คำว่าการลดอุณหภูมิ (หรือเรียกอีกอย่างว่าการลดอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือด ) หมายถึงกระบวนการลดอุณหภูมิของของเหลวให้ต่ำกว่าจุดเดือด ปกติ โดยเจตนา ตัวอย่างเช่น น้ำเดือดที่ 373 เคลวิน ที่อุณหภูมิห้อง (293 เคลวิน) น้ำจะเรียกว่า "ลดอุณหภูมิ" การลดอุณหภูมิเป็นขั้นตอนที่พบได้ทั่วไปในวงจรทำความเย็นและวงจรเทอร์บินไอน้ำ เครื่องยนต์จรวดบางชนิดใช้เชื้อเพลิงที่ลดอุณหภูมิแล้ว

ในระบบทำความเย็น การลดอุณหภูมิของสารทำความเย็นเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าขั้นตอนที่เหลือของวงจรทำความเย็น เสร็จสมบูรณ์ ขั้นตอนการลดอุณหภูมิช่วยให้มั่นใจได้ว่าสารทำความเย็นเป็นของเหลวอย่างสมบูรณ์ก่อนที่จะถึงขั้นตอนถัดไปของวงจร คือวาล์วขยายตัวทางความร้อนซึ่งการมีอยู่ของก๊าซอาจทำให้เกิดการหยุดชะงักได้^{[ 1 ]} การลดอุณหภูมิมักทำในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

การเย็นตัวลงและการร้อนตัวขึ้นซึ่งเป็นกระบวนการที่คล้ายคลึงกันและตรงกันข้ามกัน มีความสำคัญต่อเสถียรภาพและการทำงานที่ดีของระบบทำความเย็น^{[ 2 ]}

โดยปกติแล้วการลดอุณหภูมิจะใช้เพื่อให้เมื่อสารทำความเย็นไปถึงวาล์วขยายตัวแบบเทอร์โมสตัท สารทำความเย็นทั้งหมดจะอยู่ในรูปของเหลวทำให้วาล์วทำงานได้อย่างถูกต้อง หากก๊าซไปถึงวาล์วขยายตัว อาจเกิดปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์หลายอย่าง^{[ 3 ]}ซึ่งอาจนำไปสู่พฤติกรรมที่คล้ายกับที่สังเกตได้จากปรากฏการณ์แฟลชแก๊สได้แก่ ปัญหาในการควบคุมน้ำมันตลอดวงจร^{[ 4 ]}การใช้พลังงานมากเกินไปและไม่จำเป็น และการสิ้นเปลืองไฟฟ้าการทำงานผิดปกติและการเสื่อมสภาพของส่วนประกอบต่างๆ ในระบบ การทำงานที่ไม่สม่ำเสมอของระบบโดยรวม และหากไม่ได้รับการตรวจสอบ อาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้

อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่สำคัญและพบได้ทั่วไปของการลดอุณหภูมิ (subcooling) คือการนำไปใช้ทางอ้อมในกระบวนการเพิ่มอุณหภูมิ (superheating) การเพิ่มอุณหภูมิมีความคล้ายคลึงกับการลดอุณหภูมิในแง่ของการทำงาน กล่าวคือ เกิดขึ้นก่อนขั้นตอนที่สารทำความเย็นในสถานะของเหลว-ก๊าซจะทำให้วงจรทำงานผิดปกติ ( ส่วนผสมของของเหลว-ก๊าซ ที่ไม่สามารถอัดได้ จะทำลายคอมเพรสเซอร์ ) และทั้งสองกระบวนการสามารถเชื่อมโยงกันได้โดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายใน การลดอุณหภูมิจะเกิดขึ้นพร้อมกับการเพิ่มอุณหภูมิ ทำให้ความร้อนไหลจากสารทำความเย็นที่ลดอุณหภูมิซึ่งมีความดัน สูงกว่า (ของเหลว) ไปยังสารทำความเย็นที่เพิ่มอุณหภูมิซึ่งมีความดันต่ำกว่า (ก๊าซ) สิ่งนี้สร้างความสมดุลทางพลังงานระหว่างปรากฏการณ์การลดอุณหภูมิและการเพิ่มอุณหภูมิ โดยมีการสูญเสียพลังงาน น้อยมากหรือไม่มีเลย โดยปกติแล้ว ของเหลวที่ถูกลดอุณหภูมิจะร้อนกว่าสารทำความเย็นที่ถูกเพิ่มอุณหภูมิ ทำให้เกิดการไหลของพลังงานในทิศทางที่ต้องการ ดังนั้น การลดอุณหภูมิจึงเป็นแหล่งความร้อนที่ง่ายและแพร่หลายสำหรับกระบวนการเพิ่มอุณหภูมิ

การปล่อยให้กระบวนการลดอุณหภูมิเกิดขึ้นภายนอกคอนเดนเซอร์ (เช่นเดียวกับการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายใน) เป็นวิธีการใช้ประโยชน์จากความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนของอุปกรณ์ควบแน่นได้ อย่างเต็มที่ ระบบทำความเย็นจำนวนมากใช้ส่วนหนึ่งของคอนเดนเซอร์สำหรับการลดอุณหภูมิ ซึ่งแม้จะมีประสิทธิภาพและเรียบง่ายมาก แต่ก็อาจถือได้ว่าเป็นปัจจัยที่ลดทอนความสามารถในการควบแน่นโดยรวม สถานการณ์ที่คล้ายกันนี้อาจพบได้กับการเพิ่มอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในอีวาพอเรเตอร์ ดังนั้นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายในจึงเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ดีและค่อนข้างประหยัดสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยน ความร้อนให้ สูงสุด

อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้การลดอุณหภูมิ (subcooling) ที่แพร่หลายคือการเพิ่มประสิทธิภาพและการประหยัดพลังงานตรงกันข้ามกับการเพิ่มอุณหภูมิ (superheating) การลดอุณหภูมิ หรือปริมาณความร้อนที่ดึงออกจากสารทำความเย็นเหลวในกระบวนการลดอุณหภูมิ จะแสดงออกมาในรูปของการเพิ่มประสิทธิภาพการทำความเย็นของระบบ ซึ่งหมายความว่า การกำจัดความร้อนเพิ่มเติมหลังจากกระบวนการควบแน่น (การลดอุณหภูมิ) จะช่วยให้สามารถดูดซับความร้อนได้มากขึ้นในขั้นตอนต่อไปของวงจรการเพิ่มอุณหภูมิจะมีผลตรงกันข้าม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายในเพียงอย่างเดียวไม่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบได้ เพราะผลการเพิ่มประสิทธิภาพจากการลดอุณหภูมิจะลดลงเนื่องจากการเพิ่มอุณหภูมิ ทำให้ประสิทธิภาพสุทธิเพิ่มขึ้นเป็นศูนย์ บางระบบสามารถเคลื่อนย้ายสารทำความเย็นและ/หรือกำจัดความร้อนโดยใช้พลังงาน น้อยลง เพราะระบบเหล่านั้นทำงานกับของเหลวที่มีแรงดันสูง ซึ่งจะไปทำความเย็นหรือลดอุณหภูมิของของเหลวที่มีแรงดันต่ำกว่า (ซึ่งทำความเย็นได้ ยาก กว่า) ในภายหลัง

ในการใช้งานด้านการบินอวกาศ การลดอุณหภูมิหมายถึงเชื้อเพลิงไครโอเจนิก หรือสารออกซิไดเซอร์ที่ถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่า จุดเดือด มาก (แต่ไม่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว ) ^{[ 5 ]}ซึ่งส่งผลให้มี ความหนาแน่น ของเชื้อเพลิง สูงขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงมีความจุของถังเชื้อเพลิงสูงขึ้น^{[ 6 ]} และลดการสูญเสียจากการระเหย

ยานปล่อยจรวดFalcon 9และStarship ของSpaceXใช้การลดอุณหภูมิเชื้อเพลิง^{[ 6 ] [ 7 ]} การลดอุณหภูมิขั้นสุด (Superchilling)เป็นอีกคำหนึ่งที่ใช้เรียกเทคนิคนี้

กระบวนการซับคูลลิ่งสามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี ดังนั้นจึงสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างส่วนต่างๆ ที่กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้ โดยปกติแล้ว ซับคูลลิ่งหมายถึงขนาดของ การลดลง ของอุณหภูมิซึ่งสามารถวัดได้ง่าย แต่ก็สามารถพูดถึงซับคูลลิ่งในแง่ของความร้อนทั้งหมดที่ถูกกำจัดออกไปได้เช่นกัน ซับคูลลิ่งที่รู้จักกันทั่วไปมากที่สุดคือซับคูลลิ่งของคอนเดนเซอร์ซึ่งโดยทั่วไปหมายถึงการลดลงของอุณหภูมิทั้งหมดที่เกิดขึ้นภายในคอนเดนเซอร์ทันทีหลังจากที่ของเหลวควบแน่นอย่างสมบูรณ์ จนกระทั่งออกจากหน่วยควบแน่น

การลดอุณหภูมิของคอนเดนเซอร์จะแตกต่างจากการลดอุณหภูมิโดยรวมเนื่องจากหลังจากคอนเดนเซอร์แล้ว ตลอดท่อ สารทำความเย็นอาจมีแนวโน้มที่จะเย็นลงอีกตามธรรมชาติ ก่อนที่จะถึงวาล์วขยายตัว แต่ก็อาจเกิดจากการลดอุณหภูมิเทียมด้วย^{[ 3 ]}การลดอุณหภูมิโดยรวมคือการลดลงของอุณหภูมิทั้งหมดที่สารทำความเย็นประสบจากอุณหภูมิการควบแน่นจริง ไปจนถึงอุณหภูมิที่แน่นอนเมื่อถึงวาล์วขยายตัว ซึ่งก็คือการลดอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพ

การลดอุณหภูมิตามธรรมชาติ (Natural subcooling ) คือชื่อที่ใช้เรียกการลดลงของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นภายในคอนเดนเซอร์ (การลดอุณหภูมิของคอนเดนเซอร์) รวมกับการลดลงของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นผ่านท่อส่งเพียงอย่างเดียว โดยไม่รวมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใดๆ เมื่อไม่มีการลดอุณหภูมิเชิงกล ( เช่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายใน) การลดอุณหภูมิตามธรรมชาติควรเท่ากับการลดอุณหภูมิทั้งหมด^{[ 8 ]}ในทางกลับกัน การลดอุณหภูมิเชิงกล (Mechanical subcooling) คืออุณหภูมิที่ลดลงจากกระบวนการเทียมใดๆ ที่ตั้งใจสร้างขึ้นเพื่อลดอุณหภูมิ^{[ 1 ]}แนวคิดนี้หมายถึงอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายใน ชุดลดอุณหภูมิแบบอิสระ เครื่องประหยัดพลังงาน หรือเครื่องเพิ่มอุณหภูมิเป็นหลัก

การลดอุณหภูมิของสารทำความเย็น (Subcooling) เป็นปัจจัยสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบทำความเย็น ซึ่งนำไปสู่การวิจัยอย่างกว้างขวาง ระบบที่ทำงานที่ความดันสูงกว่ามักจะมีประสิทธิภาพมากกว่า และคอมเพรสเซอร์ที่ใช้ในวงจรลดอุณหภูมิโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพมากกว่าคอมเพรสเซอร์ที่ทำความเย็นสารทำความเย็นเหลวโดยตรง

คอมเพรสเซอร์แบบสกรูที่ทันสมัยซึ่งสามารถใช้ระบบประหยัดพลังงานได้กำลังได้รับการพัฒนา^{[ 9 ]}ซึ่งต้องใช้เทคนิคการผลิตขั้นสูง คอมเพรสเซอร์เหล่านี้สามารถฉีดสารทำความเย็นจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายใน แทนที่จะเป็นเครื่องระเหยหลัก เข้าสู่ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการอัด ในการตั้งค่านี้ สารทำความเย็นเหลวจะถูกทำให้เย็นลงที่ความดันสูงในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการทำให้เย็นลงเชิงกล ระบบบูสเตอร์เป็นอีกแนวทางหนึ่ง โดยคอมเพรสเซอร์ตัวหนึ่งทำงานที่ความดันสูงกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า ในขณะที่อีกตัวหนึ่งจัดการกับความดันที่ต่ำกว่า แตกต่างจากระบบบูสเตอร์ ระบบประหยัดพลังงานจะทำให้เย็นลงด้วยคอมเพรสเซอร์ตัวเดียวที่ออกแบบมาเพื่อการประหยัดพลังงาน

ระบบซับคูลลิ่งแบบแคสเคดเป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้ระบบทำความเย็นแยกต่างหากเพื่อลดอุณหภูมิของสารทำความเย็น แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพ แต่ระบบเหล่านี้มีราคาแพงและซับซ้อน ต้องใช้คอมเพรสเซอร์เฉพาะและอุปกรณ์เพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม ระบบเหล่านี้ก็เป็นที่น่าสนใจเนื่องจากมีประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นได้กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาได้ยอมรับการลดอุณหภูมิของสารทำความเย็นว่าเป็นวิธีที่เชื่อถือได้ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบและประหยัดพลังงานในFederal Technology Alert [ ^{10 ] อย่างไรก็ตาม}การแยกหน่วยซับคูลลิ่งออกจากระบบหลักยังคงเป็นความท้าทายทางเศรษฐกิจ เนื่องจากต้องใช้ระบบควบคุมที่ซับซ้อนและมีราคาแพงในการตรวจสอบสภาพของของเหลว

เมื่อไม่นานมานี้ ผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาในประเทศชิลีได้นำการลดอุณหภูมิเชิงกลมาใช้กับระบบทำความเย็นทั่วไป ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเพิ่มกำลังการผลิตของระบบ^{[ 11 ]}

หลักการเบื้องหลังการลดอุณหภูมิสารทำความเย็น (Subcooling) นั้นตรงไปตรงมา: ความเย็นเพิ่มเติมที่ได้จากการลดอุณหภูมิสารทำความเย็นจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของสารทำความเย็นโดยตรง ในขณะที่การเพิ่มอุณหภูมิสารทำความเย็น (Superheating) จะลดประสิทธิภาพลง คอมเพรสเซอร์ที่เกี่ยวข้องกับการลดอุณหภูมิสารทำความเย็นจะทำงานภายใต้สภาวะที่ดีกว่า—ที่ความดันสูงกว่า—ทำให้กระบวนการทำความเย็นมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังนั้น ความร้อนที่ถูกกำจัดออกไปในระหว่างการลดอุณหภูมิสารทำความเย็นจึงประหยัดพลังงานและคุ้มค่ากว่าเมื่อเทียบกับความร้อนที่ถูกกำจัดออกไปโดยระบบหลัก

ใน ระบบทำความเย็นทั่วไปสารทำความเย็นจะเปลี่ยนสถานะระหว่างก๊าซและของเหลว กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการร้อนเกินและการเย็นเกิน เนื่องจากก๊าซต้องถูกทำให้เย็นลงเพื่อควบแน่นเป็นของเหลว และของเหลวต้องถูกทำให้ร้อนขึ้นเพื่อระเหยกลับไปเป็นก๊าซ การหลีกเลี่ยงการเย็นเกินหรือการร้อนเกินเล็กน้อยในระหว่างกระบวนการนี้แทบเป็นไปไม่ได้ ทำให้การร้อนเกินและการเย็นเกินเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติและหลีกเลี่ยงไม่ได้ในระบบทำความเย็นแบบอัดไอแบบดั้งเดิม

ในทางตรงกันข้ามระบบทรานส์คริติคอลจะนำเสนอสถานะสสารที่แตกต่างออกไปสำหรับสารทำความเย็นในระหว่างวงจร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สารทำความเย็น (โดยทั่วไปคือคาร์บอนไดออกไซด์ ) จะไม่ผ่านกระบวนการควบแน่นแบบมาตรฐาน แต่จะไหลผ่านตัวระบายความร้อนก๊าซในสถานะเหนือวิกฤต ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ แนวคิดของอุณหภูมิการควบแน่นและการลดอุณหภูมิจึงไม่สามารถนำมาใช้ได้อย่างสมบูรณ์

มีการวิจัยที่สำคัญในหัวข้อนี้ โดยมุ่งเน้นไปที่กระบวนการหลายขั้นตอนอีเจ็กเตอร์ เอ็กซ์แพนเดอร์ และอุปกรณ์และการปรับปรุงอื่นๆ อีกมากมายกุสตาฟ โลเรนท์เซนเสนอการปรับเปลี่ยนวงจร รวมถึงการลดอุณหภูมิภายในสองขั้นตอนสำหรับระบบเหล่านี้^{[ 12 ]}