Mit der Erzeugung "künstlicher Kälte" im Jahre 1777 durch den schottische Mediziner und Chemiker William Cullen, der Wasser zum Gefrieren brachte, indem er mit dem Wirkstoff Diethylether experimentierte. Dieser Diethylether (organisch-chemische Verbindungsklasse der Ether) wurde durch Unterdruck (Evakuierung) zum Verdampfen gebracht und in einem Reaktionsgefäß wurde dem Wasser Wärme entzogen. Es entstand eine geringe Mengen an Eis. Dieser Zeitpunkt wird als das Geburtsjahr der Kältetechnik bezeichnet. Neben dem Salzen, Räuchern, Trocknen, Säuern und Einkochen konnten jetzt Lebensmittel zur Haltbarmachung auch gekühlt und später mit den Kältemaschinen (Geschichte der Kältemaschine [Wärmepumpe]) auch eingefroren werden.

Der steckerfertige Kühlschrank hat inzwischen den natürlicher Kühlschrank "Erdkeller" (Naturkeller, Freilandkeller, Eiskeller) abgelöst.

Kühlschränke und Gefriegeräte sind Kältemaschinen bzw. Wärmepumpen mit denen mittels einem Kältemittel (Wärmeüberträger) dem Innenraum des Geräts Wärme entzogen und an die Umgebungsluft abgegeben wird. Man unterscheidet zwischen Kompressorgeräte (Kompressionswärmepumpe), Absorbergeräte (Absorptionswärmepumpe) und Kühlschränke mit Peltier-Element.

Umfangreiche Informationen zu Kühl- und Gefriergeräte - HEA – Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V.

Kühlschrank
Ein Kühlschrank ist ein dezentrales steckerfertiges Kühlgerät, in dem alle Komponenten (Verdichter, Verflüssiger, Expansionsventil [Drosselorgan] und Verdampfer) integriert sind. Der Kältemittelkreislauf ist ein hermetisch geschlossenes System, das mit einem Kältemittel (Kohlenwasserstoffe [R290, R600a, R1270, R170 und R1150], Kohlendioxid [R744] und Ammoniak [R717]) befüllt wird. Sie werden hauptsächlich für die Lagerung von Lebensmitteln, Medikamenten und Chemikalien verwendet. In den meisten Geräten sind alle Verbindungen der kältemittelführenden Bauteile gelötet teilweise auch geschweißt. Einfache Geräte werden ohne Serviceventile hergestellt. Hochwertige Geräte haben in der Regel Serviceventile. Diese können bei einer Störung oder bei einem Kältemittelverlust (z. B. durch einen Transportschaden) gewartet werden. Die Geräte mit oder ohne Serviceventil werden mit der für den ordnungsgemäßen Betrieb erforderlichen Kältemittelfüllmenge geliefert. So muss der Kältemittelkreislauf zur Inbetriebnahme nicht geöffnet werden.

Gefriergeräte
Gefriergeräte (Gefrierschrank, Gefriertruhe) sind so ausgelegt, dass Temperaturen von –18 °C und kälter erreicht werden. Die Kälteleistung reicht, um frische Lebensmittel einzufrieren und gefrorene Lebensmittel über einen längeren Zeitraum zu lagern. Nach DIN EN 62552 sind diese Geräte mit 4-Sternen gekennzeichnet. Das jeweilige Gefriervermögen und die Klimaklasse sind auf dem Typschild angegeben. Die meisten Geräte haben eine Temperaturanzeige zusammen mit dem Temperaturregler und den Kontrollanzeigen innen oder außen am Gerät (elektronisches Bedienfeld). Die Kontrollleuchten haben verschiedene Farben (grün: Betriebsanzeige; gelb: Schaltung auf Dauerbetrieb; rot: Warnung bei unzulässigem Temperaturanstieg). Außerdem meldet ein akustisches Warnsignal eine erhöhte Temperatur. Dieses kann über einen Tastendruck abgrschaltet werden. Geräte mit elektronischer Anzeige können auch noch die Anzeige von Fehlercodes bzw. vorübergehenden Netzausfall haben. Eine Superfrost-Funktion überbrückt den Temperaturregler. Dadurch arbeitet der Verdichter im Dauerbetrieb, muss aber temperaturabhängig und/oder zeitabhängig wieder auf Normalbetrieb zurückgeschaltet werden.
Bei Gefrierschränken mit No-Frost-Umluftkältesystem befindet sich oberhalb oder hinter dem Gefrierraum ein Kompaktverdampfer mit Heizung. Ein Ventilator führt die Luft des Innenraumes zum Verdampfer, wo sich die Luftfeuchtigkeit als Reif niederschlägt. Die trockene, kalte und entfeuchtete Luft wird über Luftkanäle in den Innenraum zurückgeleitet. Bei diesen Geräten wird in den Betriebspausen des Verdichters wird der Verdampfer von einer Intervallheizung in einem bestimmten Zeitrhythmus oder bedarfsgerecht periodisch abgetaut. Das Tauwasser wird in einer Schale über dem warmen Verdichter an der Rückwand verdunstet. Durch den zusätzlichen Ventilator und die Abtauheizung haben No-Frost-Geräte im Vergleich zu konventionellen Gefriergeräten einen ca. 13 % bis 30 % höheren Energieverbrauch. Wobei sich dieser im Vergleich zu einem konventionellen Gerät mit Reifschicht und Mehrverbrauch durch nötige Abtauvorgänge von Hand relativiert.
Einige Hersteller bieten den Gefrierschrank mit einem umwickelten Verdampfer an, in dem der Innenbehälter mit einem Alu-Verdampferrohr umwickelt ist. Hier unterteilen herausnehmbare Glasplatten den Gefrierraum, die als Führung und Abdeckung der Gefrierschubladen dienen. Der Vorteil ist, dass durch die Entnahme von Zwischenböden für größere Lagergüter ein größerer nutzbarer Innenraum entsteht. Durch den glatten Innenraum ist der Abtauvorgang schnell und einfach. Bei anderen Herstellern sind Verdampferplatten waagerecht angeordnet, die den Gefrierraum in Fächer unterteilt.
Viele Gefrierschränke werden mit einer mit No-Frost-Technik angeboten.

Gefrierschrank mit No-Frost-Umluftkältesystem
Quelle: HEA – Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V.

Im Gegensatz zu Gefrierschränken ist bei Gefriertruhen der Verdampfer in die Seitenwände und die Bodenfläche des Innenbehälters eingeschäumt. Der Verflüssiger ist ringsum in die Außenhaut eingeschäumt, über die die Wärme abgegeben wird. Dies verhindert die Bildung von Kondenswasser und somit auch eine evtl. Korrosion am Gerät. Gefriertruhen sind daher besonders gut für Räume mit relativ hoher Luftfeuchtigkeit (z. B. Keller) geeignet.
Die Lagerung der Lebensmittel findet in Einhänge- oder Einstellkörben statt. In größeren Gefriertruhen wird der Innenraumes durch eine Trennwand unterteilt, die teilweise herausnehmbar ist und als Auffangschale beim Abtauen und/oder als Gefriertablett genutzt werden kann. Die meisten Geräte haben einen gewichtsentlastenden Gerätedeckel, der in einem fest definierten Öffnungswinkel arretiert. Teilweise ist im Innendeckel die Beleuchtung angebracht und im Deckelgriff ist die Temperatur- Elektronik integriert. Viele Geräte sind abschließbar.

Kühlbox mit Peltier-Element

Klimaklassen von Kühlschränken und Gefriergeräten
Die Klimaklassen geben an, bei welchen Temperaturen Kühlschränke und Gefriergeräte (Gefrierschränke, Gefriertruhen) effizient betrieben werden. Die jeweilige Klimaklasse ist auf dem Typenschild zu finden. Die Klassen beziehen sich auf die verschiedenen Klimazonen der Erde. Aber auch der Aufstellungsraum kann ausschlaggebend sein. So haben z. B. eine beheizte Küche und unbeheizte Räume (Keller, außenliegender Abstellraum, Garage) unterschiedliche Raumtemperaturen. Bei Kühlschränken mit Eisfach, besonders mit Tiefkühlfächern, ist die vom Hersteller angegebene Umgebungstemperatur des Aufstellorts zu berücksichtigen.
Wenn die Lufttemperatur im Aufstellungsraum unter den für die Klimaklasse angegebenen Minimalwert fallen kann, sollte ein anderer Aufstellort oder eine andere Klimaklasse gewählt werden, damit es nicht zu einer Funktionsstörung des Gerätes und einer Verringerung dessen Lebensdauer kommt.
Die Gründe sind,
• dass bei niedrigen Temperaturen die Zähflüssigkeit des Öls im Kompressor erhöht wird, wodurch sich die Schmierung der Reibteile verschlechtert und es zu einem schnellen Verschleiß des Mechanismus kommt .
• dass bei einem Gerät, das nur einem Kühlkreislauf (Kühlschränke mit Eisfach, besonders mit Tiefkühlfächern) hat, es in einem unbeheizten Raum zu Funktionsstörung des Gefrierfachs kommen kann, weil in einem solchen Gerät eine Änderung der Temperatur im Kühlfach eine entsprechende Veränderung im Gefrierteil nach sich zieht. Hierzu wird nur ein einzelner Messfühler verwendet, der im Kühlfach installiert ist. Wenn z. B. im Raum die gleiche Temperatur herrscht wie im Kühlfach, so startet die Elektronik den Kompressor für die Kühlung nicht, sodass das Gefrierfach langsam abzutauen beginnt, was wiederum zu einem Verlust der Lebensmittelqualität führt.
• dass bei einer Raumtemperatur unter 18 °C die Betriebseffizienz des Gefrierfachs eines Kühlschranks mit nur einem Kühlkreislauf (Kühlschränke mit Eisfach, besonders mit Tiefkühlfächern) abnimmt.
In diesem Zusmmenhang sollte man bedenken, dass die vom Gerätehersteller vorgegebenen Betriebsbedingungen aus "Unwissenheit" nicht eingehalten werden, was zu einem Verlust der Herstellergarantie führt, sich durch die Funktionsstörung die Lebensdauer verkürzt und die Lebensmittelqualität beeinträchtigt wird.
Leider geben viele Hersteller nicht die Mindestraumtemperatur sondern nur die Maximaltemperatur an. Aber auf dem Typenschild ist die Klimaklasse angegeben. Bei Gefrierschränken wird von einigen Herstellern eine einwandfreie Funktion bis zu einer unteren Umgebungstemperatur von 0 °C gewährleistet.
Aber es gibt Geräte, die es ermöglicht, das empfohlene Temperaturniveau auch unter solchen Umständen aufrechtzuerhalten. Diese Geräte haben eine mechanische Steuerung, die eine entsprechende Funktionsfähigkeit des Gefrierfachs bei Umgebungstemperaturen von +10 °C bis +16 °C sicherstellt.

Energielabel

Dezentrale steckerfertige Kühlgeräte
Vergleich von Energieeffizienz, Sicherheit, Kosten und Zuverlässigkeit sowie Bewertung der Marktverfügbarkeit von Geräten ohne fluorierte Kältemittel als Basis für die Revision der Verordnung (EG) Nr. 842/2006 von Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Kauffeld