Холодильник , в просторечии холодильник , — это коммерческое и бытовое устройство , состоящее из теплоизолированного отсека и теплового насоса ( механического , электронного или химического), который передает тепло изнутри во внешнюю среду, так что его внутренняя часть охлаждается до температуры ниже комнатная температура. Охлаждение является важным методом хранения продуктов питания во всем мире. Более низкая температура снижает скорость размножения бактерий , поэтому холодильник снижает скорость порчи . Холодильник поддерживает температуру на несколько градусов выше точки замерзания воды. Оптимальный температурный диапазон для хранения скоропортящихся продуктов составляет от 3 до 5 °C (от 37 до 41 °F). [1] Подобное устройство, поддерживающее температуру воды ниже точки замерзания, называется морозильной камерой . Холодильник заменил холодильник , который был обычным бытовым прибором на протяжении почти полутора веков. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США рекомендует хранить в холодильнике температуру не выше 4 °C (40 °F), а в морозильной камере регулировать температуру -18 °C (0 °F). [2]
Первые системы охлаждения продуктов питания использовали лед. Искусственное охлаждение началось в середине 1750-х годов и получило развитие в начале 1800-х годов. В 1834 году была построена первая работающая парокомпрессионная холодильная система , использующая ту же технологию, что и кондиционеры . Первая коммерческая машина для производства льда была изобретена в 1854 году. В 1913 году были изобретены холодильники для домашнего использования. В 1923 году компания Frigidaire представила первую автономную установку. Появление фреона в 1920-х годах расширило рынок холодильников в 1930-е годы. Домашние морозильники в виде отдельных отсеков (больше, чем необходимо, только для кубиков льда) были представлены в 1940 году. Замороженные продукты , ранее бывшие предметом роскоши, стали обычным явлением.
Морозильные агрегаты используются в быту, а также в промышленности и торговле. Коммерческие холодильники и морозильники использовались почти 40 лет до появления обычных домашних моделей. Стиль «морозильник над холодильником» был основным стилем с 1940-х годов, пока современные холодильники, расположенные рядом друг с другом, не сломали эту тенденцию. Цикл сжатия пара используется в большинстве бытовых холодильников, холодильников с морозильной камерой и морозильников. В новых холодильниках может быть предусмотрено автоматическое размораживание , охлажденная вода и лед из дозатора в двери.
Бытовые холодильники и морозильники для хранения продуктов производятся в различных размерах. Среди самых маленьких — холодильники типа Пельтье, предназначенные для охлаждения напитков. Большой бытовой холодильник высотой с человека может иметь ширину около одного метра (3 фута 3 дюйма) и вместимость 0,6 м 3 (21 куб. фут). Холодильники и морозильники могут быть отдельно стоящими или встроенными в кухню. Холодильник позволяет современному дому сохранять продукты свежими дольше, чем раньше. Морозильные камеры позволяют людям покупать скоропортящиеся продукты оптом и есть их на досуге, а также совершать оптовые закупки .
Древнее происхождение
Древние иранцы были одними из первых, кто изобрел форму охладителя, использующую принципы испарительного охлаждения и радиационного охлаждения, называемую яхчалс . В этих комплексах использовались подземные складские помещения, большие толстоизолированные надземные куполообразные конструкции, оснащенные бадгирами (улавливателями ветра) и рядом канатов (акведуков). [3] [4]
Предварительное электрическое охлаждение
В наше время, до изобретения современного электрического холодильника, ледники и холодильные камеры использовались для обеспечения прохладного хранения в течение большей части года. Размещенные возле пресноводных озер или зимой засыпанные снегом и льдом, они когда-то были очень распространены. Натуральные средства до сих пор используются для охлаждения продуктов. На склонах гор сточные воды от тающего снега — удобный способ охладить напитки, а зимой молоко можно сохранить свежим гораздо дольше, просто храня его на открытом воздухе. Слово «холодильник» использовалось как минимум еще в 17 веке. [5]
Искусственное охлаждение
История искусственного охлаждения началась, когда шотландский профессор Уильям Каллен сконструировал небольшую холодильную машину в 1755 году. Каллен использовал насос для создания частичного вакуума над контейнером с диэтиловым эфиром , который затем закипел , поглощая тепло из окружающего воздуха. [6] В результате эксперимента даже было создано небольшое количество льда, но на тот момент оно не имело практического применения.
В 1805 году американский изобретатель Оливер Эванс описал замкнутый парокомпрессионный холодильный цикл для производства льда эфиром в вакууме. В 1820 году британский учёный Майкл Фарадей сжижал аммиак и другие газы, используя высокие давления и низкие температуры, а в 1834 году американский эмигрант в Великобритании Джейкоб Перкинс построил первую работающую парокомпрессионную холодильную систему. Это было устройство замкнутого цикла, которое могло работать непрерывно. [7] Подобная попытка была предпринята в 1842 году американским врачом Джоном Горри , [8] который построил рабочий прототип, но она потерпела неудачу с коммерческой точки зрения. В 1850 году американский инженер Александр Твининг получил британский патент на систему сжатия пара, в которой использовался эфир.
Первая практическая парокомпрессионная холодильная система была построена Джеймсом Харрисоном , шотландским австралийцем. Его патент 1856 года касался системы сжатия пара с использованием эфира, спирта или аммиака. Он построил механическую машину для производства льда в 1851 году на берегу реки Барвон в Роки-Пойнт в Джилонге , штат Виктория , а его первая коммерческая машина для производства льда последовала за ним в 1854 году. Харрисон также представил коммерческое парокомпрессионное охлаждение на пивоварнях и предприятиях по упаковке мяса. домов, и к 1861 году уже работала дюжина его систем.
Первая газоабсорбционная холодильная система (без компрессора и с питанием от источника тепла) была разработана Эдвардом Туссеном из Франции в 1859 году и запатентована в 1860 году. В ней использовался газообразный аммиак, растворенный в воде («аквааммиак»).
Карл фон Линде , профессор инженерного дела Мюнхенского технологического университета в Германии, в 1876 году запатентовал улучшенный метод сжижения газов. Его новый процесс сделал возможным использование таких газов, как аммиак (NH 3 ), диоксид серы (SO 2 ) и метил . хлорид (CH 3 Cl) в качестве хладагентов, которые широко использовались для этой цели до конца 1920-х годов, несмотря на опасения по поводу безопасности. [9]
В 1894 году венгерский изобретатель и промышленник Иштван Рёк начал производить большой промышленный холодильник с аммиаком, приводимый в действие электрическими компрессорами (совместно с Эсслингенским машиностроительным заводом). Его электрические компрессоры были изготовлены на заводе Ganz Works . На выставке «Миллениум» 1896 года Рёк и машиностроительный завод Эсслингена представили установку по производству искусственного льда мощностью 6 тонн. В 1906 году на улице Тота Кальмана в Будапеште открылся первый крупный венгерский холодильный склад (вместимостью 3000 тонн, самый большой в Европе). Машина была изготовлена на заводе Ганц . До национализации после Второй мировой войны крупномасштабное производство промышленных холодильников в Венгрии находилось в руках Röck and Ganz Works. [10]
Коммерческие холодильники и морозильники, имеющие множество других названий, использовались почти 40 лет до появления обычных домашних моделей. Они использовали газовые системы, такие как аммиак (R-717) или диоксид серы (R-764), которые время от времени протекали, что делало их небезопасными для домашнего использования. Практичные бытовые холодильники были представлены в 1915 году и получили более широкое распространение в Соединенных Штатах в 1930-х годах, когда цены упали и были внедрены нетоксичные, негорючие синтетические хладагенты , такие как фреон-12 (R-12). Однако R-12 оказался разрушительным для озонового слоя , в результате чего в 1994 году правительства запретили его использование в новых холодильниках и системах кондиционирования воздуха. Менее вредная замена R-12, R-134a (тетрафторэтан), широко используется с 1990 года, но R-12 до сих пор встречается во многих старых системах.
Холодильник для напитков со стеклянной передней панелью чаще всего используется в качестве коммерческого холодильника. Эти типы приборов обычно рассчитаны на определенные требования к нагрузке, что приводит к увеличению размера охлаждающего механизма. Это гарантирует, что они смогут справиться с большим объемом напитков и частым открыванием дверей. В результате на эти типы коммерческих холодильников обычно приходится до 50% энергопотребления супермаркета. [11] Эффективность коммерческих холодильников в первую очередь зависит от работающего компрессора. В некоторых случаях холодильники могут нанести технический вред компрессору. [ нужны разъяснения ] Его можно восстановить или смонтировать заново, в зависимости от степени повреждения. Другие виды повреждений, такие как утечка охладителя, могут оставаться незамеченными до тех пор, пока не возникнут серьезные проблемы. Главной среди этих проблем являются проблемы со здоровьем, причем наибольшую тревогу вызывает отравление хладагентами. Чтобы своевременно обнаружить опасные утечки, необходимо регулярно контролировать уровень хладагента. Регулярное регулярное техническое обслуживание позволяет избежать риска хранения пищевых продуктов при правильной температуре. Даже малейшее изменение обстоятельств может повлиять на последовательность действий, что приведет к нарушениям безопасности пищевых продуктов и возможным штрафам. [ мнение ] [ нужна ссылка ]
В 1913 году первые электрические холодильники для домашнего и бытового использования были изобретены и произведены Фредом В. Вольфом из Форт-Уэйна, штат Индиана, модели которых состояли из блока, установленного наверху холодильника. [12] [13] Его первое устройство, выпущенное в течение следующих нескольких лет в количестве нескольких сотен единиц, называлось DOMELRE . [14] [15] В 1914 году инженер Натаниэль Б. Уэльс из Детройта, штат Мичиган, представил идею практической электрической холодильной установки, которая позже стала основой для Кельвинатора . Автономный холодильник с компрессором в нижней части шкафа был изобретен Альфредом Меллоузом в 1916 году. Меллоуз производил этот холодильник на коммерческой основе, но в 1918 году его выкупил Уильям К. Дюрант , который основал компанию Frigidaire для массового производства холодильников . . В 1918 году компания «Кельвинатор» представила первый холодильник с автоматическим управлением любого типа. Абсорбционный холодильник был изобретен Бальцаром фон Платеном и Карлом Мунтерсом из Швеции в 1922 году, когда они еще были студентами Королевского технологического института в Стокгольме. Он имел всемирный успех и был коммерциализирован компанией Electrolux . Среди других пионеров были Шарль Телье , Дэвид Бойль и Рауль Пикте . Карл фон Линде был первым, кто запатентовал и создал практичный и компактный холодильник.
Эти бытовые агрегаты обычно требовали установки механических частей, двигателя и компрессора, в подвале или соседней комнате, а холодильная камера располагалась на кухне. Была модель 1922 года, которая состояла из деревянного холодильного ящика, компрессора с водяным охлаждением , лотка для кубиков льда и отсека объемом 0,25 кубических метров (9 кубических футов) и стоила 714 долларов. ( Форд модели Т 1922 года стоил около 476 долларов.) К 1923 году Kelvinator занимала 80 процентов рынка электрических холодильников. Также в 1923 году компания Frigidaire представила первую автономную установку. Примерно в это же время начали появляться металлические шкафы, покрытые фарфором. В 1920-е годы лотки для кубиков льда появлялись все чаще и чаще; до этого времени заморозка не была вспомогательной функцией современного холодильника.
Первым холодильником, получившим широкое распространение, был холодильник General Electric «Monitor-Top», представленный в 1927 году и названный так публикой из-за его сходства с артиллерийской башней броненосного военного корабля USS Monitor 1860-х годов. [17] Компрессорный блок, выделявший много тепла, был расположен над шкафом и заключен в декоративное кольцо. Было выпущено более миллиона единиц. В качестве охлаждающей среды в этих холодильниках использовался либо диоксид серы , который разъедает глаза и может вызвать потерю зрения, болезненные ожоги и повреждения кожи, либо метилформиат , который легко воспламеняется, вреден для глаз и токсичен при вдыхании или проглочено. [18]
Появление фреона в 1920-х годах расширило рынок холодильников в 1930-е годы и предоставило более безопасную и малотоксичную альтернативу ранее использовавшимся хладагентам. Отдельные морозильники стали обычным явлением в 1940-х годах; термин для обозначения устройства, популярный в то время, был «глубокая заморозка» . Эти устройства или приборы не пошли в массовое производство для использования в домашних условиях до окончания Второй мировой войны. [19] В 1950-е и 1960-е годы произошли такие технические достижения, как автоматическое размораживание и автоматическое производство льда. Более эффективные холодильники были разработаны в 1970-х и 1980-х годах, хотя экологические проблемы привели к запрету очень эффективных (фреоновых) хладагентов. Ранние модели холодильников (с 1916 года) имели холодное отделение для формочек для кубиков льда. С конца 1920-х годов свежие овощи успешно обрабатывались путем замораживания компанией Postum (предшественницей General Foods ), которая приобрела эту технологию, когда купила права на успешные методы свежей заморозки Кларенса Бердси .
В начале 1950-х годов большинство холодильников были белыми, но с середины 1950-х годов и по сей день дизайнеры и производители окрашивают холодильники. В конце 1950-х — начале 1960-х годов стали популярны пастельные цвета, такие как бирюзовый и розовый, а на некоторых моделях было доступно матовое хромирование (похожее на отделку из нержавеющей стали). В конце 1960-х и на протяжении 1970-х годов были популярны цвета землистых тонов , в том числе Harvest Gold , Avocado Green и миндальный. В 1980-е годы в моду вошел черный цвет. В конце 1990-х годов в моду вошла нержавеющая сталь . С 1961 года Группа цветового маркетинга пытается согласовать цвета бытовой техники и других потребительских товаров.
Морозильные агрегаты используются в домашнем хозяйстве, а также в промышленности и торговле. Продукты питания, хранящиеся при температуре -18 °C (0 °F) или ниже, безопасны на неопределенный срок. [20] Большинство бытовых морозильников поддерживают температуру от -23 до -18 °C (от -9 до 0 °F), хотя некоторые устройства, предназначенные только для морозильной камеры, могут достигать температуры -34 °C (-29 °F) и ниже. Холодильники с морозильной камерой обычно не достигают температуры ниже -23 ° C (-9 ° F), поскольку один и тот же контур охлаждающей жидкости обслуживает обе камеры: чрезмерное понижение температуры морозильной камеры вызывает трудности с поддержанием температуры выше точки замерзания в холодильной камере. Бытовые морозильники могут быть включены в отдельный отсек холодильника или представлять собой отдельный прибор. Бытовые морозильники могут быть либо вертикальными, напоминающими холодильник, либо морозильными камерами , шириной больше высоты, с крышкой или дверцей сверху, при этом удобство жертвуется ради эффективности и частичной устойчивости к перебоям в подаче электроэнергии. [21] Многие современные вертикальные морозильники оснащены дозатором льда, встроенным в дверцу. Некоторые высококлассные модели оснащены дисплеями и элементами управления термостата.
Домашние морозильники в виде отдельных отделений (больше, чем необходимо, только для кубиков льда) или как отдельные блоки были представлены в Соединенных Штатах в 1940 году. Замороженные продукты, которые раньше были предметом роскоши, стали обычным явлением.
В 1955 году в продажу поступила домашняя морозильная камера, которая была достаточно холодной, чтобы владельцы могли заморозить свежие продукты самостоятельно, а не покупать продукты, уже замороженные по технологии Кларенса Бердси. [22] [23]
Цикл сжатия пара используется в большинстве бытовых холодильников, холодильников с морозильной камерой и морозильников. В этом цикле циркулирующий хладагент, такой как R134a , поступает в компрессор в виде пара под низким давлением при температуре внутренней части холодильника или немного ниже. Пар сжимается и выходит из компрессора в виде перегретого пара под высоким давлением. Перегретый пар проходит под давлением через змеевики или трубки, составляющие конденсатор ; змеевики или трубки пассивно охлаждаются за счет воздуха в помещении. Конденсатор охлаждает пар, который сжижается. Когда хладагент покидает конденсатор, он все еще находится под давлением, но теперь его температура лишь немного выше комнатной. Этот жидкий хладагент подается через дозирующее или дросселирующее устройство, также известное как расширительный клапан (по сути, сужение в трубке размером с крошечное отверстие) в область с гораздо более низким давлением. Внезапное снижение давления приводит к взрывоподобному испарению части (обычно около половины) жидкости. Скрытое тепло, поглощаемое в результате этого мгновенного испарения, извлекается в основном из соседнего еще жидкого хладагента, явление, известное как самоохлаждение . Этот холодный и частично испаренный хладагент продолжает проходить через змеевики или трубки испарительного агрегата. Вентилятор продувает воздух из отсека («воздух короба») через эти змеевики или трубки, и хладагент полностью испаряется, извлекая дополнительное скрытое тепло из воздуха короба. Этот охлажденный воздух возвращается в холодильную или морозильную камеру, сохраняя таким образом воздух в камере холодным. Обратите внимание, что прохладный воздух в холодильнике или морозильной камере все равно теплее, чем хладагент в испарителе. Хладагент покидает испаритель, полностью испаренный и слегка нагретый, и возвращается на вход компрессора для продолжения цикла.
Современные бытовые холодильники чрезвычайно надежны, поскольку двигатель и компрессор объединены в сварной контейнер, «герметичный блок», что значительно снижает вероятность протечек или загрязнения. Для сравнения, холодильные компрессоры с внешним соединением, например, в автомобильных кондиционерах, неизбежно пропускают жидкость и смазку через уплотнения вала. Это приводит к необходимости периодической подзарядки и, если игнорировать это, возможному выходу из строя компрессора.
Холодильники с двумя отделениями нуждаются в специальной конструкции для управления охлаждением холодильной или морозильной камеры. Обычно компрессоры и змеевики конденсатора устанавливаются в верхней части шкафа, а для их охлаждения используется один вентилятор. У такой схемы есть несколько недостатков: невозможно управлять каждым отделением независимо, а более влажный воздух холодильника смешивается с сухим воздухом морозильной камеры. [24]
Многие производители предлагают модели с двумя компрессорами. Эти модели имеют отдельные морозильную и холодильную камеры, которые работают независимо друг от друга, иногда монтируются в одном шкафу. Каждый из них имеет отдельный компрессор, змеевики конденсатора и испарителя, изоляцию, термостат и дверь. [ нужна цитата ]
Гибрид этих двух конструкций заключается в использовании отдельного вентилятора для каждого отсека — подход Dual Fan. Это позволяет осуществлять раздельное управление и поток воздуха в одной компрессорной системе. [ нужна цитата ]
Абсорбционный холодильник работает иначе, чем компрессорный холодильник, используя источник тепла , например, сжигание сжиженного нефтяного газа , солнечную тепловую энергию или электрический нагревательный элемент. Эти источники тепла работают намного тише, чем двигатель компрессора в обычном холодильнике. Вентилятор или насос могут быть единственными механическими движущимися частями; полагаться на конвекцию считается непрактичным.
Другие области применения абсорбционного холодильника (или «чиллера») включают крупные системы, используемые в офисных зданиях или комплексах, таких как больницы и университеты. Эти большие системы используются для охлаждения рассола, циркулирующего по зданию.
Эффект Пельтье использует электричество для прямой перекачки тепла; Холодильники, использующие эту систему, иногда используются в кемпинге или в ситуациях, когда шум недопустим. Они могут быть абсолютно бесшумными (если не установлен вентилятор для циркуляции воздуха), но менее энергоэффективны, чем другие методы.
«Сверххолодные» или « сверхнизкие температуры (ULT) » (обычно -80 или -86 °C [-112 или -123 °F]) морозильники, используемые для хранения биологических образцов, также обычно используют две стадии охлаждения. , но в каскаде . На ступени с более низкой температурой в качестве хладагента используется метан или аналогичный газ, а на второй ступени, в которой используется более традиционный хладагент, в конденсаторе поддерживается температура около -40 °C.
Для гораздо более низких температур лаборатории обычно приобретают жидкий азот (-196 °C [-320,8 °F]), хранящийся в колбе Дьюара , в которой суспендируют образцы. Криогенные морозильники могут достигать температуры до -150 ° C (-238 ° F) и могут включать резервный жидкий азот.
Альтернативы циклу сжатия пара, не используемые в настоящее время в массовом производстве, включают:
Многие современные холодильники/морозильники имеют морозильную камеру сверху, а холодильник снизу. В большинстве холодильников с морозильной камерой, за исключением моделей с ручным размораживанием или более дешевых моделей, используется, по-видимому, два термостата. Только в холодильном отделении поддерживается надлежащий температурный режим. Когда холодильник становится слишком теплым, термостат запускает процесс охлаждения, и вентилятор циркулирует воздух вокруг морозильной камеры. За это время холодильник также становится холоднее. Ручка управления морозильной камерой контролирует только количество воздуха, поступающего в холодильник через систему заслонок. [26] Изменение температуры холодильника непреднамеренно приведет к изменению температуры морозильной камеры в противоположном направлении. [ нужна ссылка ] Изменение температуры морозильной камеры не повлияет на температуру холодильника. Управление морозильной камерой также можно отрегулировать, чтобы компенсировать любую регулировку холодильника. [ нужна цитата ]
Это означает, что холодильник может стать слишком теплым. Однако, поскольку в холодильное отделение направляется лишь достаточное количество воздуха, морозильная камера обычно быстро восстанавливает заданную температуру, если только дверь не открывается. Когда открывается дверь в холодильнике или морозильной камере, вентилятор в некоторых устройствах немедленно останавливается, чтобы предотвратить образование чрезмерного инея на змеевике испарителя морозильной камеры, поскольку этот змеевик охлаждает две области. Когда морозильная камера достигает заданной температуры, устройство выключается независимо от температуры в холодильнике. Современные компьютеризированные холодильники не используют систему заслонок. Компьютер управляет скоростью вентилятора в обоих отделениях, хотя воздух по-прежнему поступает из морозильной камеры. [ нужна цитата ]
Новые холодильники могут включать в себя:
Эти старые морозильные камеры были основным охлаждающим элементом холодильника и поддерживали температуру всего около -6 ° C (21 ° F), что подходит для хранения продуктов в течение недели.
Более поздние достижения включали автоматические ледогенераторы и саморазделяющиеся морозильные агрегаты.
Бытовые холодильники и морозильники для хранения продуктов производятся в различных размерах. Одним из самых маленьких является холодильник Пельтье объемом 4 литра (0,14 куб. футов), который, как рекламируется, вмещает 6 банок пива. Большой бытовой холодильник ростом с человека, шириной около 1 метра (3,3 фута) и вместимостью 600 литров (21 куб. фута). Некоторые модели для небольших домашних хозяйств помещаются под кухонные рабочие поверхности, обычно высотой около 86 сантиметров (34 дюйма). Холодильники можно комбинировать с морозильниками, располагая холодильник или морозильную камеру сверху, снизу или рядом. Холодильник без отделения для хранения замороженных продуктов может иметь небольшое отделение только для приготовления кубиков льда. Морозильные камеры могут иметь выдвижные ящики для хранения продуктов или не иметь перегородок (морозильные лари).
Холодильники и морозильники могут быть отдельно стоящими или встроенными в кухню.
Распространены три различных класса холодильников:
Для охлаждения можно использовать и другие специализированные механизмы охлаждения, но они не применяются в бытовых или коммерческих холодильниках.
В доме без кондиционирования воздуха (обогрева и/или охлаждения) холодильники потребляют больше энергии, чем любое другое домашнее устройство. [29] В начале 1990-х годов среди крупнейших производителей был проведен конкурс по поощрению энергоэффективности. [30] Текущие модели в США, сертифицированные Energy Star, потребляют на 50% меньше энергии, чем средние модели, выпущенные в 1974 году. [31] Самый энергоэффективный блок, произведенный в США, потребляет около половины киловатт-часа в день (что эквивалентно 20 W непрерывно). [32] Но даже обычные агрегаты весьма эффективны; некоторые устройства меньшего размера потребляют менее 0,2 кВтч в день (что эквивалентно 8 Вт в непрерывном режиме). Более крупные агрегаты, особенно с большими морозильниками и ледогенераторами, могут потреблять до 4 кВт·ч в день (что эквивалентно 170 Вт в непрерывном режиме). Европейский Союз использует буквенный знак обязательного рейтинга энергоэффективности вместо Energy Star; таким образом, холодильники ЕС в точках продаж маркируются в зависимости от их энергоэффективности.
Что касается холодильников в США, Консорциум по энергоэффективности (CEE) дополнительно различает холодильники, соответствующие требованиям Energy Star. Холодильники уровня 1 — это холодильники, эффективность которых на 20–24,9 % выше, чем минимальные федеральные стандарты, установленные Законом о сохранении энергии национальных бытовых приборов (NAECA). Уровень 2 — это те, которые на 25–29,9% более эффективны. Уровень 3 — это высшая квалификация для тех холодильников, эффективность которых как минимум на 30% превышает федеральные стандарты. [33] Около 82% холодильников, соответствующих требованиям Energy Star, относятся к уровню 1, 13% соответствуют уровню 2 и только 5% соответствуют уровню 3. [ 33 ]
Помимо стандартного компрессорного охлаждения, используемого в обычных бытовых холодильниках и морозильниках, существуют такие технологии, как абсорбционное охлаждение и магнитное охлаждение . Хотя эти конструкции обычно потребляют гораздо большее количество энергии по сравнению с компрессорным охлаждением, другие качества, такие как бесшумная работа или возможность использования газа, могут способствовать использованию этих холодильных агрегатов в небольших помещениях, мобильных условиях или в средах, где отказ агрегата может привести к разрушительным последствиям. последствия. [ нужна цитата ]
Многие холодильники, выпущенные в 1930-х и 1940-х годах, были гораздо более эффективными, чем большинство холодильников, созданных позже. Частично это связано с добавлением новых функций, таких как автоматическое размораживание, которые снизили эффективность. Кроме того, после Второй мировой войны стиль холодильника стал важнее эффективности. Это было особенно актуально в США в 1970-х годах, когда стали популярны модели Side-by-Side (известные за пределами США как американские холодильники с морозильной камерой) с дозаторами льда и охладителями воды. Однако снижение эффективности также частично произошло из-за уменьшения количества изоляции для сокращения затрат. [ нужна цитата ]
Благодаря введению новых стандартов энергоэффективности современные холодильники стали намного более эффективными, чем холодильники, произведенные в 1930-х годах; они потребляют такое же количество энергии, хотя их размер в три раза больше. [34] [35]
Эффективность старых холодильников можно повысить путем размораживания (если устройство размораживается вручную) и регулярной их чистки, замены старых и изношенных дверных уплотнителей на новые, регулировки термостата в соответствии с фактическим содержимым (холодильник не должен быть холоднее, чем 4 °C (39 °F) для хранения напитков и нескоропортящихся продуктов), а также замену изоляции, где это применимо. Некоторые предприятия рекомендуют чистить змеевики конденсатора примерно раз в месяц на агрегатах с змеевиками сзади. Чтобы продлить срок службы змеевиков и избежать незаметного ухудшения эффективности в течение длительного периода, агрегат должен иметь возможность вентилировать или «дышать» с достаточным количеством воздуха. пространство вокруг передней, задней, боковых сторон и над устройством. Если в холодильнике используется вентилятор для охлаждения конденсатора, его необходимо чистить или обслуживать в соответствии с индивидуальными рекомендациями производителя. [ нужна цитата ]
В холодильниках или морозильниках с защитой от замерзания используются электрические вентиляторы для охлаждения соответствующего отделения. [36] Его можно назвать холодильником с принудительной вентиляцией, тогда как устройства с ручным размораживанием полагаются на более холодный воздух, лежащий внизу, а не на теплый воздух вверху для достижения достаточного охлаждения. Воздух всасывается через впускной канал и проходит через испаритель, где охлаждается, а затем циркулирует по всему шкафу через ряд каналов и вентиляционных отверстий. Поскольку воздух, проходящий через испаритель, предположительно теплый и влажный, на испарителе (особенно на испарителе морозильной камеры) начинает образовываться иней. В более дешевых и/или старых моделях цикл размораживания контролируется механическим таймером. Этот таймер настроен на отключение компрессора и вентилятора и подачу питания на нагревательный элемент, расположенный рядом или вокруг испарителя, примерно на 15–30 минут каждые 6–12 часов. Это растопит любой иней или лед и позволит холодильнику снова нормально работать. Считается, что безморозные агрегаты имеют меньшую устойчивость к морозу из-за змеевиков испарителя, подобных кондиционерам. Поэтому, если случайно оставить дверь открытой (особенно морозильной камеры), система оттаивания может не удалить весь иней, в этом случае морозильную камеру (или холодильник) необходимо разморозить. [37]
Если система размораживания растапливает весь лед до окончания установленного по времени периода размораживания, тогда небольшое устройство (называемое ограничителем размораживания) действует как термостат и отключает нагревательный элемент, чтобы предотвратить слишком большие колебания температуры, а также предотвращает выбросы горячих потоков воздуха. при повторном запуске системы, если она раньше времени закончит размораживание. На некоторых ранних моделях без замерзания ограничитель оттаивания также отправляет сигнал на таймер оттаивания, чтобы запустить компрессор и вентилятор, как только он отключит нагревательный элемент до завершения цикла оттаивания по времени. Когда цикл размораживания завершен, компрессор и вентилятор могут снова включиться. [37]
Холодильники с защитой от замерзания, в том числе некоторые первые холодильники/морозильники с защитой от замерзания, в которых в холодильном отделении использовалась холодная пластина вместо потока воздуха из морозильного отделения, обычно не отключают вентиляторы холодильника во время размораживания. Это позволяет потребителям оставлять продукты в основном отделении холодильника незакрытыми, а также помогает сохранять овощи влажными. Этот метод также помогает снизить потребление энергии, поскольку температура холодильника превышает точку замерзания и он может пропускать более теплый, чем замерзающий, воздух через испаритель или холодную пластину, чтобы ускорить цикл размораживания. [ нужна цитата ]
С появлением цифровых инверторных компрессоров потребление энергии еще больше снижается, чем у односкоростного компрессора с асинхронным двигателем, и, таким образом, выбросы парниковых газов становятся гораздо меньшими. [38]
Энергопотребление холодильника также зависит от типа используемого охлаждения. Например, инверторные холодильники потребляют сравнительно меньше энергии, чем типичный неинверторный холодильник. В инверторном холодильнике компрессор используется условно, по мере необходимости. Например, инверторный холодильник может потреблять меньше энергии зимой, чем летом. Это связано с тем, что компрессор работает меньше времени, чем летом.
Кроме того, новые модели холодильников с инверторным компрессором учитывают различные внешние и внутренние условия для регулировки скорости компрессора и, таким образом, оптимизируют охлаждение и потребление энергии. В большинстве из них используется как минимум 4 датчика, которые помогают обнаружить изменение внешней температуры и внутренней температуры из-за открытия дверцы холодильника или хранения новых продуктов внутри; влажность и особенности использования. В зависимости от входных сигналов датчика компрессор регулирует свою скорость. Например, если открыта дверь или сохранены новые продукты, датчик обнаруживает повышение температуры внутри кабины и сигнализирует компрессору о необходимости увеличить скорость до достижения заданной температуры. После этого компрессор работает на минимальной скорости, чтобы просто поддерживать внутреннюю температуру. Компрессор обычно работает со скоростью от 1200 до 4500 об/мин. Инверторные компрессоры не только оптимизируют охлаждение, но также отличаются долговечностью и энергоэффективностью. [39] Устройство потребляет максимум энергии и подвергается максимальному износу при включении. Поскольку инверторный компрессор никогда не выключается сам, а работает на переменной скорости, он сводит к минимуму износ и потребление энергии. Компания LG сыграла значительную роль в совершенствовании инверторных компрессоров, какими мы их знаем, уменьшив точки трения в компрессоре и, таким образом, представив линейные инверторные компрессоры. Традиционно во всех бытовых холодильниках используется возвратно-поступательный привод, соединенный с поршнем. Но в линейном инверторном компрессоре поршень, представляющий собой постоянный магнит, подвешен между двумя электромагнитами. Переменный ток меняет магнитные полюса электромагнита, что приводит к толчку и притяжению, сжимающему хладагент. LG утверждает, что это помогает снизить потребление энергии на 32% и уровень шума на 25% по сравнению с их обычными компрессорами.
Физическая конструкция холодильников также играет большую роль в их энергоэффективности. Наиболее эффективной является морозильная камера в форме ларя, поскольку ее конструкция с верхним открытием сводит к минимуму конвекцию при открытии дверей, уменьшая количество теплого влажного воздуха, попадающего в морозильную камеру. С другой стороны, внутренние диспенсеры для льда вызывают большую утечку тепла, что способствует увеличению потребления энергии. [40]
После того, как потребительские холодильники стали финансово выгодными для производства и продажи в больших масштабах, их распространенность во всем мире значительно расширилась. В Соединенных Штатах примерно 99,5% домохозяйств имеют холодильник. [41] Владение холодильником более распространено в развитых западных странах, но его популярность растет в восточных и развивающихся странах. [ нужна цитата ]
Торговля льдом — отрасль в 19 и 20 веках добычи, транспортировки и продажи натурального и искусственного льда для охлаждения и потребления. Большая часть льда, используемого в торговле, добывалась в Северной Америке и транспортировалась по всему миру, а некоторые более мелкие предприятия работали в Норвегии . [42] С появлением более доступного крупного и домашнего холодильного оборудования примерно в 1920-х годах необходимость в крупномасштабном сборе и транспортировке льда отпала, а торговля льдом впоследствии замедлилась и свелась к менее масштабным местным услугам или вообще исчезла. [43]
Холодильник позволяет домашним хозяйствам сохранять продукты свежими дольше, чем раньше. Наиболее заметное улучшение коснулось мяса и других скоропортящихся продуктов, которые раньше нужно было консервировать или иным образом обрабатывать для длительного хранения и транспортировки. [44] Это изменение в цепочках поставок продуктов питания привело к заметному повышению качества продуктов питания в районах, где использовалось охлаждение. Кроме того, повышение свежести и срока годности продуктов питания, вызванное появлением холодильного оборудования, а также растущими методами глобальной коммуникации, привело к увеличению культурного обмена посредством пищевых продуктов из разных регионов мира. Также высказывались утверждения, что это повышение качества продуктов питания является причиной увеличения роста граждан Соединенных Штатов примерно в начале 1900-х годов. [44]
Охлаждение также способствовало снижению качества продуктов питания в некоторых регионах. Частично объясняя явления глобализации в продовольственном секторе, холодильное оборудование сделало производство и транспортировку полуфабрикатов и полуфабрикатов недорогими, что привело к их распространению, особенно в регионах с низкими доходами. Эти регионы с ограниченным доступом к продуктам более высокого качества называются продовольственными пустынями .
Морозильные камеры позволяют людям покупать продукты оптом и есть их на досуге, а оптовые закупки могут сэкономить деньги . Мороженое , популярный товар 20-го века, раньше можно было получить, только приехав туда, где продукт был изготовлен, и съесть его на месте. Сейчас это обычный продукт питания. Лед по требованию не только доставляет удовольствие от холодных напитков, но и полезен для оказания первой помощи, а также для создания холодных компрессов, которые можно хранить замороженными для пикников или в случае чрезвычайной ситуации.
Емкость холодильника измеряется либо в литрах, либо в кубических футах. Обычно объем комбинированного холодильника с морозильной камерой составляет от 1/3 до 1/4 объема, отведенного для морозильной камеры, хотя эти значения сильно варьируются.
Настройки температуры для холодильной и морозильной камер часто задаются производителями произвольными числами (например, от 1 до 9, от самой теплой до самой холодной), но обычно для холодильной камеры идеально подходит диапазон от 3 до 5 °C (от 37 до 41 °F) [1]. и −18 °C (0 °F) для морозильной камеры. Для правильной работы некоторые холодильники должны находиться в пределах определенных параметров внешней температуры. Это может стать проблемой при размещении квартир на незавершенном участке, например в гараже.
Некоторые холодильники теперь разделены на четыре зоны для хранения разных видов продуктов:
Европейские морозильники и холодильники с морозильной камерой имеют четырехзвездочную систему оценки морозильников. [45]
Хотя и трехзвездочный, и четырехзвездочный рейтинг указывают одинаковое время хранения и одинаковую минимальную температуру -18 ° C (0 ° F), только четырехзвездочный морозильник предназначен для замораживания свежих продуктов и может включать функцию «быстрого замораживания» ( Чтобы облегчить это, компрессор постоянно работает до температуры -26 ° C (-15 ° F)). Три (или меньше) звезды используются для отделений для замороженных продуктов, которые подходят только для хранения замороженных продуктов; помещение свежих продуктов в такое отделение может привести к неприемлемому повышению температуры. Эта разница в категоризации показана в дизайне 4-звездочного логотипа, где «стандартные» три звезды отображаются в рамке с использованием «положительных» цветов, обозначая ту же нормальную работу, что и 3-звездочная морозильная камера, а четвертая звезда показывая, что дополнительная функция свежих продуктов / быстрого замораживания указана в поле в «негативных» цветах или имеет другое четкое форматирование. [ нужна цитата ]
Большинство европейских холодильников включают в себя влажную холодильную секцию (которая требует (автоматического) размораживания через нерегулярные промежутки времени) и морозильную секцию (редко без инея).
(от самого теплого к самому прохладному)
Все более важной экологической проблемой становится утилизация старых холодильников – первоначально потому, что фреоновая охлаждающая жидкость повреждает озоновый слой – но по мере того, как холодильники старшего поколения изнашиваются, разрушение изоляции, содержащей CFC, также вызывает беспокойство. В современных холодильниках обычно используется хладагент HFC-134a ( 1,1,1,2-тетрафторэтан ), который не разрушает озоновый слой, в отличие от фреона. R-134a становится все более редким в Европе, где вместо него используются более новые хладагенты. В настоящее время в качестве основного хладагента используется R-600a (также известный как изобутан ), который в случае выброса оказывает меньшее воздействие на атмосферу. Поступали сообщения о взрывах холодильников, если из хладагента вытекает изобутан при наличии искры. Если охлаждающая жидкость попадает в холодильник, то в то время, когда дверь не открывается (например, ночью), концентрация охлаждающей жидкости в воздухе внутри холодильника может накапливаться с образованием взрывоопасной смеси, которая может воспламениться либо от искры из холодильника. термостата или когда свет загорается при открытии двери, что приводит к документально подтвержденным случаям серьезного материального ущерба и травм или даже смерти в результате взрыва. [51]
Утилизация выброшенных холодильников регулируется, часто требуя снятия дверей по соображениям безопасности. Дети, игравшие в прятки, задохнулись, прячась в выброшенных холодильниках, особенно старых моделях с запирающимися дверцами, в результате явления, называемого смертью холодильника . Со 2 августа 1956 года согласно федеральному закону США дверцы холодильника больше не разрешается запирать, и их можно открыть изнутри. [52] В современных установках используется магнитная дверная прокладка, которая удерживает дверь герметичной, но позволяет открыть ее изнутри. [53] Эта прокладка была изобретена, разработана и изготовлена Максом Берманном (1903–1984) из Бергиш-Гладбаха /Германия. [54] [55]
Что касается общих затрат в течение жизненного цикла, многие правительства предлагают стимулы для поощрения переработки старых холодильников. Одним из примеров является программа холодильников Phoenix, запущенная в Австралии. В рамках этой правительственной инициативы старые холодильники собирались, платя их владельцам за «пожертвование» холодильников. Затем холодильник был отремонтирован: были установлены новые дверные уплотнители, проведена тщательная очистка и сняты предметы, такие как крышка, прикрепленная к задней части многих старых холодильников. Полученные в результате холодильники, которые теперь более чем на 10% более эффективны, затем были розданы семьям с низкими доходами. [ нужна цитата ]
Подобно австралийской программе, в США также существует программа по сбору и замене старых, менее эффективных холодильников и другой бытовой техники . [56] Эти программы направлены на сбор крупной бытовой техники, которая может быть старой, неэффективной или сломанной, и замену ее более новой и более эффективной бытовой техникой. Это делается для того, чтобы снизить стоимость дополнительных затрат, которые эти приборы налагают на семьи с низкими доходами из-за неэффективного использования энергии и газа, а также уменьшить загрязнение окружающей среды, вызванное постоянным использованием этих приборов.
