מקררים חיצוניים: מדע היעילות התרמית
ביצועי מצננים חיצוניים מושרשים בעקרונות הפיזיקה התרמית, בסיס מדעי המכתיב כיצד חום מועבר ומבוקר בסביבת המצנן. הבנת מדע זה מאפשרת ליצרנים להנדס מצננים הממקסמים את היעילות התרמית, ומבטיחים שמשתמשים יוכלו לסמוך על ביצועים עקביים במגוון תנאי חוץ. יחסי הגומלין בין הולכה, הסעה וקרינה מהווים את הבסיס לתכנון המצנן, כאשר כל אופן של העברת חום מטופל באמצעות פתרונות טכנולוגיים וחומריים ספציפיים.
הולכה היא העברת חום באמצעות מגע ישיר בין חומרים. בהקשר של מקררים חיצוניים, זה קורה כאשר הסביבה החיצונית החמה יותר באה במגע עם הקירות החיצוניים של המקרר. כדי להילחם בהעברת חום מוליך, מקררים משתמשים בשכבות עבות של חומרי בידוד בעלי מוליכות תרמית נמוכה. קצף פוליאוריטן בצפיפות גבוהה הוא בחירה נפוצה בשל המבנה התאי שלו, היוצר כיסי אוויר זעירים רבים המעכבים את זרימת החום. ככל שתאים אלה קטנים יותר ומחוברים יותר, כך יכולתו של הקצף להפחית את ההולכה טובה יותר. פאנלים מבודדים בוואקום מקדים את הרעיון הזה עוד יותר על ידי סילוק אוויר לחלוטין משכבת הבידוד, ויוצרים מחסום כמעט מושלם כנגד העברת חום מוליך.
הסעה כוללת תנועת חום בתוך נוזלים, כגון אוויר או מים. במקרר, העברת חום באמצעות הסעה יכולה להתרחש כאשר אוויר חם חודר דרך פערים במכסה או בדפנות, ודוחף את האוויר הקר שבפנים. כדי לטפל בכך, מקררים מתוכננים עם מכסים הדוקים ואטמי דחיסה הממזערים את חדירת האוויר. צורת פנים המקרר גם היא משחקת תפקיד; מקרר מעוצב היטב יהיה בעל משטחים פנימיים חלקים ומינימום חסימות כדי להפחית את זרימת האוויר לאחר סגירת המכסה. חלק מהמקררים המתקדמים משלבים שסתומים חד כיווניים המאפשרים יציאה של אוויר חם כאשר המכסה נפתח אך מונעים את כניסתו החוזרת כאשר הוא סגור, מה שמפחית עוד יותר את עלייה בחום ההסעה.
קרינה היא העברת חום באמצעות גלים אלקטרומגנטיים, בעיקר בצורת קרינה אינפרא אדומה מהשמש. מקררים נלחמים בהעברת חום מקרינה באמצעות שימוש בחומרים מחזירי אור בבנייתם. שכבות בידוד מצופות אלומיניום משולבות לעתים קרובות בדפנות ובמכסה המקרר, ומחזירות חלק משמעותי מקרינת האינפרא אדום הנכנסת חזרה לסביבה. גישה מחזירת אור זו חשובה במיוחד עבור מקררים המשמשים באור שמש ישיר, שבו חום מקרין יכול להשפיע באופן משמעותי על הטמפרטורות הפנימיות. לחלק מהמקררים יש משטחים חיצוניים עם ציפויים בעלי רפלקטיביות גבוהה המשפרים את אפקט המגן הזה.
ההתנגדות התרמית של הבידוד, הנמדדת בערך R, מכמתת את יעילותו בהתנגדות לזרימת חום. ערכי R גבוהים יותר מצביעים על ביצועי בידוד טובים יותר. בעת השוואה בין מקררים, ערך ה-R הכולל של מערכת הבידוד (כולל כל השכבות והחומרים) הוא מדד מפתח לאופן שבו המקרר ישמור על הטמפרטורה הפנימית שלו. התקדמות בחומרי בידוד הובילה לערכי R גבוהים יותר מבלי להגדיל משמעותית את משקלו או גודלו של המקרר, מה שהופך את המקררים המודרניים ליותר.