Коротко и по сути — причина в двух связанных эффектах: возрастании тепловой нагрузки и ухудшении условий отведения тепла, что вместе повышает нужную механическую работу компрессора и снижает коэффициент полезного действия.
Причинно-следственная цепочка (с формулами):
- Нагрузка теплопритока через ограждения увеличивается с ростом наружной температуры:
$Q_{leak}=UA(T_{out}-T_{in})$.
При росте $T_{out}$ — растёт $Q_{leak}$, значит холодильнику нужно отводить больше тепла из камеры.
- Энергетическая эффективность холодильного цикла определяется как
$\mathrm{COP}=\frac{Q_L}{W_{in}}$,
где $Q_L$ — отводимое тепло из охлаждаемого объёма, $W_{in}$ — затраченная работа.
- Теоретический предел (реверсный Карно) показывает явную зависимость от температур горячего и холодного теплоисточников:
${\mathrm{COP}}_{Carnot}=\frac{T_L}{T_H-T_L}$ (температуры в Кельвинах).
При повышении температуры отвода тепла $T_H$ (которая близка к $T_{out}$) знаменатель растёт, значит $\mathrm{COP}$ падает.
- В реальном парокомпрессорном холодильнике повышение $T_H$ приводит к росту давления и температуры конденсации, увеличению рабочего хода компрессора и его потерь (тепловые потери, неполное сжатие, ухудшение объемной эффективности). Это увеличивает $W_{in}$ быстрее, чем растёт $Q_L$, поэтому $\mathrm{COP}$ снижается дополнительно.
Пример численно (Карно, для наглядности): пусть $T_L=277\mathrm{K}$ (≈4°С). При $T_H=303\mathrm{K}$ (≈30°С) имеем
$\mathrm{COP}=\frac{277}{303-277}=\frac{277}{26}\approx 10.65$.
При $T_H=308\mathrm{K}$ (≈35°С):
$\mathrm{COP}=\frac{277}{31}\approx 8.94$.
То есть рост наружной температуры на $5\mathrm{K}$ даёт заметное падение теоретического КПД.
Вывод: жаркий день одновременно увеличивает тепловую нагрузку на холодильник и ухудшает отвод тепла в конденсаторе, что повышает работу компрессора и снижает реальный $\mathrm{COP}$.