تبريد

The seasonal harvesting of snow and ice is an ancient practice estimated to have begun earlier than 1000 BC.^[13] A Chinese collection of lyrics from this time period known as the Shijing, describes religious ceremonies for filling and emptying ice cellars. However, little is known about the construction of these ice cellars or the purpose of the ice. Tang dynasty (618 AD) used saltpetre scraped from walls to produce ice in summer.^[14] The next ancient society to record the harvesting of ice may have been the Jews in the book of Proverbs, which reads, "As the cold of snow in the time of harvest, so is a faithful messenger to them who sent him." Historians have interpreted this to mean that the Jews used ice to cool beverages rather than to preserve food. Other ancient cultures such as the Greeks and the Romans dug large snow pits insulated with grass, chaff, or branches of trees as cold storage. Like the Jews, the Greeks and Romans did not use ice and snow to preserve food, but primarily as a means to cool beverages. Egyptians cooled water by evaporation in shallow earthen jars on the roofs of their houses at night. The ancient people of India used this same concept to produce ice. The Persians stored ice in a pit called a Yakhchal and may have been the first group of people to use cold storage to preserve food. In the Australian outback before a reliable electricity supply was available many farmers used a Coolgardie safe, consisting of a box frame with hessian (burlap) sides soaked in water. The water would evaporate and thereby cool the interior air, allowing many perishables such as fruit, butter, and cured meats to be kept.^{[15][16]:5–6}

Before 1830, few Americans used ice to refrigerate foods due to a lack of ice-storehouses and iceboxes. As these two things became more widely available, individuals used axes and saws to harvest ice for their storehouses. This method proved to be difficult, dangerous, and certainly did not resemble anything that could be duplicated on a commercial scale.^[16]:8–11

رغم صعوبة حصاد الجليد، اعتقد فريدريك تيودور أنه يستطيع الاستفادة من هذه السلعة الجديدة بحصاد الجليد في نيو إنجلاند وشحنه إلى جزر الكاريبي والولايات الجنوبية. في البداية، خسر تيودور آلاف الدولارات، لكنه حقق ربحًا في النهاية بعد أن بنى مخازن للجليد في تشارلستون، فرجينيا، وفي مدينة هافانا الساحلية الكوبية . ساهمت هذه المخازن ، بالإضافة إلى السفن ذات العزل المحسن، في خفض هدر الجليد من 66% إلى 8%. شجع هذا التحسن في الكفاءة تيودور على توسيع سوق الجليد إلى مدن أخرى بها مخازن، مثل نيو أورليانز وسافانا. ازداد توسع سوق الجليد مع ازدياد سرعة حصاد الجليد وانخفاض تكلفته بعد أن اخترع ناثانيال ويث، أحد موردي تيودور، قاطعة جليد تجرها الخيول عام 1825. ألهم هذا الاختراع، إلى جانب نجاح تيودور، آخرين للانخراط في تجارة الجليد ، فازدهرت صناعة الجليد.

أصبح الثلج سلعة رائجة في أوائل ثلاثينيات القرن التاسع عشر، حيث انخفض سعره من ستة سنتات للرطل إلى نصف سنت للرطل. في مدينة نيويورك، ازداد استهلاك الثلج من 12,000 طن عام 1843 إلى 100,000 طن عام 1856. وقفز استهلاك بوسطن من 6,000 طن إلى 85,000 طن خلال الفترة نفسها. وقد أسهم حصاد الثلج في خلق ثقافة التبريد، إذ استخدم معظم الناس الثلج وصناديق الثلج لتخزين منتجات الألبان والأسماك واللحوم، وحتى الفواكه والخضراوات. مهدت هذه الممارسات المبكرة للتخزين البارد الطريق أمام العديد من الأمريكيين لتقبّل تقنية التبريد التي سرعان ما انتشرت في البلاد. ^{[ 16 ] : 11-13 [ 17 ] : 20-23}

بدأ تاريخ التبريد الاصطناعي عندما صمم ويليام كولين آلة تبريد صغيرة عام 1755. استخدم كولين مضخة لخلق فراغ جزئي فوق وعاء يحتوي على ثنائي إيثيل الإيثر ، والذي غلى بعد ذلك ، ممتصًا الحرارة من الهواء المحيط. ^{[ 18 ]} أنتجت التجربة كمية صغيرة من الجليد، ولكن لم يكن لها تطبيق عملي في ذلك الوقت.

في عام ١٧٥٨، تعاون بنجامين فرانكلين والكيميائي جون هادلي في مشروع بحثي لدراسة مبدأ التبخر كوسيلة لتبريد الأجسام بسرعة في جامعة كامبريدج بإنجلترا . وقد أكدا أن تبخر السوائل شديدة التطاير، مثل الكحول والإيثر، يمكن استخدامه لخفض درجة حرارة الجسم إلى ما دون درجة تجمد الماء. أجريا تجربتهما باستخدام مستودع مقياس حرارة زئبقي كجسم للتجربة، مع استخدام منفاخ لتسريع عملية التبخر؛ حيث خفضا درجة حرارة مستودع مقياس الحرارة إلى -١٤ درجة مئوية (٧ درجات فهرنهايت) ، بينما كانت درجة الحرارة المحيطة ١٨ درجة مئوية (٦٥ درجة فهرنهايت) . لاحظوا أنه بعد تجاوز درجة تجمد الماء 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) بفترة وجيزة ، تشكلت طبقة رقيقة من الجليد على سطح بصلة الترمومتر، وبلغ سمك كتلة الجليد حوالي 6.4 مليمترات ( ربع بوصة ) عند إيقاف التجربة عند الوصول إلى -14 درجة مئوية (7 درجات فهرنهايت) . كتب فرانكلين: "من هذه التجربة، يمكن للمرء أن يرى إمكانية تجميد رجل حتى الموت في يوم صيفي دافئ". ^{[ 19 ]} في عام 1805، وصف المخترع الأمريكي أوليفر إيفانز دورة تبريد مغلقة بضغط البخار لإنتاج الجليد بواسطة الإيثر تحت الفراغ.         

في عام 1820، نجح مايكل فاراداي في تسييل الأمونيا وغازات أخرى باستخدام ضغوط عالية ودرجات حرارة منخفضة، وفي عام 1834، بنى جاكوب بيركنز أول نظام تبريد يعمل بضغط البخار في العالم. كان نظامًا مغلقًا يعمل باستمرار، كما وصفه في براءة اختراعه: "أستطيع استخدام السوائل المتطايرة لتبريد أو تجميد السوائل، وفي الوقت نفسه تكثيف هذه السوائل المتطايرة باستمرار، وإعادة استخدامها دون هدر". وقد نجح نظامه الأولي، وإن لم يحقق نجاحًا تجاريًا. ^{[ 20 ]}

في عام 1842، قام الطبيب جون غوري بمحاولة مماثلة ، ^{[ 21 ]} حيث بنى نموذجًا أوليًا عمليًا، لكنه فشل تجاريًا. ومثل العديد من الخبراء الطبيين في ذلك الوقت، اعتقد غوري أن التعرض المفرط للحرارة الاستوائية يؤدي إلى تدهور عقلي وجسدي، فضلًا عن انتشار أمراض مثل الملاريا. ^{[ 17 ] : 23} وقد راودته فكرة استخدام نظام التبريد الخاص به لتبريد الهواء لتوفير الراحة في المنازل والمستشفيات للوقاية من الأمراض. وفي عام 1850، حصل المهندس الأمريكي ألكسندر توينينغ على براءة اختراع بريطانية لنظام ضغط البخار الذي يستخدم الإيثر.

ابتكر الصحفي جيمس هاريسون أول نظام تبريد عملي بضغط البخار . حصل على براءة اختراع عام 1856 لنظام ضغط البخار باستخدام الإيثر أو الكحول أو الأمونيا. بنى آلة ميكانيكية لصنع الثلج عام 1851 على ضفاف نهر بارون في روكي بوينت بمدينة جيلونج ، فيكتوريا ، ثم أنتج أول آلة تجارية لصنع الثلج عام 1854. كما أدخل هاريسون تقنية التبريد بضغط البخار إلى مصانع الجعة ومصانع تعبئة اللحوم، وبحلول عام 1861، كان اثنا عشر نظامًا من أنظمته قيد التشغيل. لاحقًا، دخل في نقاش حول كيفية منافسة الميزة الأمريكية المتمثلة في مبيعات لحوم البقر غير المبردة إلى المملكة المتحدة . في عام 1873، جهز السفينة الشراعية نورفولك لشحنة تجريبية من لحوم البقر إلى المملكة المتحدة، والتي استخدمت نظام غرفة تبريد بدلًا من نظام التبريد. باءت التجربة بالفشل نظرًا لاستهلاك الثلج أسرع من المتوقع.

طُوِّر أول نظام تبريد بامتصاص الغاز باستخدام الأمونيا الغازية المذابة في الماء (المعروفة باسم "الأمونيا المائية") على يد فرديناند كاريه عام 1859 وحصل على براءة اختراع عام 1860. بدأ كارل فون لينده ، وهو مهندس متخصص في قاطرات البخار وأستاذ الهندسة في جامعة ميونخ التقنية ، أبحاثه في مجال التبريد في ستينيات وسبعينيات القرن التاسع عشر استجابةً لطلب مصانع الجعة على تقنية تسمح بإنتاج الجعة على نطاق واسع على مدار العام ؛ وحصل على براءة اختراع لطريقة محسّنة لتسييل الغازات عام 1876. ^{[ 22 ]} أتاحت عمليته الجديدة استخدام غازات مثل الأمونيا وثاني أكسيد الكبريت (SO2 ₎ وكلوريد الميثيل (CH3Cl ₎ كمبردات، وقد استُخدمت على نطاق واسع لهذا الغرض حتى أواخر عشرينيات القرن العشرين.

كان ثاديوس لوي ، وهو رائد في مجال المناطيد، يمتلك عدة براءات اختراع لآلات صنع الثلج. في عام 1869، اشترى هو ومستثمرون آخرون سفينة بخارية قديمة، قاموا بتحميل إحدى وحدات التبريد الخاصة بلوي عليها، وبدأوا بشحن الفاكهة الطازجة من نيويورك إلى منطقة ساحل الخليج، واللحوم الطازجة من جالفستون، تكساس، إلى نيويورك. ولكن بسبب افتقار لوي للمعرفة في مجال الشحن، مُني المشروع بفشل ذريع ومكلف.

في عام ١٨٤٢، ابتكر جون غوري نظامًا قادرًا على تبريد الماء لإنتاج الثلج. ورغم فشله تجاريًا، إلا أنه ألهم العلماء والمخترعين حول العالم. وكان الفرنسي فرديناند كاريه من بين هؤلاء المُلهمين، حيث ابتكر نظامًا لإنتاج الثلج أبسط وأصغر حجمًا من نظام غوري. وخلال الحرب الأهلية الأمريكية، لم تعد مدن مثل نيو أورليانز قادرة على الحصول على الثلج من نيو إنجلاند عبر تجارة الثلج الساحلية. فأصبح نظام التبريد الذي ابتكره كاريه الحل الأمثل لمشاكل الثلج في نيو أورليانز، وبحلول عام ١٨٦٥، امتلكت المدينة ثلاثة من آلات كاريه. ^{[ 16 ] : 25} في عام 1867، في سان أنطونيو، تكساس، قام مهاجر فرنسي يدعى أندرو مول ببناء آلة لصنع الثلج للمساعدة في خدمة صناعة لحوم البقر المتنامية قبل نقلها إلى واكو في عام 1871. في عام 1873، تم التعاقد على براءة اختراع هذه الآلة من قبل شركة كولومبوس للحديد، وهي شركة استحوذت عليها شركة دبليو سي برادلي، والتي واصلت إنتاج أول آلات صنع الثلج التجارية في الولايات المتحدة.

بحلول سبعينيات القرن التاسع عشر، أصبحت مصانع الجعة أكبر مستهلكي الثلج المُجمّع. ورغم النمو الهائل الذي شهدته صناعة حصاد الثلج مع مطلع القرن العشرين، بدأت الملوثات ومياه الصرف الصحي تتسرب إلى الثلج الطبيعي، مما شكّل مشكلة في ضواحي المدن الكبرى. وفي نهاية المطاف، بدأت مصانع الجعة بالشكوى من تلوث الثلج. وازداد قلق العامة بشأن نقاء المياه، التي يُصنع منها الثلج، في أوائل القرن العشرين مع ظهور نظرية الجراثيم. ونشرت العديد من وسائل الإعلام مقالات تربط بين أمراض مثل حمى التيفوئيد واستهلاك الثلج الطبيعي. وأدى ذلك إلى تجريم حصاد الثلج في بعض مناطق البلاد. كل هذه العوامل زادت من الطلب على التبريد الحديث والثلج المُصنّع. ونظرًا إلى آلات إنتاج الثلج، مثل آلات كاريه ومول، كوسيلة لتلبية احتياجات البقالين والمزارعين وشركات شحن المواد الغذائية. ^{[ 17 ] : 25 [ 16 ] : 110-111}

تم إدخال عربات السكك الحديدية المبردة في الولايات المتحدة في أربعينيات القرن التاسع عشر لنقل منتجات الألبان لمسافات قصيرة، ولكن هذه العربات كانت تستخدم الثلج المحصود للحفاظ على درجة حرارة باردة. ^{[ 23 ]}

استُخدمت تقنية التبريد الجديدة على نطاق واسع في البداية كوسيلة لتجميد إمدادات اللحوم لنقلها بحراً على متن سفن مبردة من الدومينيونات البريطانية ودول أخرى إلى الجزر البريطانية . ورغم أنها لم تكن أول سفينة تنجح في نقل البضائع المجمدة إلى الخارج (إذ وصلت سفينة ستراثليفن إلى أرصفة لندن في 2 فبراير 1880 محملة بلحم البقر والضأن والزبدة المجمدة من سيدني وملبورن ^{[ 24 ]} )، يُنسب هذا الإنجاز غالباً إلى ويليام سولتاو ديفيدسون ، وهو رجل أعمال هاجر إلى نيوزيلندا . اعتقد ديفيدسون أن تزايد عدد سكان بريطانيا وارتفاع الطلب على اللحوم سيخفف من حدة تراجع أسواق الصوف العالمية الذي كان يؤثر بشدة على نيوزيلندا. بعد بحث مستفيض، كلف بإعادة تجهيز سفينة دنيدن بوحدة تبريد ضغط لشحن اللحوم في عام 1881. وفي 15 فبراير 1882، أبحرت دنيدن إلى لندن في ما كان سيصبح أول رحلة شحن مبردة ناجحة تجاريًا، وأساس صناعة اللحوم المبردة . ^{[ 25 ]}

علّقت صحيفة التايمز قائلةً: "اليوم، نشهد انتصارًا باهرًا على الصعوبات المادية، وهو أمرٌ كان يُعدّ ضربًا من الخيال، بل مستحيلاً، قبل أيامٍ قليلة ...". تم تحويل سفينة مارلبورو  - الشقيقة لسفينة دنيدن  - فورًا وانضمت إلى التجارة في العام التالي، إلى جانبسفينة ماتاوروا التابعة لشركة الشحن النيوزيلندية المنافسة ، بينما بدأت الباخرة الألمانية مارسالا بنقل لحم الضأن النيوزيلندي المجمد في ديسمبر 1882. في غضون خمس سنوات، أُرسلت 172 شحنة من اللحوم المجمدة من نيوزيلندا إلى المملكة المتحدة، لم تحتوي منها سوى 9 شحنات على كميات كبيرة من اللحوم التالفة. كما أدى الشحن المبرد إلى ازدهار أوسع في صناعة اللحوم والألبان في أستراليا وأمريكا الجنوبية. قامت شركة جيه آند إي هول من دارتفورد ، إنجلترا، بتجهيز السفينة إس إس سيليمبريا بنظام ضغط البخار لنقل 30,000 ذبيحة من لحم الضأن من جزر فوكلاند في عام 1886. ^{[ 26 ]} في السنوات اللاحقة، توسعت هذه الصناعة بسرعة لتشمل أستراليا والأرجنتين والولايات المتحدة.

بحلول تسعينيات القرن التاسع عشر، لعب التبريد دورًا حيويًا في توزيع الأغذية. اعتمدت صناعة تعبئة اللحوم بشكل كبير على الثلج الطبيعي في ثمانينيات القرن التاسع عشر، واستمرت في الاعتماد على الثلج المصنّع مع توفر هذه التقنيات. ^{[ 17 ] : 142.} بحلول عام 1900، اعتمدت مصانع تعبئة اللحوم في شيكاغو نظام التبريد التجاري بدورة الأمونيا. وبحلول عام 1914، كان التبريد الاصطناعي مُستخدمًا في جميع المواقع تقريبًا. اشترت شركات تعبئة اللحوم الكبرى ، أرمور وسويفت وويلسون، أغلى الوحدات وقامت بتركيبها في عربات القطارات وفي فروعها ومرافق التخزين في مناطق التوزيع النائية.

بحلول منتصف القرن العشرين، صُممت وحدات التبريد لتُركب على الشاحنات. تُستخدم المركبات المبردة لنقل البضائع القابلة للتلف، مثل الأطعمة المجمدة والفواكه والخضراوات والمواد الكيميائية الحساسة للحرارة. تحافظ معظم الثلاجات الحديثة على درجة حرارة تتراوح بين -40 و-20  درجة مئوية، وتبلغ حمولتها القصوى حوالي 24000  كيلوغرام من الوزن الإجمالي (في أوروبا).

على الرغم من التطور السريع الذي شهده التبريد التجاري، إلا أنه واجه قيودًا حالت دون انتشاره في المنازل. أولًا، كانت معظم الثلاجات ضخمة جدًا، إذ بلغ وزن بعض الوحدات التجارية المستخدمة عام ١٩١٠ ما بين خمسة ومئتي طن. ثانيًا، كانت الثلاجات التجارية مكلفة الإنتاج والشراء والصيانة. أخيرًا، كانت هذه الثلاجات غير آمنة، إذ لم يكن من النادر أن تشتعل فيها النيران أو تنفجر أو تتسرب منها غازات سامة. لم يصبح التبريد تقنية منزلية إلا بعد التغلب على هذه التحديات الثلاثة. ^{[ ١٧ ] : ٣٨}

خلال أوائل القرن التاسع عشر، كان المستهلكون يحفظون طعامهم بتخزينه مع الثلج الذي يشترونه من جامعي الثلج في صناديق الثلج. وفي عام ١٨٠٣، حصل توماس مور على براءة اختراع لحوض تخزين زبدة مبطن بالمعدن، والذي أصبح النموذج الأولي لمعظم صناديق الثلج. استُخدمت هذه الصناديق حتى عام ١٩١٠ تقريبًا، ولم تشهد التقنية أي تطور. في الواقع، واجه المستهلكون الذين استخدموا صناديق الثلج في عام ١٩١٠ نفس مشكلة العفن والرائحة الكريهة التي واجهها المستهلكون في أوائل القرن التاسع عشر. ^{[ ١٧ ] : ٢٣، ٣٨}

كانت شركة جنرال إلكتريك (GE) من أوائل الشركات التي تغلبت على هذه التحديات. ففي عام 1911، طرحت الشركة وحدة تبريد منزلية تعمل بالغاز. وقد أدى استخدام الغاز إلى الاستغناء عن محرك ضاغط كهربائي، كما ساهم في تصغير حجم الثلاجة. إلا أن شركات الكهرباء التي كانت من عملاء جنرال إلكتريك لم تستفد من وحدة تعمل بالغاز. لذا، استثمرت الشركة في تطوير نموذج كهربائي. وفي عام 1927، طرحت جنرال إلكتريك ثلاجة "مونيتور توب"، وهي أول ثلاجة تعمل بالكهرباء. ^{[ 17 ] : 43-45}

في عام 1930، قامت شركة فريجيدير، إحدى المنافسين الرئيسيين لشركة جنرال إلكتريك، بتصنيع غاز الفريون . ^{[ 17 ] : 44} ومع اختراع المبردات الاصطناعية القائمة في الغالب على مركبات الكلوروفلوروكربون (CFC)، أصبح من الممكن تصنيع ثلاجات أكثر أمانًا للاستخدام المنزلي والاستهلاكي. أدى الفريون إلى تطوير ثلاجات أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأقل تكلفة. انخفض متوسط ​​سعر الثلاجة من 275 دولارًا إلى 154 دولارًا مع تصنيع الفريون. سمح هذا السعر المنخفض بتجاوز نسبة امتلاك الثلاجات في المنازل الأمريكية 50% بحلول عام 1940. ^{[ 17 ] : 45} الفريون علامة تجارية مسجلة لشركة دوبونت، ويشير إلى مركبات الكلوروفلوروكربون (CFC)، ولاحقًا مركبات الهيدروكلوروفلوروكربون (HCFC) والهيدروفلوروكربون (HFC)، وهي مبردات طُوّرت في أواخر عشرينيات القرن الماضي. كان يُعتقد آنذاك أن هذه المبردات أقل ضررًا من المبردات الشائعة الاستخدام في ذلك الوقت، بما في ذلك فورمات الميثيل والأمونيا وكلوريد الميثيل وثاني أكسيد الكبريت. وكان الهدف هو توفير أجهزة تبريد للاستخدام المنزلي دون أي خطر، وقد لبّت مبردات مركبات الكلوروفلوروكربون هذه الحاجة. إلا أنه في سبعينيات القرن الماضي، تبيّن أن هذه المركبات تتفاعل مع طبقة الأوزون في الغلاف الجوي، وهي طبقة حماية مهمة ضد الأشعة فوق البنفسجية الشمسية، فتم تقييد استخدامها كمبردات في جميع أنحاء العالم بموجب بروتوكول مونتريال لعام 1987.

أصبحت عربات السكك الحديدية المبردة ( أو عربات النقل المبردة ) ، إلى جانب شبكة السكك الحديدية الكثيفة، حلقة وصل بالغة الأهمية بين السوق والمزارع، مما أتاح فرصة وطنية بدلاً من فرصة إقليمية فحسب. قبل اختراع عربات السكك الحديدية المبردة، كان من المستحيل شحن المنتجات الغذائية سريعة التلف لمسافات طويلة. وقد كانت صناعة تعبئة لحوم الأبقار أول من بادر بطلب عربات التبريد. إلا أن شركات السكك الحديدية كانت بطيئة في تبني هذا الاختراع الجديد بسبب استثماراتها الضخمة في عربات نقل الماشية وحظائرها ومزارع التسمين . ^{[ 27 ]} كما كانت عربات التبريد معقدة ومكلفة مقارنة بأنواع عربات السكك الحديدية الأخرى، مما أدى أيضاً إلى إبطاء تبنيها. بعد التبني البطيء لعربات التبريد، هيمنت صناعة تعبئة لحوم الأبقار على سوق عربات السكك الحديدية المبردة بفضل قدرتها على التحكم في مصانع الثلج وتحديد رسوم التبريد. وقدّرت وزارة الزراعة الأمريكية أنه في عام 1916، تم ذبح أكثر من 69% من الماشية في البلاد في مصانع تعمل في التجارة بين الولايات. قامت الشركات نفسها التي كانت تعمل في تجارة اللحوم لاحقًا بتطبيق النقل المبرد ليشمل الخضراوات والفواكه. امتلكت شركات تعبئة اللحوم معظم الآلات باهظة الثمن، مثل عربات التبريد، ومرافق التخزين البارد التي سمحت لها بتوزيع جميع أنواع السلع القابلة للتلف بكفاءة. خلال الحرب العالمية الأولى، أنشأت إدارة الولايات المتحدة الأمريكية أسطولًا وطنيًا لعربات التبريد لمعالجة مشكلة العربات المتوقفة، واستمر العمل بهذا النظام بعد الحرب. ^{[ 28 ]} تمثلت مشكلة العربات المتوقفة في بقاء عربات التبريد دون فائدة بين مواسم الحصاد. هذا يعني أن عربات باهظة الثمن كانت تبقى في ساحات السكك الحديدية لجزء كبير من العام دون أن تُدرّ أي عائد لمالكها. كان نظام أسطول العربات بمثابة آلية لتوزيع العربات على المناطق مع نضوج المحاصيل، مما يضمن الاستخدام الأمثل لها. انطلقت عربات السكك الحديدية المبردة شرقًا من مزارع الكروم والبساتين والحقول والحدائق في الولايات الغربية لتلبية احتياجات السوق الاستهلاكية الأمريكية في الشرق. ^{[ 29 ]} مكّنت عربات التبريد من نقل المحاصيل القابلة للتلف لمئات، بل آلاف الكيلومترات. كان أبرز أثر للسيارة هو التخصص الإقليمي في الخضراوات والفواكه. وقد استُخدمت عربات السكك الحديدية المبردة على نطاق واسع لنقل البضائع القابلة للتلف حتى خمسينيات القرن العشرين. وبحلول ستينيات القرن العشرين، اكتمل نظام الطرق السريعة بين الولايات في البلاد بشكل كافٍ، مما سمح للشاحنات بنقل غالبية حمولات المواد الغذائية القابلة للتلف، وأدى إلى الاستغناء عن نظام عربات السكك الحديدية المبردة القديم. ^{[ 30 ]}

أتاح الاستخدام الواسع للتبريد فرصًا زراعية جديدة هائلة في الولايات المتحدة. وظهرت أسواق جديدة في جميع أنحاء البلاد، في مناطق كانت سابقًا غير مأهولة بالسكان وبعيدة عن المناطق المكتظة بالسكان. وبرزت فرص زراعية جديدة في مناطق كانت تُعتبر ريفية، مثل ولايات الجنوب والغرب. وتمت عمليات شحن واسعة النطاق من الجنوب وكاليفورنيا في نفس الفترة تقريبًا، مع العلم أنه في كاليفورنيا استُخدم الثلج الطبيعي من جبال سييرا بدلًا من الثلج المُصنّع في الجنوب. ^{[ 31 ]} وسمح التبريد للعديد من المناطق بالتخصص في زراعة أنواع معينة من الفاكهة. وتخصصت كاليفورنيا في زراعة أنواع عديدة من الفاكهة، كالعنب والخوخ والإجاص والبرقوق والتفاح، بينما اشتهرت جورجيا تحديدًا بالخوخ. في كاليفورنيا، أدى قبول عربات السكك الحديدية المبردة إلى زيادة حمولة العربات من 4500 عربة عام 1895 إلى ما بين 8000 و10000 عربة عام 1905. ^{[ 16 ] : 156} ودخلت ولايات الخليج وأركنساس وميسوري وتينيسي في إنتاج الفراولة على نطاق واسع، بينما أصبحت ميسيسيبي مركز صناعة الطماطم . وزرعت نيو مكسيكو وكولورادو وأريزونا ونيفادا الشمام. ولولا التبريد، لما كان ذلك ممكناً. وبحلول عام 1917، شعرت مناطق إنتاج الفاكهة والخضراوات الراسخة والقريبة من الأسواق الشرقية بضغط المنافسة من هذه المراكز المتخصصة البعيدة. ^{[ 16 ] : 158} ولم يقتصر التبريد على اللحوم والفاكهة والخضراوات فحسب، بل شمل أيضاً منتجات الألبان ومزارع الألبان. في أوائل القرن العشرين، كانت المدن الكبرى تحصل على إمداداتها من منتجات الألبان من مزارع تبعد عنها مسافة تصل إلى 640 كيلومترًا (400 ميل) . لم تكن منتجات الألبان سهلة النقل لمسافات طويلة كالفواكه والخضراوات نظرًا لسرعة تلفها. وقد أتاح التبريد إمكانية الإنتاج في الغرب بعيدًا عن الأسواق الشرقية، لدرجة أن مزارعي الألبان كانوا قادرين على تغطية تكاليف النقل مع الحفاظ على أسعار أقل من منافسيهم الشرقيين. ^{[ 16 ] : 168} كما أتاح التبريد والسكك الحديدية المبردة فرصًا للمناطق ذات التربة الخصبة والبعيدة عن قنوات النقل الطبيعية كالأنهار والوديان والموانئ. ^{[ 32 ]} 

صاغ جويل غارو مصطلح "المدينة الطرفية" ، بينما صاغ لويس مامفورد مصطلح "المدينة المجرة" . يشير هذان المصطلحان إلى تركز الأعمال التجارية والتسوق والترفيه خارج مركز المدينة التقليدي أو الحي التجاري المركزي، في مناطق كانت سابقًا مناطق سكنية أو ريفية. ساهمت عدة عوامل في نمو هذه المدن، مثل لوس أنجلوس ولاس فيغاس وهيوستن وفينيكس. من بين هذه العوامل: توفر السيارات الموثوقة، وشبكات الطرق السريعة، وأنظمة التبريد، وزيادة الإنتاج الزراعي. لم تكن المدن الكبيرة المذكورة أعلاه نادرة في التاريخ، لكن ما يميزها عن غيرها هو أنها لا تقع على طول ممرات النقل الطبيعية، أو عند ملتقى ممرين أو أكثر، مثل درب أو ميناء أو جبل أو نهر أو وادٍ. لقد تطورت هذه المدن الكبيرة في مناطق كانت غير صالحة للسكن قبل بضع مئات من السنين فقط. ولولا وجود وسائل فعالة من حيث التكلفة لتبريد الهواء ونقل المياه والغذاء من مسافات بعيدة، لما تطورت هذه المدن الكبيرة أبدًا. تأثر النمو السريع لهذه المدن بالتبريد وزيادة الإنتاجية الزراعية، مما سمح للمزارع البعيدة بإطعام السكان بشكل فعال. ^{[ 32 ]}

أحدث إدخال التبريد وتطور التقنيات الأخرى تغييرًا جذريًا في الزراعة بالولايات المتحدة. ففي مطلع القرن العشرين، كانت الزراعة مهنة شائعة وأسلوب حياة أساسيًا للمواطنين الأمريكيين، إذ كان معظم المزارعين يعيشون في مزارعهم. في عام ١٩٣٥، بلغ عدد المزارع في الولايات المتحدة ٦.٨ مليون مزرعة، بينما بلغ عدد السكان ١٢٧ مليون نسمة. ومع ذلك، فبينما استمر عدد سكان الولايات المتحدة في الازدياد، استمر عدد المواطنين الذين يعملون في الزراعة في التناقص. فبحسب تعداد الولايات المتحدة لعام ٢٠٠٧، فإن أقل من واحد بالمئة من السكان البالغ عددهم ٣١٠ ملايين نسمة يعملون في الزراعة اليوم. ومع ذلك، أدى تزايد عدد السكان إلى زيادة الطلب على المنتجات الزراعية، وهو ما يتم تلبيته من خلال تنويع المحاصيل والأسمدة والمبيدات الحشرية، فضلًا عن تحسين التقنيات. وقد ساهم تحسين التقنيات في تقليل المخاطر والوقت اللازمين لإدارة الزراعة، كما مكّن المزارع الكبيرة من زيادة إنتاجها للفرد الواحد لتلبية احتياجات المجتمع. ^{[ ٣٣ ]}

قبل عام ١٨٨٢، كانت الجزيرة الجنوبية لنيوزيلندا تُجري تجارب على زراعة الأعشاب وتهجين الأغنام، مما منح مزارعيها إمكانات اقتصادية فورية في تصدير اللحوم. في عام ١٨٨٢، أُرسلت أول شحنة ناجحة من جثث الأغنام من ميناء تشالمرز في دنيدن ، نيوزيلندا، إلى لندن . وبحلول تسعينيات القرن التاسع عشر، أصبحت تجارة اللحوم المجمدة أكثر ربحية في نيوزيلندا، وخاصة في كانتربري ، التي كانت مصدر ٥٠٪ من جثث الأغنام المُصدّرة في عام ١٩٠٠. وسرعان ما اشتهرت لحوم كانتربري بجودتها العالية، مما خلق طلبًا عالميًا على اللحوم النيوزيلندية. ولتلبية هذا الطلب الجديد، حسّن المزارعون أعلافهم لتصبح الأغنام جاهزة للذبح في غضون سبعة أشهر فقط. وأدت هذه الطريقة الجديدة في الشحن إلى ازدهار اقتصادي في نيوزيلندا بحلول منتصف تسعينيات القرن التاسع عشر. ^{[ ٣٤ ]}

في الولايات المتحدة، صدر قانون فحص اللحوم لعام 1891 لأن الجزارين المحليين اعتبروا نظام عربات السكك الحديدية المبردة غير صحي. ^{[ 35 ]} ومع ازدهار صناعة تعبئة اللحوم، انتاب المستهلكين قلقٌ بشأن جودة اللحوم المعدة للاستهلاك. وقد سلطت رواية أبتون سنكلير " الغابة " الصادرة عام 1906 الضوء على صناعة تعبئة اللحوم، من خلال تسليط الضوء على ظروف العمل غير الصحية ومعالجة الحيوانات المريضة. لفتت الرواية انتباه الرئيس ثيودور روزفلت ، فصدر قانون فحص اللحوم لعام 1906 كتعديل لقانون فحص اللحوم لعام 1891. ركز هذا القانون الجديد على جودة اللحوم والبيئة التي تُعالج فيها. ^{[ 36 ]}

في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، كان 90% من سكان المدن في الولايات المتحدة يتمتعون بالكهرباء ، مقارنةً بـ 10% فقط من سكان الريف. في ذلك الوقت، لم تكن شركات الكهرباء تعتقد أن مدّ الكهرباء إلى المناطق الريفية ( الكهرباء الريفية ) سيحقق أرباحًا كافية لتبرير استثمارها. إلا أنه في خضمّ الكساد الكبير ، أدرك الرئيس فرانكلين روزفلت أن المناطق الريفية ستظل متخلفة عن المناطق الحضرية في كلٍّ من الفقر والإنتاج ما لم تُزوَّد بشبكة الكهرباء. في 11 مايو/أيار 1935، وقّع الرئيس أمرًا تنفيذيًا يُعرف باسم " إدارة الكهرباء الريفية " (REA). قدّمت هذه الوكالة قروضًا لتمويل البنية التحتية للكهرباء في المناطق الريفية. وفي غضون سنوات قليلة، وصل التيار الكهربائي إلى منازل 300 ألف شخص في المناطق الريفية بالولايات المتحدة.

بينما حسّنت الكهرباء ظروف العمل في المزارع بشكلٍ كبير، كان لها أيضًا تأثيرٌ بالغٌ على سلامة إنتاج الغذاء. فقد أُدخلت أنظمة التبريد إلى عمليات الزراعة وتوزيع الغذاء ، مما ساعد في حفظ الأغذية والحفاظ على سلامة الإمدادات الغذائية . كما أتاح التبريد شحن السلع سريعة التلف في جميع أنحاء الولايات المتحدة. ونتيجةً لذلك، سرعان ما أصبح المزارعون الأمريكيون الأكثر إنتاجيةً في العالم، ^{[ 37 ]} ونشأت أنظمة غذائية جديدة بالكامل .

لتقليل مستويات الرطوبة ومنع التلف الناتج عن نمو البكتيريا، يُستخدم التبريد في معالجة اللحوم والخضراوات ومنتجات الألبان في المزارع اليوم. وتُستخدم أنظمة التبريد بكثافة خلال الأشهر الدافئة لتبريد المنتجات الزراعية، التي يجب تبريدها بأسرع وقت ممكن لضمان جودتها وزيادة مدة صلاحيتها. في الوقت نفسه، تُبرّد مزارع الألبان الحليب على مدار العام لتجنب تلفه. ^{[ 38 ]}

أتاح إدخال التبريد إمكانية التعامل مع المواد الغذائية سريعة التلف وتخزينها بطريقة صحية، ^{[ 44 ]} مما عزز نمو الإنتاج والاستهلاك وتوافر العناصر الغذائية. وقد أدى تغيير أساليب حفظ الطعام إلى تقليل الاعتماد على الأملاح والتحول إلى مستويات صوديوم أكثر ملاءمة. كما أدت القدرة على نقل وتخزين المواد الغذائية سريعة التلف، مثل اللحوم ومنتجات الألبان، إلى زيادة استهلاك منتجات الألبان بنسبة 1.7%، وزيادة إجمالي استهلاك البروتين بنسبة 1.25% سنويًا في الولايات المتحدة بعد تسعينيات القرن التاسع عشر. ^{[ 45 ]}

لم يقتصر استهلاك الناس لهذه المواد الغذائية سريعة التلف على سهولة تخزينها فحسب، بل شمل أيضاً التطورات في النقل والتخزين المبرد، مما قلل من التلف والهدر، وبالتالي خفض أسعار هذه المنتجات. يُعزى ما لا يقل عن 5.1% من الزيادة في طول البالغين (في الولايات المتحدة) إلى التبريد، وذلك بفضل تحسين التغذية، ^{[ 46 ] [ 47 ]} وعند إضافة الآثار غير المباشرة المرتبطة بتحسين جودة العناصر الغذائية والحد من الأمراض، يصبح التأثير الإجمالي أكبر بكثير. ^{[ 45 ]} كما أظهرت دراسات حديثة وجود علاقة عكسية بين عدد الثلاجات في المنزل ومعدل الوفيات بسرطان المعدة. ^{[ 48 ]}

تعتمد هذه الطريقة للتبريد على إذابة الجليد، أو تسامي الجليد الجاف ، أو تبخير النيتروجين السائل . ^{[ 59 ]} ومن الأمثلة البسيطة على ذلك المبرد المحمول، حيث يُسكب الجليد فوق المواد المراد تبريدها، مما يحافظ على برودتها ويعزلها عن الحرارة. يحافظ الجليد العادي على درجات حرارة التجمد ، ولكن ليس أقل من نقطة التجمد، إلا إذا استُخدم الملح لتبريد الجليد أكثر (كما في آلة صنع الآيس كريم التقليدية ). تُستخدم أيضًا مخاليط من مذيبات أخرى مع مواد تبريد مثل جليد الماء، أو الجليد الجاف، أو النيتروجين السائل، لصنع أحواض تبريد للكيمياء. يمكن للجليد الجاف أن يخفض درجة الحرارة بشكل موثوق إلى ما دون نقطة تجمد الماء، لتصل إلى 195 كلفن.

يتألف هذا النظام من دورة تبريد، حيث تُسحب الحرارة من حيز أو مصدر منخفض الحرارة وتُطرد إلى مُستودع حراري مرتفع الحرارة بمساعدة شغل خارجي، وهو عكس دورة الطاقة الديناميكية الحرارية . في دورة الطاقة، تُزود الحرارة من مصدر مرتفع الحرارة إلى المحرك، ويُستخدم جزء منها لإنتاج شغل، بينما يُطرد الباقي إلى مُستودع حراري منخفض الحرارة. وهذا يُحقق القانون الثاني للديناميكا الحرارية .

تصف دورة التبريد التغيرات التي تطرأ على مادة التبريد أثناء امتصاصها وطردها للحرارة بالتناوب خلال دورانها في الثلاجة . كما تُستخدم هذه الدورة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVACR) ، لوصف عملية تدفق مادة التبريد عبر وحدة HVACR، سواء كانت نظامًا متكاملًا أو منفصلًا.

تنتقل الحرارة بشكل طبيعي من الساخن إلى البارد. يُبذل جهد لتبريد حيز المعيشة أو التخزين عن طريق ضخ الحرارة من مصدر حراري ذي درجة حرارة منخفضة إلى مُستقبِل حراري ذي درجة حرارة أعلى. يُستخدم العزل لتقليل الجهد والطاقة اللازمين لتحقيق والحفاظ على درجة حرارة منخفضة في الحيز المُبرَّد. وقد وصف سادي كارنو مبدأ عمل دورة التبريد رياضيًا عام 1824 باعتباره محركًا حراريًا .

تستخدم أكثر أنواع أنظمة التبريد شيوعًا دورة التبريد العكسية لضغط البخار رانكين ، على الرغم من أن مضخات الحرارة الامتصاصية تستخدم في عدد قليل من التطبيقات.

يمكن تصنيف التبريد الدوري على النحو التالي:

1. دورة البخار، و
2. دورة الغاز

يمكن تصنيف التبريد بدورة البخار أيضًا على النحو التالي:

1. التبريد بضغط البخار
2. التبريد بالامتصاص
   1. التبريد بالامتصاص البخاري
   2. التبريد بالامتصاص

دورة ضغط البخار

تُستخدم دورة ضغط البخار في معظم الثلاجات المنزلية، بالإضافة إلى العديد من أنظمة التبريد التجارية والصناعية الكبيرة. يوضح الشكل 1 مخططًا تخطيطيًا لمكونات نظام تبريد نموذجي يعمل بضغط البخار.

يمكن تحليل الديناميكا الحرارية للدورة على مخطط ^{[ 60 ]} كما هو موضح في الشكل 2. في هذه الدورة، يدخل مُبرِّدٌ مُتداول، مثل هيدروكربون منخفض الغليان أو مركبات الهيدروفلوروكربون، إلى الضاغط على شكل بخار. من النقطة 1 إلى النقطة 2، يُضغط البخار عند إنتروبيا ثابتة ويخرج من الضاغط على شكل بخار عند درجة حرارة أعلى، ولكن لا يزال ضغط البخار أقل من ضغط البخار عند تلك الدرجة. من النقطة 2 إلى النقطة 3 ثم إلى النقطة 4، ينتقل البخار عبر المكثف الذي يُبرِّده حتى يبدأ بالتكثف، ثم يُكثِّف البخار إلى سائل عن طريق إزالة حرارة إضافية عند ضغط ودرجة حرارة ثابتين. بين النقطتين 4 و5، يمر سائل التبريد عبر صمام التمدد (يُسمى أيضًا صمام الخنق) حيث ينخفض ​​ضغطه فجأة، مما يُسبب تبخرًا سريعًا وتبريدًا ذاتيًا، عادةً لأقل من نصف السائل.

ينتج عن ذلك مزيج من السائل والبخار عند درجة حرارة وضغط منخفضين كما هو موضح في النقطة 5. ثم ينتقل مزيج السائل والبخار البارد عبر ملف أو أنابيب المبخر ويتبخر تمامًا بتبريد الهواء الدافئ (من الحيز المراد تبريده) الذي تدفعه مروحة عبر ملف أو أنابيب المبخر. يعود بخار المبرد الناتج إلى مدخل الضاغط عند النقطة 1 لإكمال الدورة الديناميكية الحرارية.

تستند المناقشة السابقة إلى دورة التبريد المثالية بضغط البخار، ولا تأخذ في الحسبان تأثيرات الواقع العملي مثل انخفاض الضغط الاحتكاكي في النظام، أو عدم الانعكاسية الديناميكية الحرارية الطفيفة أثناء ضغط بخار المبرد، أو سلوك الغاز غير المثالي ، إن وُجد. يمكن ترتيب ثلاجات ضغط البخار على مرحلتين في أنظمة التبريد المتتالية ، حيث تقوم المرحلة الثانية بتبريد مكثف المرحلة الأولى. ويمكن استخدام هذا النظام للوصول إلى درجات حرارة منخفضة للغاية.

تتوفر معلومات إضافية حول تصميم وأداء أنظمة التبريد بضغط البخار في كتاب بيري الكلاسيكي لمهندسي الكيمياء . ^{[ 61 ]}

تستخدم تقنية التبريد الكهروحراري تأثير بلتييه لتوليد تدفق حراري بين نقطتي التقاء نوعين من المواد. ^{[ 63 ]} يُستخدم هذا التأثير بشكل شائع في معدات التخييم والمبردات المحمولة، وفي تبريد المكونات الإلكترونية ^{[ 64 ]} والأجهزة الصغيرة. تُستخدم مبردات بلتييه غالبًا في الحالات التي يكون فيها استخدام ثلاجة تقليدية تعمل بدورة ضغط البخار غير عملي أو يشغل مساحة كبيرة، وفي مستشعرات الصور المبردة كوسيلة سهلة وصغيرة الحجم وخفيفة الوزن، وإن كانت غير فعالة، للوصول إلى درجات حرارة منخفضة جدًا، وذلك باستخدام مبردات بلتييه ثنائية المراحل أو أكثر مرتبة في تكوين تبريد متتالي ، أي أن عنصرين أو أكثر من عناصر بلتييه مكدسة فوق بعضها البعض، بحيث تكون كل مرحلة أكبر من سابقتها، ^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]} وذلك لاستخلاص المزيد من الحرارة وتبديد الحرارة الناتجة عن المراحل السابقة. يتميز تبريد بلتييه بانخفاض معامل الأداء (الكفاءة) مقارنةً بدورة ضغط البخار، لذا فهو ينبعث منه المزيد من الحرارة المهدرة (الحرارة المتولدة من عنصر بلتييه أو آلية التبريد) ويستهلك طاقة أكبر لنفس سعة التبريد. ^{[ 68 ]}

التبريد المغناطيسي، أو إزالة المغناطيسية الأديباتية ، هو تقنية تبريد تعتمد على التأثير المغناطيسي الحراري، وهي خاصية جوهرية للمواد الصلبة المغناطيسية. غالبًا ما يكون المبرد ملحًا بارامغناطيسيًا ، مثل نترات السيريوم والمغنيسيوم . في هذه الحالة، تكون ثنائيات الأقطاب المغناطيسية النشطة هي تلك الموجودة في أغلفة الإلكترونات للذرات البارامغناطيسية.

يُسلط مجال مغناطيسي قوي على مادة التبريد، مما يُجبر ثنائيات أقطابها المغناطيسية المختلفة على الاصطفاف، ويضع درجات حرية هذه المادة في حالة انخفاض في الإنتروبيا . ثم يمتص مشتت حراري الحرارة المنبعثة من مادة التبريد نتيجة فقدانها للإنتروبيا. بعد ذلك، ينقطع الاتصال الحراري مع المشتت الحراري، فيُعزل النظام، ويُطفأ المجال المغناطيسي. يؤدي هذا إلى زيادة السعة الحرارية لمادة التبريد، وبالتالي انخفاض درجة حرارتها إلى ما دون درجة حرارة المشتت الحراري.

نظراً لأن القليل من المواد تُظهر الخصائص المطلوبة في درجة حرارة الغرفة، فقد اقتصرت التطبيقات حتى الآن على التبريد والبحث العلمي.

تشمل طرق التبريد الأخرى آلة دورة الهواء المستخدمة في الطائرات؛ وأنبوب الدوامة المستخدم للتبريد الموضعي عند توفر الهواء المضغوط؛ والتبريد الحراري الصوتي باستخدام الموجات الصوتية في غاز مضغوط لنقل الحرارة وتبادلها؛ وتبريد نفاثات البخار الذي شاع استخدامه في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين لتكييف المباني الكبيرة؛ والتبريد الحراري المرن باستخدام سبيكة معدنية ذكية تتمدد وتسترخي. يمكن تشغيل العديد من محركات دورة ستيرلينغ الحرارية عكسيًا لتعمل كمبرد، ولذلك تُستخدم هذه المحركات بشكل خاص في مجال التبريد الفائق . بالإضافة إلى ذلك، توجد أنواع أخرى من المبردات الفائقة مثل مبردات جيفورد-ماكماهون، ومبردات جول-تومسون، وثلاجات الأنابيب النبضية ، وثلاجات التخفيف لدرجات حرارة تتراوح بين 2 ملي كلفن و500 ملي كلفن .

تُعدّ خاصية مميزة للمواد فائقة المرونة إحدى التقنيات المحتملة الأخرى للتبريد في الحالة الصلبة، وهي مجال دراسة حديث نسبياً. إذ تخضع هذه المواد لتغير في درجة الحرارة عند تعرضها لإجهاد ميكانيكي (يُعرف بالتأثير المرن الحراري). ونظراً لأن المواد فائقة المرونة تتشوه بشكل عكسي عند الإجهادات العالية ، فإنها تشهد منطقة مرنة مسطحة في منحنى الإجهاد-الانفعال، نتيجةً لتحول طوري من طور بلوري أوستنيتي إلى طور بلوري مارتنسيتي .

عندما تتعرض مادة فائقة المرونة لإجهاد في طورها الأوستنيتي، فإنها تخضع لتحول طوري طارد للحرارة إلى الطور المارتنسيتي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المادة. ويؤدي إزالة الإجهاد إلى عكس هذه العملية، وإعادة المادة إلى طورها الأوستنيتي، وامتصاص الحرارة من المحيط لتبريدها.

إنّ أكثر ما يجذب الانتباه في هذا البحث هو مدى كفاءة هذه التقنية التبريدية في استهلاك الطاقة ومراعاتها للبيئة. فالمواد المختلفة المستخدمة، والتي غالباً ما تكون سبائك ذاكرة الشكل ، توفر مصدراً غير سام للتبريد الخالي من الانبعاثات. ومن أكثر المواد التي دُرست سبائك ذاكرة الشكل، مثل النيتينول وسبائك النحاس والزنك والألومنيوم. يُعدّ النيتينول من أكثر السبائك الواعدة، حيث تبلغ كمية الحرارة الناتجة عنه حوالي 66 جول/سم³، ^مع تغير في درجة الحرارة يتراوح بين 16 و20 كلفن. ^{[ 69 ]} ونظراً لصعوبة تصنيع بعض سبائك ذاكرة الشكل، فقد دُرست مواد بديلة مثل المطاط الطبيعي . ورغم أن المطاط قد لا يُنتج نفس كمية الحرارة لكل وحدة حجم (12 جول/سم³ ⁾ التي تُنتجها سبائك ذاكرة الشكل، إلا أنه يُولّد تغيراً مماثلاً في درجة الحرارة يبلغ حوالي 12 كلفن، ويعمل ضمن نطاق حراري مناسب، مع إجهادات منخفضة وتكلفة زهيدة. ^{[ 70 ]}

لكن التحدي الرئيسي يكمن في فقدان الطاقة المحتمل على شكل تخلف مغناطيسي ، والذي غالباً ما يرتبط بهذه العملية. ولأن معظم هذا الفقدان ناتج عن عدم التوافق بين الطورين، فإن ضبط السبيكة بشكل مناسب ضروري لتقليل الفقدان وزيادة قابلية الانعكاس والكفاءة . إن موازنة إجهاد التحول للمادة مع فقد الطاقة يُتيح حدوث تأثير مرن حراري كبير، وربما بديلاً جديداً للتبريد. ^{[ 71 ]}

طريقة بوابة الثلاجة هي تطبيق نظري لاستخدام بوابة منطقية واحدة لتشغيل ثلاجة بأعلى كفاءة ممكنة في استهلاك الطاقة دون الإخلال بقوانين الديناميكا الحرارية. تعتمد هذه الطريقة على حقيقة وجود حالتين طاقيتين للجسيم: الحالة الأرضية والحالة المثارة. تحمل الحالة المثارة طاقة أكبر قليلاً من الحالة الأرضية، لكنها ضئيلة بما يكفي لحدوث الانتقال باحتمالية عالية. ترتبط بوابة الثلاجة بثلاثة مكونات أو أنواع من الجسيمات. الأول موجود داخل الثلاجة، والثاني خارجها، والثالث متصل بمصدر طاقة يسخن دوريًا حتى يصل إلى الحالة المثارة ويعيد شحن المصدر. في مرحلة التبريد داخل الثلاجة، يمتص الجسيم في الحالة الأرضية الطاقة من الجسيمات المحيطة، مما يؤدي إلى تبريدها، ثم ينتقل هو نفسه إلى الحالة المثارة. في المرحلة الثانية، خارج الثلاجة حيث تكون الجسيمات أيضًا في الحالة المثارة، يعود الجسيم إلى الحالة الأرضية، مطلقًا الطاقة ومسخنًا الجسيمات الخارجية. في الخطوة الثالثة والأخيرة، يقوم مصدر الطاقة بتحريك جسيم في الحالة e، وعندما ينتقل إلى الحالة g فإنه يحفز عملية تبادل محايدة للطاقة حيث يتم استبدال جسيم e الداخلي بجسيم g جديد، مما يعيد تشغيل الدورة. ^{[ 72 ]}

أظهرت إحدى الدراسات ، عند دمج نظام تبريد إشعاعي سلبي نهاري مع عزل حراري وتبريد تبخيري ، زيادةً في قدرة التبريد المحيط بنسبة 300% مقارنةً بسطح تبريد إشعاعي مستقل، مما قد يُطيل مدة صلاحية الطعام بنسبة 40% في المناخات الرطبة و200% في المناخات الصحراوية دون الحاجة إلى تبريد. ويتطلب نظام التبريد التبخيري إعادة شحنه بالماء كل 10 أيام إلى شهر في المناطق الرطبة، وكل 4 أيام في المناطق الحارة والجافة. ^{[ 73 ]}