Kühlschrank - Gefriergeräte

Geschichte der Wärmepumpe (Kältemaschine)

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC

 
Kompressor-Wärmepumpe
 
Sorptions-Wärmepumpe

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.

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.


Luftzirkulation und Temperaturverteilung im Kühlschrank bei statischer Kühlung



Belüftung des Verflüssigers



Aufbau und Kältemittelkreislauf eines Kühlschranks
Quelle: HEA – Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V.



Elektronische Bedienblenden bei Kühl- Gefrierkombinationen (Beispiele), Bedienblende Standgerät (oben), Bedienblende Einbaugerät (unten)
Quelle: Miele & Cie. KG

Kühlschränke und Kühl-Gefrierkombinationen sind Standgeräte, die frei aufstellt (Tischgerät mit Arbeitsplatte) oder in die Küchenmöbel (Unterbau- oder Einbaugeräte) eingebaut werden.
Unterbaugeräte werden ohne Arbeitsplatte geliefert und haben eine Höhe zwischen 78,5 und 87 cm und eine Breite von 50 bis 90 cm. Sie werden unter einer vorhandenen Küchenarbeitsplatte aufgestellt. Bei dem Unterbau muss auf die verschiedenen Be- und Entlüftungssysteme geachtet werden.
Bei den Einbaugeräten muss auf das Be- und Entlüftungssystemen geachtet werden. In der Regel haben sie eine Breite von 60 cm.
Bei den Kühl-Gefrierkombinationen ist das Gefrierteil ober- bzw. unterhalb des Kühlteils oder nebeneinander angebracht. Großraum-Kühl-Gefrierkombinationen werden oft als Side-by- Side-Geräte (Höhe 165 bis 200 cm, Breite ab 89 cm, Tiefe ab 63 cm) bezeichnet. Viele dieser Geräte haben eine Vorrichtung zur Bereitung von Eiswürfeln, Eiswasser bzw. zerstoßenem Eis (crushed ice). Sie benötigen dann einen Wasseranschluss oder einem Wasser-Vorratsbehälter.
In Küchen in offener Bauweise, Ferienwohnungen, Hotelzimmern, Büros, Arztpraxen werden Kühlschränke mit möglichst geräuschlosen Betrieb gebraucht. Hier werden Absorbergeräte ohne und mit Verdampferfach (Eisfach) angeboten. Diese Geräte gibt es auch für Wohnwagen und Reisemobile, die mit 230 V Wechselstrom, 12 V Autobatterie oder mit Flaschengas wechselbar betrieben werden können.

Haushaltskühlschränke werden in der Regel mit einer Innentemperatur zwischen 4 °C und 11 °C betrieben. Das Gehäuse der Kühlfächer ist wärmegedämmt, damit der Energieaufwand zur Erhaltung der Differenz zur Umgebungstemperatur niedrig gehalten wird. Die Temperatur wird durch einen Temperaturregler überwacht und geregelt. Dieser besteht aus einem Fühler, der mit dem Temperaturwähler verbunden ist. Hier wird die Temperatur in Stufen oder stufenlos eingestellt. Als Temperaturregler werden in den Geräten Flüssigkeitsausdehnungsregler (Thermostat) oder ein elektronischer Regler eingesetzt. Die Temperaturregler sind entweder im Geräteinnenraum oder bei Integrallösungen in der Bedienblende an der Kopfleiste des Gerätes angebracht. Hier kann mittels eines Drehreglers, Tipptasten oder Touch-Bedienung die Temperatur gewählt werden. Die Bedienblende kann sich auf oder oberhalb der Gerätetür oder auch dahinter befinden, teilweise kann dann die Temperatur durch ein Sichtfenster abgelesen werden. Die Temperaturanzeige ist entweder mit LED's oder digital bzw. in seltenen Fällen auch analog ablesbar.

Bei Kühlschränken mit Eisfach, besonders mit Tiefkühlfächern (Kühl-Gefrierkombinationen), ist die vom Hersteller angegebene Umgebungstemperatur des Aufstellorts (Keller, außenliegender Abstellraum, Garage) 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 und des Lagerguts kommt. Die Klimaklassen geben an, bei welchen Temperaturen Kühlschränke und Gefriergeräte (Gefrierschränke, Gefriertruhen) effizient betrieben werden. Die jeweilige Klimaklasse ist auf dem Typenschild zu finden.

 
 

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.



Gefrierschrank mit Umluft-Kältesystem
Quelle: HEA – Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V.

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Kühlbox mit Peltier-Element
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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.

Klimaklasse SN (Subnormal) Haushaltselektrogeräte der Klasse SN sind auf Betriebstemperaturen zwischen +10 °C und +32 °C ausgelegt. Sie sind z. B. für unbeheizte Garagen und Kellerräume geeignet.
Klimaklasse N (Normal) Haushaltselektrogeräte der Klasse N sind auf Betriebstemperaturen zwischen +16 °C und +32 °C ausgelegt. Dies ist der in Deutschland standardmäßige Temperaturbereich in Wohngebäuden.
Klimaklasse ST (Subtropen) Im sogenannten subtropischen Bereich der Klasse ST werden Gefriertruhen und Gefrierschränke bei Temperaturen zwischen +16 °C und +38 °C genutzt.
Klimaklasse T (Tropen) Die Klasse T für Tropen betrifft diejenigen Kühl- und Gefriergeräte, die bei Temperaturen zwischen +16 °C und +43 °C betrieben werden.

 
 

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

 
 
Kompressionswärmepumpe:
Die Kompressionswärmepumpe nutzt den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme. Hier zirkuliert ein Kältemittel in einem Kreislauf. Das Kältemittel wird durch einen Kompressor angetrieben und ändert dabei abwechselnd seinen Aggregatzustände von flüssig-gasförmig und gasförmig-flüssig.

Kompressionswärmepumpe

Absorptionswärmepumpe:
Die Absorptionswärmepumpe nutzt den physikalischen Effekt der Reaktionswärme bei Mischung zweier Flüssigkeiten bzw. Gase. Sie verfügt über einen Lösungsmittelkreis und einen Kältemittelkreis. Das Lösungsmittel wird im Kältemittel wiederholt gelöst bzw. ausgetrieben.

Absorptionswärmepumpe

Adsorptionswärmepumpe:
Die Adsorptionswärmepumpe arbeitet mit einem festen Lösungsmittel, dem "Adsorbens", an dem das Kältemittel ad- bzw. desorbiert wird. Dem Prozess wird Wärme bei der Desorption zugeführt und bei der Adsorption entnommen. Da das Adsorbens nicht in einem Kreislauf umgewälzt werden kann, kann der Prozess nur diskontinuierlich ablaufen, indem zwischen Ad- und Desorption zyklisch gewechselt wird.

Adsorptiponswärmepumpe

Das Arbeiten an kältemittelführenden Klimaanlagen darf nur durch zertifierte Personen (Sachkundebescheinigung) nach der Chemikalien-Klimaschutzverordnung - ChemKlimaschutzV durchgeführt werden.

Arbeiten an und in elektrotechnischen Anlagen dürfen nur von Installationsbetrieben durchgeführt werden, die in das Installateurverzeichnis eines Energieversorgersunternehmens (EVU) bzw. Verteilungsnetzbetreibers (VNB) eingetragen sind. Eine Elektrofachkraft (EFK) darf im eingeschränktem fachbezogenen Bereich Bauteile anschließen.

 
 
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