Chuỗi lạnh: Tại sao tủ lạnh thương mại là những anh hùng thầm lặng của thế giới hiện đại

Khoa học về độ lạnh: Tủ lạnh thương mại hoạt động như thế nào

Môi trường lạnh lẽo, được kiểm soát được duy trì bởi một chiếc tủ lạnh thương mại không phải là một điều kỳ diệu—đó là một điều kỳ diệu của vật lý và kỹ thuật. Trọng tâm của mọi hệ thống làm mát, từ tủ mát trưng bày nhỏ nhất đến tủ đông không cửa ngăn lớn nhất, là nguyên lý của chu trình làm lạnh nén hơi.

Bốn thành phần cốt lõi của làm mát

A Tủ lạnh thương mại về cơ bản hệ thống là một máy bơm nhiệt, liên tục di chuyển nhiệt từ nơi này (bên trong lạnh) sang nơi khác (bên ngoài ấm hơn). Quá trình này được hỗ trợ bởi bốn thành phần chính và chất lỏng làm việc được gọi là chất làm lạnh.

• Máy nén: Đây là công việc chính của hệ thống. Nó lấy hơi môi chất làm lạnh áp suất thấp, mát đã hấp thụ nhiệt từ bên trong thiết bị và nén nó. Nén một chất khí làm tăng đáng kể cả áp suất và nhiệt độ của nó. Đó là một loại khí nóng, áp suất cao, sau đó chuyển sang giai đoạn tiếp theo.

• Bình ngưng: Thành phần này, thường là một bộ cuộn dây ở bên ngoài hoặc phía sau thiết bị, hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt. Khí nóng, áp suất cao chảy qua các cuộn dây này và quạt hoặc không khí xung quanh làm mát nó. Khi khí mất nhiệt, nó ngưng tụ lại thành chất lỏng áp suất cao. Đây là lý do tại sao khu vực xung quanh tủ lạnh đang chạy có cảm giác ấm áp—nó đang loại bỏ nhiệt lượng lấy từ bên trong.

• Van giãn nở (hoặc thiết bị đo sáng): Thành phần này là một hạn chế chính xác trong dòng. Khi chất làm lạnh dạng lỏng áp suất cao đi qua lỗ nhỏ của van, áp suất của nó giảm đáng kể. Sự giảm áp suất này làm cho chất lỏng nguội đi nhanh chóng, sẵn sàng cho giai đoạn cuối.

• Thiết bị bay hơi: Bộ phận này, nằm bên trong không gian lạnh, là nơi diễn ra “điều kỳ diệu” của việc làm mát. Chất làm lạnh lỏng áp suất thấp, lạnh hiện nay chảy qua cuộn dây bay hơi. Vì chất làm lạnh lạnh hơn nhiều so với không khí bên trong tủ lạnh nên nó dễ dàng hấp thụ nhiệt từ không khí đó. Khi nó hấp thụ nhiệt, chất lỏng sôi lên và chuyển trở lại thành hơi áp suất thấp, hoàn thành chu trình và mang lại hiệu quả làm mát. Hơi này sau đó chảy trở lại máy nén để bắt đầu lại quá trình.

Không chỉ giữ thực phẩm tươi ngon

Trong khi tủ lạnh gia đình rất tiện lợi, Tủ lạnh thương mại là một điều cần thiết làm nền tảng cho toàn bộ các lĩnh vực của nền kinh tế hiện đại. Chúng là mắt xích thiết yếu trong “chuỗi lạnh”, mạng lưới cung ứng toàn cầu được kiểm soát nhiệt độ.

Thế giới đa dạng của làm mát thương mại

Thuật ngữ Tủ lạnh thương mại bao gồm một loạt các thiết bị chuyên dụng, mỗi thiết bị được thiết kế cho một ứng dụng công nghiệp cụ thể.

• Máy làm mát và tủ đông không cửa ngăn: Được sử dụng bởi các nhà hàng và siêu thị để lưu trữ số lượng lớn, đây là những căn phòng được kiểm soát nhiệt độ đủ rộng để có thể bước vào. Họ là xương sống của quản lý tồn kho thực phẩm.

• Tủ lạnh và tủ đông tầm tay: Các thiết bị đơn, đôi hoặc ba cửa quen thuộc được tìm thấy trong các bếp ăn thương mại, giúp tiếp cận nhanh chóng các nguyên liệu để chế biến thực phẩm.

• Hộp trưng bày: Đây là những đơn vị xếp dọc lối đi của các cửa hàng tạp hóa, từ tủ đồ nguội đựng thịt và pho mát đến kệ làm lạnh ngoài trời để đựng đồ uống và bữa ăn đóng gói sẵn. Thiết kế của họ là sự cân bằng liên tục giữa việc điều chỉnh nhiệt độ và tầm nhìn của khách hàng.

• Các đơn vị chuyên môn: Danh mục này bao gồm mọi thứ, từ máy làm lạnh nhanh làm lạnh nhanh thức ăn nóng để ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn, đến bàn chuẩn bị tủ lạnh dùng để làm salad và bánh mì sandwich, và thậm chí cả máy làm đá tạo ra hàng trăm pound đá mỗi ngày.

Thách thức toàn cầu: Năng lượng và Môi trường

Mặc dù có vai trò quan trọng, Tủ lạnh thương mại các hệ thống đặt ra một thách thức toàn cầu đáng kể, chủ yếu là do mức tiêu thụ năng lượng và chất làm lạnh mà chúng sử dụng.

Dấu chân môi trường

Ngành điện lạnh và điều hòa không khí là ngành tiêu thụ điện lớn. Trong môi trường bán lẻ lớn, điện lạnh có thể chiếm tới 50% tổng hóa đơn năng lượng. Chu kỳ công suất cao, liên tục cần thiết để làm mát quy mô lớn đòi hỏi nguồn lực đáng kể.

Vấn đề môi trường lớn khác chính là chất làm lạnh. Trong lịch sử, các chất làm lạnh đời đầu như CFC và HCFC được phát hiện có khả năng làm suy giảm tầng Ozone (ODP) cao. Mặc dù những chất này đã bị loại bỏ dần theo các thỏa thuận quốc tế, nhưng chất làm lạnh thay thế, Hydrofluorocarbons (HFC), sau đó được xác định là các loại khí nhà kính mạnh có tiềm năng làm nóng lên toàn cầu (GWP) lớn hơn hàng nghìn lần so với carbon dioxide. Rò rỉ từ thiết bị được bảo trì kém hoặc thải bỏ không đúng cách sẽ giải phóng các khí này vào khí quyển, góp phần trực tiếp vào biến đổi khí hậu.

Con đường dẫn đến làm mát xanh

Ngành công nghiệp hiện đang trải qua một quá trình chuyển đổi quan trọng hướng tới các công nghệ bền vững hơn.

• Chất làm lạnh tự nhiên: Các nhà sản xuất đang ngày càng sử dụng chất làm lạnh tự nhiên như carbon dioxide ( ${\text{CO}}_2$ ), amoniac ( ${\text{NH}}_3$ ) và hydrocarbon có GWP thấp hơn đáng kể và ít hoặc không có ODP.

• Hiệu quả năng lượng: Những tiến bộ trong công nghệ máy nén, cách nhiệt tốt hơn và điều khiển kỹ thuật số đang tạo ra các thiết bị sử dụng ít điện năng hơn. Các tính năng như cửa tự đóng và đèn LED trong tủ trưng bày cũng góp phần tiết kiệm năng lượng đáng kể, giảm cả chi phí vận hành và lượng khí thải carbon tổng thể của dây chuyền lạnh.

Thế hệ tiếp theo của Tủ lạnh thương mại sẽ không chỉ giữ cho thực phẩm của chúng ta an toàn mà còn làm như vậy với việc giảm tác động đến hành tinh, củng cố vai trò của chúng như những cỗ máy không thể thiếu và ngày càng thông minh trong thế giới của chúng ta.