1.10. Суперхолодильники

Холодное пиво, свежие рыба, овощи, молоко — эти блага, обеспечиваемые бытовыми холодильниками, хорошо знакомы жителям всех развитых стран мира. Еще важнее, когда в деревнях, расположенных на юге, небольшой питаемый солнечной энергией медицинский холодильник по сути дела представляет собой грань между жизнью, спасаемой хранящимися в нем вакцинами, и смертельным исходом болезни. Что же позволяет надежно поддерживать температуру, которая на десятки градусов ниже температуры окружающей среды? Изолированная коробка и метод охлаждения — это традиционное устройство, которое попеременно сжимает фреон и затем снова расширяет его, отводя тепло от пищевых продуктов к «конденсатору» на наружной части коробки.

Слабым местом большинства холодильников является их изоляция. Примерно с 1950 по 1975 год, по мере того, как электроэнергия дешевела, производители уменьшали толщину изоляции, чтобы сделать внутренний объем холодильника более вместительным, не увеличивая внешних размеров. Дай им волю, они, пожалуй, сделали бы внутренние размеры больше внешних. Иногда в холодильниках использовались весьма неэффективные компрессоры, часто устанавливаемые снизу, в результате чего в камеру для хранения продуктов поднималось тепло, которое необходимо было заново отводить. Конструкция компрессора и конденсатора была настолько плохой, а охладитель настолько мал, что им требовался шумный, малопроизводительный вентилятор, который обдувал бы их, предупреждая перегрев. Запутанный змеевик конденсатора с трудом поддавался чистке; скопившаяся грязь мешала отводу тепла, заставляя компрессор работать дольше. Дверца не имела хорошего уплотнения, а когда ее открывали, весь холодный воздух выходил наружу. Во влажную погоду из-за такой изоляции наружная поверхность коробки запотевала, поэтому для ее осушения устанавливались электрообогреватели; до недавнего времени их даже нельзя было отключить в сухом месте или в сухое время года. Такие обогреватели работали в одной упряжке с тонкой изоляцией, облегчая поступление избыточного тепла вовнутрь. Для равномерного охлаждения (а заодно и высу-шивания пищевых продуктов), вместо того чтобы улучшить конструкцию, были добавлены малопроизводительные вентиляторы. Для уменьшения обмерзания внутри, наряду с неэкономичными лампочками, также были поставлены электрообогреватели, просто чтобы показать, что у системы охлаждения большие возможности. Они продолжали работать даже безо всякого обмерзания. Появлялись новые варианты, в которых лед или напитки можно достать, не открывая дверцу. Это небольшое удобство добавляло еще одно отверстие в изоляции.

Какой нелепый способ охлаждения продуктов! Тем не менее были проданы сотни миллионов таких холодильников. Каждый из них тратит впустую настолько много электричества, что сжигаемый для ее производства уголь (за который вы платите, чтобы без всякой на то нужды превратить его в глобальное потепление и кислотные дожди) мог бы в течение года целиком заполнить внутренность холодильника.

В конце 80-х годов американские холодильники и холодильники-морозильники (наиболее распространенный тип) расходовали одну шестую часть всей электроэнергии, потребляемой жилыми домами, что примерно эквивалентно производству энергии 30 электростанциями размером в Чернобыльскую АЭС. Между тем новые аппараты, которые могут служить 20 лет, но нередко перепродаются до истечения этого срока, становились гораздо более экономичными.

Начиная с середины 70-х годов, и особенно в 90-е годы, производители стали осознавать, насколько это просто — улучшить конструкцию, изоляцию и уплотнение, увеличить размеры змеевиков, применить более экономичные лампочки, компрессоры и регуляторы для того, чтобы сохранять продукты прохладными и не высушивать их, расходуя при этом намного меньше электроэнергии. Эффект был поразительным.

• Средняя модель холодильника-морозильника, продаваемая в США в 1972 г., потребляла 3,36 киловатт-часа в год на один литр объема.

• К 1987 г., когда в Калифорнии вступили в силу стандарты экономичности, эта цифра упала до 1,87 киловатт-часа в год.

• В 1990 г. новый федеральный стандарт запрещал продажу моделей, имеющих показатель выше 1,52 киловатт-часа в год, тогда как лучшая модель массового производства расходовала только 1,32 и при этом стоила меньше, чем средний новый агрегат в своем классе размеров.

• В 1993 г. федеральный стандарт подтянули до 1,16.

• В 1994 г. компания «Верлпул» выиграла конкурс «Золотая морковка» (подход, заимствованный из ранее проведенного шведского конкурса на лучшую разработку, победителем которого стала компания «Электролюкс»), продемонстрировав аппарат, потребляющий 1,08 киловатт-часа в год. Основные производители в США договорились к 1998 г. сократить потребление электроэнергии до 0,86.

• Начиная с 1988 г. «Грам» в Дании производит холодильники с улучшенной изоляцией, потребляющие всего лишь 0,45 киловатт-часа в год. Путем дальнейших усовершенствований этот показатель можно легко понизить до 0,26.

Некоторое специально изготовленное оборудование работало еще лучше.

• Уже в начале 80-х годов небольшая американская фирма «Сан Фрост» вручную производила (главным образом, для работающих на солнечной энергии домашних хозяйств, стремящихся минимизировать закупки дорогостоящих солнечных батарей) модели, которые расходовали только 0,45—0,53 киловатт-часа в год. Эти аппараты стоили дороже, потому что производились в малом объеме, но при массовом производстве стоимость их должна быть ниже, чем традиционных моделей, поскольку по своей конструкции они гораздо проще. Современные модификации с частичным размораживанием, вытесняющие более старые модели с ручным размораживанием, потребляют 0,60—0,70 киловатт-часа в год.

• С 1983 г. холодильник фирмы «Сан Фрост» в Институте Рокки Маунтин расходует только около 0,19 киловатт-часа в год. Охлаждение этой модели наполовину обеспечивается «тепловой трубой», соединяющей холодильник с находящимся в тени наружным охлаждающим ребром, благодаря чему тепло от пищевых продуктов отбирается наружным воздухом, который часто бывает холодным.

Можно было бы предположить, что сокращение потребления энергии от стандарта США 1972 г. до уровня «Сан Фрост» начала 80-х годов займет очень много времени, если вообще будет когда-либо осуществлено и признано целесообразным. Ничего подобного!

Привлекают и многие другие возможности.

• По крайней мере пять видов наиболее передовых изоляционных материалов могут обеспечивать изоляцию на единицу толщины в 2—12 раз лучше, чем самый лучший пенопласт, который, в свою очередь, обладает вдвое более высокой изоляционной способностью, чем стекловолоконная или минеральная вата. Пожалуй, самым удивительным новым материалом являются просто два листа нержавеющей стали, сваренные по краям и отстоящие друг от друга на расстояние нескольких миллиметров (разделенные маленькими стеклянными шариками), с высоким вакуумом между ними. Внутренняя поверхность покрыта специальной пленкой для защиты от теплового инфракрасного излучения. Слой толщиной в картонный лист такой изоляции с «компактным вакуумом» может столь же хорошо останавливать тепловой поток, как семь сантиметров минеральной ваты. Стальная изоляция стоит дороже, но она может резко повысить теплоизоляцию холодильника при значительном уменьшении толщины его стенок. Увеличенный благодаря этому внутренний объем компенсирует затраты на экзотическую изоляцию.

• Компрессоры обычно велики по размерам и неэффективны: даже у «Сан Фрост» они не самые лучшие, потому что компания не могла себе позволить массовые закупки более эффективных моделей. Но «Сан Фрост» использует компрессоры, оптимизированные отдельно для холодильника и морозильной камеры, и устанавливает их наверху. Имеется много других усовершенствований, включая компрессоры с регулируемой скоростью, а значит, и с регулируемым охлаждением.

• Новые конструкции компрессоров с двигателями «Стерлинг» могут увеличить эффективность наполовину или на две трети. Их легко уменьшить до соответствующих размеров для холодильников со сверхизоляцией. Они также повышают надежность, понижают уровень шумов, а вместо хлорсодержащих хладоагентов используют инертный гелий.

• Размеры змеевика конденсатора можно увеличить, присоединив его к тяжелой металлической пластине в шкафу холодильника, что почти вдвое повышает эффективность. Утяжеленная задняя часть не позволяет агрегату опрокинуться, даже если на двери повиснет ребенок.

• Улучшенные материалы и конструкция могут сократить утечки воздуха через уплотнения.

• Лучшие вентиляторы и лампочки могут понизить рабочую энергию и меньше нагревать продукты питания. Лампочки могут даже подавать вовнутрь только свет — а не греть — через светопроводы или волоконные световоды. Некоторые модели имеют улучшенную конструкцию, в которой устранены внутренние вентиляторы, в частности, в камере холодильника, что позволяет дольше сохранять продукты свежими. А хорошо продуманные с инженерной точки зрения агрегаты используют достаточно большой змеевик конденсатора, устанавливаемый наверху и не требующий вентилятора.

• Новые датчики могут включать режимы замораживания и оттаивания только тогда, когда это необходимо, уменьшая энергию на размораживание примерно в 10 раз.

• Размораживание можно осуществлять жидкостью, согреваемой отработанным теплом конденсатора, а не с помощью электричества.

• Вся теплота конденсации может быть использована для нагревания воды в домашнем хозяйстве.

Представляется, что использование этих усовершенствований увеличит уже достигнутую экономию в 86 % по крайней мере до 96 % — без каких-либо потерь рабочих характеристик, надежности или материальных затрат. Революция, связанная с созданием суперхолодильников, только началась.