З курсу фізики відомо, що поняття «холод» та «теплота» умовні, оскільки їхня фізична природа однакова.

Теплота - це один з видів енергії, який може бути перетворений на її інші види, і навпаки.

Теплота може переходити від однієї речовини до іншої лише за наявності різниці температур між ними. Речовини знаходяться в одному з трьох станів - твердому, рідкому або газоподібному - в залежності від навколишніх умов (тиску і температури) і можуть переходити з одного стану в інший при підведенні або відведенні теплоти, що викликає зміну будови речовини.

Тверда фаза - характеризується жорсткою молекулярною структурою, тверде тіло зберігає свою форму та розміри, практично не стискаючись.

Рідка фаза - молекули такого стану речовини мають більшу енергію, ніж молекули твердого тіла, не так щільно з'єднані одна з одною, це дозволяє їм легше долати сили взаємного тяжіння. Рідина практично не стискається, зберігає свій об'єм, найбільш характерна особливість рідини - плинність, завдяки якій вона набуває форми судини, в якій знаходиться.

Газова чи парова фаза – при цій фазі речовини молекули мають ще більшу енергію, ніж молекули рідини, не пов'язані силами взаємного тяжіння і рухаються вільно, газ легко стискається і заповнює весь об'єм судини, в якій знаходиться.

У холодильній техніці зазвичай використовуються речовини у рідкому чи газоподібному стані.

Зниження температури речовини нижче температури навколишнього середовища можливе шляхом штучного охолодження, а саму речовину, температура якої нижче температури навколишнього середовища, прийнято називати холодною.

Таким чином, можна сказати, що виходячи з понять холод і теплота, слід визначити наступне: холод - це теплота, що відводиться від речовини, температура якої нижче температури навколишнього середовища.

Штучне охолодження можна здійснювати двома способами:

• за допомогою іншої речовини з нижчою температурою за рахунок відведення теплоти;

• за допомогою охолоджувальних пристроїв, холодильних машин та установок, що складають спеціалізовану область техніки, яку називають холодильною технікою.

Також слід згадати фізичні принципи отримання низьких температур.

Охолодження за рахунок фазових перетворень

При досягненні твердим тілом температури плавлення подальшого підвищення його температури не відбувається, а теплота, що підводиться (або відводиться) витрачається на зміну (перетворення) твердого тіла в рідину (при відведенні теплоти - з рідини у тверде тіло).

Температура плавлення (затвердіння) залежить від виду речовини та тиску навколишнього середовища.

При атмосферному тиску (760 мм рт. ст.) температура плавлення водяного льоду дорівнює 0°С.

Кількість теплоти, необхідне перетворення 1 кг льоду у воду (або навпаки), називається прихованою чи звичніше — питомою теплотою плавлення.

Кипіння - процес інтенсивного пароутворення на поверхні нагріву за рахунок поглинання теплоти.

Кипіння рідини за низької температури є одним із основних процесів у парокомпресійних холодильних машинах.

Киплячу рідину прийнято називати холодильним агентом (скорочено - холодоагент), а апарат, де він кипить, забираючи теплоту від речовини, що охолоджується, - випарником.

Точка кипіння:

• вода +100°С;

• машинна олива +380-400°С;

• холодоагент 

  • • R12 - 29,8°С;

    • R134a - 26,5°С.

Сублімація - перехід речовини з твердого стану в газоподібний, минаючи рідку фазу, з поглинанням теплоти.

При атмосферному тиску сухий лід, поглинаючи теплоту з довкілля, переходить з твердого стану в газоподібний при температурі -78,9°С. Питома теплота сублімації 571 кДж/кг.

Випаровування - процес пароутворення, що відбувається з вільної поверхні рідини.

Його фізична природа пояснюється вильотом молекул, що мають велику швидкість і кінетичною енергією теплового руху, з поверхневого шару, рідина при цьому охолоджується.

При атмосферному тиску та температурі 0°С прихована теплота випаровування води становить 2509 кДж/кг.

Дроселювання (ефект Джоуля - Томпсона)

Ще один з основних процесів полягає в падінні тиску та зниженні температури холодоагенту при його протіканні через звужений переріз під впливом різниці тисків без здійснення зовнішньої роботи та теплообміну з довкіллям.

У вузькому перерізі швидкість потоку зростає, кінетична енергія витрачається на внутрішнє тертя між молекулами.

Це призводить до випаровування частини рідини та зниження температури всього потоку.

Процес відбувається в регулювальному вентилі або дросельному вузлі (капілярній трубці).

Термоелектричний ефект (ефект Пельтьє)

Цей ефект використовується в термоелектричних охолоджуючих пристроях.

Він заснований на зниженні температури спаїв напівпровідників при проходженні через них постійного електричного струму.

Вихровий ефект (ефект Ранка - Хільша)

Створюється за допомогою спеціального пристрою – вихрової труби.

Заснований на поділі теплого та холодного повітря в закрученому потоці всередині труби.

Принципи роботи системи кондиціонування

Як уже зазначалося, що якщо потрібно що-небудь охолодити, слід відвести тепло.

Для цих цілей у конструкції автомобіля передбачено холодильну компресорну установку.

Холодоагент, циркулюючи в закритому контурі кліматичної системи під певним тиском, постійно переходить з рідкого стану в газоподібний і навпаки.

При цьому холодоагент піддається стисканню до газоподібного стану, конденсуванню шляхом відведення тепла та випаровуванню при зменшенні тиску під час підведення тепла.

Таким чином, система кондиціонування являє собою тепловий насос — агрегат, який переносить розсіяну теплову енергію в опалювальний контур. Принцип роботи теплового насоса базується на зворотному циклі Карно. При цьому основна передача тепла заснована не на стисканні чи розширенні циклу Карно, а на фазових переходах - випаровуванні та конденсації.

Як це відбувається

Процес повторюється постійно. У такий спосіб холодоагент і тепловий насос здійснює зворотний цикл Карно.

Просто кажучи, тепловий насос за допомогою теплообмінників збирає теплову енергію із повітря в салоні автомобіля і «переносить» її у навколишнє середовище.