Отопление холодом

Слова «отопление» и «холод» так не вяжутся друг с другом, что на первый взгляд это сочетание может показаться шуткой. Но давайте вдумаемся в сущность работы холодильной установки. Куда девается тепло, которое холодильный агент отбирает при кипении в испарителе от рассола или воздуха? Куда девается тепло, полученное во время сжатия паров в компрессоре?

Мы уже знаем, что это тепло отдается окружающему воздуху или воде, которые охлаждают конденсатор. Значит, во время работы установки окружающая среда все время нагревается. Если установить испаритель холодильной установки в реке, а конденсатор с воздушным охлаждением — в комнате, то река будет охлаждаться, а отбираемое у нее тепло нагреет воздух в комнате. Холодильная машина превратилась в тепловой насос. При таком способе отопления затраты энергии примерно в 3 раза меньше, чем при непосредственном превращении электрической энергии в тепло.

Глубокий холод

Глубокий холод — область температур ниже —120°. Получать такие низкие температуры компрессионными установками сложно и невыгодно. Для глубокого охлаждения применяются другие методы.

Если сжатый газ направить в цилиндр, то он расширится и переместит поршень, совершив при этом работу. Теряя свою энергию, газ сильно охлаждается. Такую машину называют детандер. Если сжатый газ направить на лопатки вращающегося колеса — турбодетандера, то и в этом случае, вращая ротор, он резко снизит свою температуру. Так, при падении давления от 6 до 1 атм воздух охлаждается с +20 до —90°.

Схема машины для сжижения воздуха.

В установке для получения жидкого воздуха сжатый в компрессоре до 5-6 атм воздух, прежде чем попасть в турбодетандер, охлаждается в теплообменнике. Из турбодетандера еще более охлажденный воздух поступает в конденсатор. Там он охлаждает и превращает в жидкость другую часть воздуха, которая с давлением 5-6 атм поступает из теплообменника в межтрубное пространство конденсатора. Через вентиль жидкий воздух направляется в нижнюю часть конденсатора, где давление уже 1 атм. Оттуда его можно слить в специальный сосуд Дьюара, где благодаря изоляции, создаваемой безвоздушным пространством между двойными стенками, жидкий воздух можно сохранять долгое время (подробнее о получении сверхнизких температур см. т. 3, ст. «Путешествие в мир температур и давлений»).

Получение низких температур, близких к абсолютному нулю, позволило открыть интересные свойства различных веществ. Так, резина в жидком воздухе становится хрупкой, некоторые металлы, например ртуть, начинают очень хорошо проводить электрический ток (сверхпроводимость), а свинцовый колокольчик приобретает звучание чистого серебра.

Но главное применение глубокого холода — сжижение газов. Каждый газ имеет свою критическую температуру. Пока температура его выше критической, никаким давлением нельзя превратить его в жидкость. При современном развитии холодильной техники стало возможным охлаждать газы намного ниже их критической температуры н превращать их в жидкость при невысоких давлениях. Это позволило дешевым способом получать многие нужные нам газы. Так, если постепенно подогревать жидкий воздух, то сначала из него выкипает азот, имеющий более низкую температуру кипения, а жидкий кислород удается оставить в сосуде. Этот способ получения кислорода широко применяется в промышленности.

Искусственный холод стал одним из мощных орудий современной техники.