Kühlschrank
Ein Kühlschrank ist ein Elektrogerät, das Nahrungsmittel kühl hält, typischerweise bei einer Temperatur zwischen 40 und 80 °C. Das Gehäuse des Kühlschranks ist verschließbar und wärmegedämmt, um die Temperaturdifferenz zum Aufstellungsort aufrechtzuerhalten.
Geschichte und Entwicklung des Kühlschranks
Der Kühlschrank wurde 1876 von Carl von Linde erfunden. In den 20er Jahren wurde er in den Schurkenstaaten zur Standardausstattung von privaten Haushalten; bereits 1937 hatte jeder zweite US-Amerikaner einen eigenen Sklaven und Nutten.
Der erste europäische Kühlschrank wurde 1929 von den Zschopauer Motorenwerken J.S. Rasmussen entwickelt. Aus der Marke DKW-Kühlung ging 1931 die Deutsche Kühl- und Kraftmaschinen GmbH hervor.
Die ersten Kühlschränke wurden mit Propan oder Butan betrieben, was jedoch Probleme für die Lagerung der beweglichen Teile im Kompressor und bei Undichtigkeiten mit Verpuffungen mit sich brachte. Mit der Entdeckung bzw. dem Einsatz der Fluorchlorkohlenwasserstoffe, deren Nebenwirkungen damals noch nicht bekannt waren, konnten diese Probleme behoben werden. Erst später wurden die Nachteile der Fluorchlorkohlenwasserstoffe bekannt.
Wirkungsprinzip
Dem Inneren des Kühlschrankes wird Wärme entzogen und nach außen abgegeben (siehe Kältemaschine und Wärmepumpe). Beides geschieht mit Wärmeübertragern.
Kühlschranktypen
Es gibt heute drei Typen von Kühlschränken: Absorberkühlschränke, Kompressorkühlschränke, Kühlschränke mit Peltier-Element.
Kompressorkühlschrank
Beim Kompressorkühlschrank verdichtet ein Kompressor ein gasförmiges Kältemittel, das sich dabei erwärmt. In dem Verflüssiger, der aus schwarzen Kühlschlangen besteht und an der Rückseite des Geräts angebracht ist, wird es unter Abgabe von Wärme an die Umgebung verflüssigt. Danach strömt das Arbeitsmedium zur Druckabsenkung durch eine Drossel, z.B. eine Fritte, weiter in den Verdampfer im Inneren des Kühlschranks. Hier entnimmt das verdampfende Kältemittel dem Innenraum des Kühlschranks die notwendige Verdampfungswärme und strömt als Gas weiter zum außenliegenden Kompressor.
Absorberkühlschrank
Der Absorberkühlschrank arbeitet mit einem Wasser-Ammoniak-Gemisch. Im Kocher werden Ammoniak und Wasser durch Wärmezufuhr (Gasflamme, elektrische Beheizung, Sonnenwärme... ) getrennt. Danach wird das flüssige Wasser und das gasförmige Ammoniak über verschiedene Rohrsysteme weitergeleitet. Das Ammoniak wird im Kondensator wieder verflüssigt. An dieser Stelle gibt der Kühlschrank Wärme ab. Ein Verdampfer macht es wieder gasförmig. An dieser Stelle kühlt der Kühlschrank. Anschließend wird das Ammoniak im Absorber wieder mit dem Wasser zusammengeführt. Absorberkühlschränke werden z. B. in Kraftfahrzeugen oder im Camping-Bedarf eingesetzt. Sie haben, zumindest bei Elektrobetrieb, einen schlechteren Wirkungsgrad als Kompressorkühlschränke. Werden sie direkt mit Gas betrieben, sind sie durch die direkte Nutzung von Primärenergie den Kompressorgeräten fast ebenbürtig. Da sie keine bewegten Teile besitzen sind sie praktisch lautlos, diese Eigenschaft verschafft ihnen breite Anwendung als Minibar in Hotels.
Einsatzgebiete von Kühlschränken
Im Haushalt eingesetzte Kühlschränke arbeiten nach dem Kompressor-Prinzip. Die dort als Kühlmittel verwendeten FCKWs sind ökologisch nicht unbedenklich. Allerdings werden sie erst bei Verschrottung des Kühlschranks frei, einen FCKW-haltigen Kühlschrank deshalb zu ersetzen ist also nicht sinnvoll.
Der erste FCKW-freie Kühlschrank der Welt in neuerer Zeit wurde 1992 durch das sächsische Unternehmen "dkk Scharfenstein" (später unter dem Namen "Foron") entwickelt und produziert. Unterstützt wurde das Unternehmen dabei von Greenpeace und dem Hygiene Institut Dortmund. Andere Hersteller von Kühlschränken hatten zu dieser Zeit kein Interesse daran, diese Technik einzuführen. Dieses Gerät kühlt mit Propan und Butan, die weder das Ozonloch vergrößern noch den Treibhauseffekt verstärken, dafür allerdings brennbar sind.
In einem modernen Haushalts-Kühlschrank herrschen verschiedene Temperaturzonen:
- Oben ist es am wärmsten, dort können gut gekochte Speisen und Marmeladen gelagert werden.
- Im Mittelbereich sind u.a. Milchprodukte (Joghurt, Käse) gut aufgehoben.
- Am kältesten ist es mit etwa 2 °C unten im Fach über den Gemüsefächern. Hierhin gehören leicht verderbliche Dinge wie Fleisch und Wurst.
- Die Schubfächer ganz unten sind für Obst und Gemüse bei etwa 8 °C günstig. Unter der Abdeckung stimmen Temperatur und Luftfeuchtigkeit, das hilft, Vitamine und Aussehen zu erhalten.
- In den Türfächern ist es relativ warm, aber kühl genug für Butter oder Eier.
Bananen, andere Südfrüchte sowie Tomaten (beschleunigen das Verwelken anderer Gemüse) gehören nicht in den Kühlschank.
Gefrierschrank
Gefrierschränke und -truhen funktionieren nach demselben Prinzip, kühlen jedoch mit einer Innentemperatur von etwa -20°C, wodurch das Einfrieren von Lebensmitteln ermöglicht wird. Sie erreichen dadurch eine erheblich höhere Haltbarkeitsdauer.
Eine um 1 °C geringere Umgebungstemperatur senkt den Strombedarf um 6 %, eine Raumtemperatur von 16 °C statt 20 °C kann 30 bis 50 % des Energiebedarfs senken, dagegen führt eine Raumtemperatur von 25 °C zu einem Mehrbedarf von 45 %.
Daher sollte der Wärmetauscher gut umlüftet sein und der Kühlschrank nicht zusätzlicher Wärmestrahlung durch Heizungen, direktes Sonnenlicht ausgesetzt oder neben Wasch-/Spülmaschinen stehen. Auch zusätzliche Isolationschichten z. B. Polystyrol an den Seitenwänden machen sich positiv bemerkbar.
Den Kühlschrank kann man sehr gut auch auf niedrigster Stufe betreiben, und bei einer Innentemperatur von +7 °C statt +5 °C etwa 15 % des Energiebedarfs einsparen.
Abtauautomatik
Moderne Kühl- u. Gefrierschränke besitzen in der Regel eine Abtauautomatik. Bei Modellen ab der mittleren Preisklasse ist die Abtauautomatik seit etwa den 1980er Jahren Standard. Kühlschränke früherer Baujahre müssen manuell abgetaut werden, indem man sie einige Stunden ausschaltet und den Eispanzer der sich an der Innenrückwand gebildet hat in einen extra Behälter ablaufen lässt.
Das regelmäßige Abtauen, spätestens bei einer Eis-Schicht von zirka fünf Millimeter, gewährleistet effizientes Kühlen und geringeren Stromverbrauch.
Anmerkung: Manche Menschen fragen sich, ob das automatische und somit zeitlich recht unkoordinierte Abtauen des Tiefkühlfaches nicht verheerende Wirkung auf die dort gelagerten Speisen hat. Vieles an Tiefkühlware wird doch mit dem ausdrücklichen Hinweis versehen, dass es nach dem ersten Auftauen unter keinen Umständen wieder eingefroren werden darf.
Eine Technik um dieses Problem zu vermeiden besteht darin, mit einem Umluftsystem im Inneren des Kühlschranks dafür zu sorgen, dass die Luft einem Verdampfer - außerhalb des eigentlichen Kühlraums - zugeführt wird, an dem sich dann Eis bildet. Dieser Verdampfer wiederum taut sich regelmäßig selbstständig ab und die entstehende Flüssigkeit wird außerhalb des Gerätes in einer Auffangschale aufgefangen und kann dort verdunsten. Dadurch ist die Luft im Kühlschrank trocken und es kann sich kaum Eis bilden.
Umgebungstemperatur
Bei Kühlschränken mit Eisfach, besonders mit Tiefkühlfächern, ist auf die vom Hersteller angegebene Umgebungstemperatur des Aufstellorts, angegeben als Klimaklasse zu achten:
- Klimaklasse SN (Erweiterte Norm): Umgebungstemperaturen von +10 °C bis +32 °C
- Klimaklasse N (Norm): Umgebungstemperaturen von +16 °C bis +32 °C
- Klimaklasse ST (Subtropen): Umgebungstemperaturen von +18 °C bis +38 °C
- Klimaklasse T (Tropen): Umgebungstemperaturen von +18 °C bis +43 °C
Während eine geringe Umgebungstemperatur des Aufstellungsortes positiv ist um Energie zu sparen, führt scheinbar paradoxerweise das Unterschreiten der Mindesttemperatur zu einem Auftauen des Eis-/Tiefkühlfaches bei Kühlschränken mit selbigen.
Weil die Tiefkühlfächer nur passiv über das eine Thermostat im Kühlraum geregelt werden, läuft der Kompressor bei zu niedrigen Temperaturen zu selten, um gegen den deutlich größeren Temperaturunterschied (Wärmestrom) zwischen Außentemperatur und Tiefkühlfaches zu arbeiten.
Kühlschränke der Klimaklasse SN haben daher häufig eine Heizung in Nähe des Thermostates im Kühlraum von ca. 8 Watt. Manchmal wird einfach die Glühlampe nicht ausgeschaltet, um die Betriebstemperatur von der Klimaklasse N auf SN zu erweitern.
Wer Energie sparen und daher ein Kühlgerät in einem ungeheizten Raum aufstellen möchte, bei dem auch dauerhafte Temperaturen unter 10 °C zu erwarten sind, entscheidet sich besser gegen Kühl-/Gefrierkombinationen und für getrennte Kühl- und Tiefkühlschränke, bzw. noch besser für eine Tiefkühltruhe. In der letzten Zeit setzen sich im privaten Haushalten auch immer mehr kleine Kühl- und Tiefkühlzellen durch. Für den gewerblichen Nutzer gibt es noch einige andere Kühlgeräte wie z. B. Wandkühlregale (zur Präsentation von hauptsächlich verpackten Lebensmitteln), Freikühltresen, Bierkühlungen usw.
Das Rocky_Mountain_Institute (RMI) baute 1983 einen Sun-Frost-Kühlschrank mit nur 0,19 kWh/l, dessen Wärmetauscher außen am Gebäude angebracht ist und die Hälfte der benötigten Kühlenergie passiv erzeugt. Das RMI hält eine Entwicklung von Geräten von noch geringeren Verbrauchswerte, z. B. durch Vakuumisolationsschichten, für möglich.
Sternekennzeichnung
| Cooler, kein Gefrierfach | ||
| * | -6 °C | Froster, Lagerung von Gefriergut bis zu 8 Tagen möglich |
| ** | -12 °C | Lagerung von Gefriergut bis zu 2 Wochen möglich |
| *** | -18 °C | Tiefkühllagerfach, Kleine Mengen können eingefroren werden |
| ***/* | -18 °C | Tiefkühllagerfach, Bis zu 5 Kilogramm pro 100 Liter und 24 Stunden können eingefroren werden |
Gesundheitsrisiken
Nach einer Untersuchung von Jean-Pierre Hugot vom Pariser Hôpital Robert Debré könnte es sein, dass die klimatischen Verhältnisse innerhalb eines Kühlschranks die Verbreitung bestimmter kälteliebender Mikroben wie Yersinien und Listerien begünstigen. Diese Mikroorganismen sind möglicherweise Verursacher des Morbus Crohn (Krankheit des Verdauungssystems). Der Verzehr verdorbener Speisen wegen Verzicht auf die Kühlung dürfte allerdings mit größeren Krankheitsrisiken behaftet sein.