлаждаемым объектом и наружной окружающей седом или водой. В процессе такого охлаждения температуру охлаждаемого пространства или тела возможно снизить в рамках температуры окружающей среды, потому что температура окружающей среды напрямую зависит от времени года. Следовательно использование окружающей среды в качестве теплоносителя не дает в летний период желаемых результатов. Возможно заготовить в зимний период лед и разместить его в погребе. Тогда в летний период погреб можно использовать для хранения и охлаждения продуктов в целях достижения более низких температур зачастую могут применять смесь льда и соли. Но смесь льда и соли перенимают тепло от охлаждаемого объекта и меняют агрегатное состояние, следовательно теряют свою способность охлаждать. Таким образом, этот способ охлаждения возможно использовать лишь на короткий промежуток времени, потому как запас льда ограничен. Учитывая высокую трудоемкость заготовки водного льда такой метод получения низкой температуры, содержания бактерий в водном льде и многие другие отрицательные факторы способствуют замене естественного охлаждения искусственным.

Искусственным охлаждением также называется охлаждение посредством сухого льда, жидкого газа, термоэлектричества. Одним из достоинств искусственного охлаждения является возможность поддержания нужного температурного режима в разные времена года.

Охлаждение с помощью холодильных агрегатов, водоохлаждающих установок, моноблоков для камер, холодильных централей. Низкие температуры генерируют в результате теплообменных процессов, которые сопровождаются поглощением выделяемого тепла. Различают четыре вида охлаждения:

  • адиабатическое расширение газа, 
  • дросселирование, 
  • термоэлектрический эффект (эффект Пельтье).

Фазовый переход веществ: плавление, кипение, испарение, сублимация. Фазовый переход некоторых веществ происходит при низких температурах со значительным поглощением тепла. Наиболее распространенным веществом, применяемым для выработки низкой температуры является водный лед, который при нормальном атмосферном давлении плавится при температуре 0ºC с удельной теплотой плавления 335 кДж/кг. Значительно более низкую температуру плавления можно получить, смешав лед с некоторыми видами солей.

  • Плавление — это переход твердого тела в жидкое агрегатное состояние при заданной температуре. Теплотой плавления — называют количество тепла, необходимое для полного превращения 1 кг твердого вещества в жидкое при некоторой постоянной температуре.
  • Сублимация — это переход тела из твердого агрегатного состояния в парообразное агрегатное состояние, минуя жидкое агрегатное состояние. Теплота сублимации — количество тепла, потраченное на переход 1 кг твердого вещества в парообразную фазу при неизменных давлении и температуре. Углекислота из твердого агрегатного состояния при атмосферном давлении преобразуется в газообразное агрегатное состояние при температуре — 78ºC.
  • Кипением называют процесс перехода вещества из жидкого состояния в парообразное. Процесс превращения жидкости до точки кипения в пар называется испарением. Испарение происходит исключительно на поверхности жидкости. В холодильной технике под процессом испарения также понимают и процесс кипения.
  • Конденсация — это процесс обратный кипени. Конденсация происходит при постоянной температуре с сопутствующим выделением скрытой теплоты парообразования. Температуры конденсации и кипения зависят от давления. Температура и давление изменяются в одну сторону. Растет давление — растет температура, как и наоборот.
  • Адиабатическим расширением газа — называют процесс, протекающий без осуществления теплообмена между рабочим телом (например, фреоном) и окружающей средой. Внутренняя (потенциальная) энергия тела определена скоростью движения частиц молекул и атомов. Скорость движения молекул в нагретом теле больше, чем в холодном.
  • Дросселирование хладогента — это процесс создания искусственным путем сопротивления на пути движения жидкости или газа, протекающего без совершения внешней работы, а также без теплообмена с окружающей средой. Дросселирование фреона основано на значительном снижении давления газа при его прохождении через зауженное отверстие. При дросселировании идеального газа, температура идеального газа неизменна засчет отсутствия сил взаимодействия между молекулами. При дросселировании фреона, засчет изменения внутренней энергии для преодоления внутренних сил взаимодействия молекул, совершается работа, что приводит к изменению температуры хладогента — понижению или повышению. Жидкость с некоторым давлением температур дросселируются в область значительно более низкого давления. По причине того, что температура кипения жидкости прямо зависит от давления, следовательно жидкость, обладая определенной температурой, поступая в область более низкого давления, оказывается перегретой относительно низкого давления. Происходит ее активное кипение с выделением сухого насыщенного пара. Тепло на испарение жидкости и парообразования берется от самой жидкости. При этом процессе жидкость охлаждается. Дросселирование в холодильной технике осуществляется при помощи терморегулирующего вентиля или капиллярной трубки.
  • Термоэлектричское охлаждение — это возможность получения низкой температуры посредством затраты электроэнергии. При прохождении тока по замкнутой цепи, спаянной из двух разных металлов — термопары, один — нагревается, а второй — охлаждается. Для того, чтобы холодная часть спая всегда имела низкую температуру и была источником охлаждения, горячую часть спая необходимо постоянно охлаждать, в противном случае, теплота от него будет передаваться холодному спаю.