Kühltechnik   Die Klimaklassen (SN, N, ST oder T) Das Energielabel Die Klassifizierung, z.B. *** (Sterne)-Kühlschrank Das Gefriervermögen Geräteform Kühlen und Gefrieren Die einzelnen Bauteile im Kältekreislauf: Der Kompressor (Verdichter). Der Verflüssiger Der Trockner Das Kapillarrohr (Drosselorgan) Der Verdampfer Die Rahmenheizung Der Kältekreislauf Der Thermostat (Regler); die Temperaturregelung Der Kühlschrankthermostat Der Gefrierschrankthermostat (Gefriertruhe) Welche Kältemittel sind im Einsatz, welche werden Heute genutzt? Kältemittel und Umweltverträglichkeit (FCKW) FCKW-Ersatzstoffe Entsorgung der Kühlgeräte   Die Klimaklassen (SN, N, ST oder T) Top Da Kühlgeräte, die dem Kühlgut entzogene Wärme an den Aufstellort abgeben, muß dieser Ort der auf dem Gerät angegebenen Klimaklasse entsprechen. Es gibt folgende Klimaklassen: SN = 10 bis 32°C N = 16 bis 32°C ST = 18 bis 38°C T = 18 bis 43°C Die Klasse N ist bei uns am meisten verbreitet. D.h., entspricht ein Gerät der Klimaklasse N, so muß die Umgebungstemperatur zwischen 16 und 32°C liegen. Befindet sich die Temperatur über 32°C, so wird das Gerät die dem Kühlgut entzogene Wärme, nicht mehr im vollen Umfang, an die Umgebung abgeben können. Es fehlt hierzu das nötige Temperaturgefälle. Befindet sich die Temperatur jedoch unter 16°C, bekommen vor allem Kühlschränke mit Gefrierfach oder Kühlkombinationen mit einem Kältekreislauf Probleme das Gefriergut auf -18°C zu halten. Ist geplant, das Gerät in einem kühlen Keller aufzustellen oder soll das Gerät in einem Wochenendhaus/Gartenlaube im z.T. ungeheiztem Bereich aufgestellt werden, so empfiehlt sich die Klimaklasse SN = 10 bis 32°C Wird das Gerät nur in warmer Umgebung (z.B. Sommer-Camping, Betrieb im Vorzelt) betrieben, so wären die Klimaklassen ST = 18 bis 38°C, oder T = 18 bis 43°C zu bevorzugen. Geräte der Klassen ST und T werden allerdings nicht überall angeboten. Das Energielabel Top Alle Kühlgeräte benötigen Energie, aber nicht alle gleichviel! Um hier die Unterschiede für den Verbraucher erkennbar und vergleichbar zu machen, wurde seit 1995/1996 ein Energielabel mit entsprechenden Angaben eingeführt. Anfangs nur für Kühlgeräte, dann auch für andere Geräte, z.B. Waschmaschinen. Damit die Energieverbräuche vergleichbar sind, werden Geräte gleicher Art und Nutzgröße miteinander verglichen. Z.B. ***-Sterne Kühlschrank 160 Liter Nutzinhalt, davon 20 Liter für das Gefrierfach. Nach der Energiemessung werden die Geräte in sogenannte Energie-Effizienzklassen eingeteilt. Dazu wird der -Verbrauch aller getesteten Geräte ermittelt, der entspricht der Klasse E. Zur genaueren Erläuterung, siehe die beigefügte Tabelle! Zuvor jedoch ein Beispiel: Gerät X benötigt 1,5 kW/h am Tag Gerät Y benötigt 2,0 kW/h am Tag Gerät Z benötigt 2,5 kW/h am Tag Der Verbrauch aller Geräte beträgt somit 2,0 kW/h am Tag! Dieser Verbrauch wird als etwa 100% angegeben und entspricht der Klasse E. Klasse A bedeutet, das Gerät verbraucht < 55% des (-Gerätes Klasse B bedeutet, das Gerät verbraucht >= 55% bis < 75% des (-Gerätes Klasse C bedeutet, das Gerät verbraucht >= 75% bis < 90% des (-Gerätes Klasse D bedeutet, das Gerät verbraucht >= 90% bis < 100% des (-Gerätes Klasse E bedeutet, das Gerät verbraucht >= 100% bis < 110% des (-Gerätes Klasse F bedeutet, das Gerät verbraucht >= 110% bis < 125% des (-Gerätes Klasse G bedeutet, das Gerät verbraucht >= 125% des (-Gerätes Demnach bedeutet die Klasse A, dass es sich um ein besonders sparsames Gerät handelt! Die Klasse G bedeutet deutlich erhöhter Energieverbrauch! Da man von einer Geräte-Gebrauchsdauer von etwa 10 Jahren ausgehen darf, sollte man dem Energieverbrauch einen nicht zu geringen Stellenwert einräumen. Dazu ein Rechenbeispiel: Gerät X benötigt 1,5 kW/h am Tag ~548 kW/h im Jahr entspricht der Klasse C Gerät Y benötigt 2,0 kW/h am Tag ~730 kW/h im Jahr entspricht der Klasse E Gerät Z benötigt 2,5 kW/h am Tag ~913 kW/h im Jahr entspricht der Klasse G Geht man von einem (-Strompreis von 0,14 EUR/kW/h aus, ergibt sich für ... ... Gerät X ein Jahresverbrauch von ~ 75 EUR, hochgerechnet auf 10 Jahre =~750 EUR ... Gerät Y ein Jahresverbrauch von ~ 100 EUR, hochgerechnet auf 10 Jahre =~1000 EUR ... Gerät Z ein Jahresverbrauch von ~ 126 EUR, hochgerechnet auf 10 Jahre =~1260 EUR An Hand dieser Beispielrechnung läßt sich sehr deutlich erkennen, dass ein günstiger Kaufpreis u.U. hohe Folgekosten nach sich ziehen kann. Das rechnerische Sparpotenzial eines Gerätes der Klasse C gegenüber der Klasse G beträgt =~500 EUR. Übrigens, ein Gerät der Klasse A hätte einen 10-Jahresverbrauch von etwa 500 EUR! Das rechnerische Sparpotenzial dieses Gerätes gegenüber der Klasse G beträgt =~720 EUR. Fazit: Es kann sich ein höherer Kaufpreis über einen geringeren Energieverbrauch amortisieren, wenn das Energielabel entsprechende Beachtung findet! Die Klassifizierung, z.B. *** (Sterne)-Kühlschrank Top Vermutlich hat sich jeder schon mal über die angedeuteten Sterne (oder Eiskristalle) im Emblem eines Kühlschrankes mit separatem Verdampferfach (Eisfach) Gedanken gemacht! Mit diesen Symbolen werden die erreichbaren Temperaturen des Verdampferfaches gekennzeichnet, unabhängig von der Kühlschranktemperatur. In Abhängigkeit von Bauform und Isolierung des Eisfaches gibt es Geräte von 0 bis 4 Sterne. Ein 0-Sterne-Kühlschrank erreicht mind. - 0°C im Verdampferfach. Ein *-Sterne-Kühlschrank erreicht mind. - 6°C im Verdampferfach. Ein **-Sterne-Kühlschrank erreicht mind. -12°C im Verdampferfach. Ein ***-Sterne-Kühlschrank erreicht mind. -18°C im Verdampferfach. Ein * ***-Sterne-Kühlschrank erreicht mind. -18°C, allerdings bedingt durch eine größere Verdampferfläche sind diese Geräte auch zum Einfrieren geringer Mengen Lebensmittel geeignet. Fazit: Nur Geräte mit einer * ***-Sterne Klassifizierung sind auch zum Einfrieren geeignet. Die * bis ***-Geräte nur zur Lagerung von bereits gefrorenen Lebensmitteln. Über die Lagerdauer gibt eine Tabelle auf der jeweiligen Lebensmittelverpackung Auskunft. Hier dennoch einige Angaben: * = ca. 1 Woche ** = ca. 3 Wochen *** = mehrere Monate, je nach Lebensmittelart Übrigens ein "0-Sterne"-Gerät ist bestenfalls zur Herstellung von Eiswürfel-, nicht zur Lagerung bereits gefrorener Lebensmittel geeignet T13 Um die der Sterne entsprechende Kühlleistung zu erhalten, muß der Thermostat auf die dafür vorgesehene Stellung gebracht werden. Das Gefriervermögen Top Das Gefriervermögen (Angabe in kg) gibt die Menge von Lebensmittel an, die ein Gefriergerät innerhalb einer festgeschriebenen Zeit von Raumtemperatur auf Dauertieftemperatur herunter kühlen kann. Eine entsprechende DIN-Norm gibt folgende Forderung vor: Innerhalb von 24 Stunden muß ein Gefriergerät pro 100 Liter Nutzinhalt mindestens 4,5 kg Lebensmittel von +25°C auf -18°C herunter kühlen können. Bei vielen Geräten ist das Gefriervermögen deutlich höher (5,5 kg bis >12 kg/100 Liter Nutzinhalt) als von der DIN gefordert. Das Gefriervermögen ist auf dem Typenschild angegeben. 3. Bauformen der Kühlgeräte Der Markt bietet eine Vielfalt verschiedener Geräten an. Man unterscheidet nach den Aufstellmöglichkeiten: Standgeräte Unterbaugeräte und Einbaugeräte Innerhalb dieses Angebotes gibt es dann die Gerätetypen, wie: Kühlschränke Kühl-/Gefrierkombinationen Gefrierschränke Gefriertruhen Mehrzonen-Geräte Geräteform Top Standgeräte Die Höhen der Kühlschränke, Kühl-/Gefrierkombinationen, Gefrierschränke und Mehrzonen-Geräte liegen zwischen 85 cm und 200 cm, die Breite variiert von 40 cm bis 80 cm. Gefriertruhen sind bis zu 160 cm breit. Es gibt jedoch auch breitere Truhen. Geräte mit einer Höhe von 85 cm werden als Tischgeräte bezeichnet. Sie sind vielfach durch das Abnehmen der Arbeitsplatte unterbaufähig. Teilweise lassen sie sich durch das Anbringen einer Dekorplatte mit Dekorrahmen den Küchenfronten optisch anpassen. Zur Anpassung an größere Arbeitshöhen sind verstellbare Füße erforderlich. Geräte die niedriger als 85 cm sind, werden Gefrier- oder Kühlbox genannt. Der Markt hält auch Geräte mit Wasseranschluß bereit. Diese haben z.B. einen Eiswürfel- oder Eiswasserbereiter integriert. Unterbaugeräte Kühl- und Gefrierschränke werden ohne Arbeitsplatte geliefert, deren Höhe beträgt 82 cm. Sie werden unter einer durchgehenden Arbeitsplatte aufgestellt. Diese Art von Geräte haben Breiten von 40 cm bis etwa 100 cm. Vielfach lassen sie sich durch das Anbringen einer Dekorplatte mit Dekorrahmen den Küchenfronten optisch anpassen. Bei integrierbaren Geräten wird auf die Gerätetür eine spezielle Möbeltür gesetzt und mit dieser verbunden. Beim Unterbau muß auf die unterschiedlichen Be- und Entlüftungsarten geachtet werden. Einbaugeräte Kühl- und Gefrierschränke, aber auch Kühl-/Gefrierkombinationen werden meist in Breiten von 60 cm oder 70 cm angeboten. Sie werden in Möbel-Umbauschränke eingebaut und der Küchenfront angepaßt. Auch bei Einbaugeräten muß auf die unterschiedlichen Be- und Entlüftungsarten geachtet werden. 4. Nutzinhalte der Kühlgeräte (Fassungsvermögen) Die Inhalte eines Kühlgerätes werden als Brutto- und Nettoinhalt angegeben. Der Bruttoinhalt (Angabe in Liter) gibt das Gesamtinnenvolumen des Gerätes an. Der Nettoinhalt (Angabe in Liter) berücksichtigt, das Böden, Trennwände und Körbe auch Platz benötigen. Der Nettoinhalt wird daher auch Nutzinhalt genannt. Bei einer Gefriertruhe beträgt der Nutzinhalt etwa 93 bis 97% der Bruttoangabe. Bei Kühl oder Gefrierschränken etwa 80 bis 88% der Bruttoangabe. Das Fassungsvermögen (Angabe in kg) gibt bei Gefriertruhen oder -Schränken die Menge an, die tatsächlich eingelagert werden kann. Je 100 Liter Nutzinhalt sind es etwa: 40 kg bis 60 kg Gemüse oder Obst 50 kg bis 80 kg Fleisch 50 kg bis 70 kg gemischtes Gefriergut 5. Warum wird gekühlt bzw. tiefgefroren Sowohl das Kühlen als auch das Tiefgefrieren dient der Qualitätserhaltung von Lebensmitteln über einen längeren Zeitraum. Bereits 1100 Jahre vor Christus wurden in China isolierte Kellerräume gebaut. Zum Kühlen wurde dort Eis und Schnee aufbewahrt. 1000 Jahre vor Christus ließen die Römer Schnee aus den Alpen in Eisstaffetten zu ihren Gastmahlen bringen. 500 Jahre vor Christus hatten die Ägypter das Prinzip des "Kälteerzeugen" durch Verdunsten erfunden. Bis 1890 kühlte man mit Natureis. Norwegen transportierte Eisquader bis nach Südafrika. Auch zur Versorgung beim Bau des Suez-Kanal wurde Natureis aus Norwegen benutzt. Bei und um 1900 wurde in den USA die ersten Kühlschränke mit Kältemaschine produziert. 1915 wurden die ersten selbständigen Kühlschränke in Europa konstruiert und gebrauchsfertig hergestellt. Nicht nur durch Kühlen wurden Lebensmittel haltbar gemacht. Auch durch Lufttrocknen, Räuchern, Zuckern, Einkochen oder Salzen wurden und werden Heute noch Nahrungsmittel für längere Zeit lagerfähig gemacht. Haushaltskühlgeräte gibt es schon seit etwa 1920, aber für die breitere Bevölkerung waren sie erst ab etwa Ende der 50´ Jahre oder später bezahlbar. Vorher gehörte ein Kühlgerät zu den Luxusgütern. Mitte der 90´ Jahre besaßen etwa 99% der Bevölkerung einen Kühlschrank oder eine Kühl-/Gefrierkombinationen. Ein reines Gefriergerät hatten zu dem Zeitpunkt ca. 64%. Kühlen und Gefrieren Top Kühlen In Abhängigkeit von Umgebungstemperatur und Lebensmittelart, kann es bereits nach kürzerer Lagerzeit dazu kommen, dass Nahrungsmittel verderben. Dieses zeigt sich durch Veränderungen der Beschaffenheit, Aussehen und Farbe, sowie der Geschmacksveränderung. Im Extremfalle sogar nach wenigen Stunden, so etwa bei Hack oder Eierspeisen (z.B. Salate). Gerade die Letzt genannten, aber nicht nur diese, verderben nicht nur schnell, sondern es geht auch eine gesundheitliche Bedrohung (z.B. durch Salmonellen) einher, sofern diese Speisen noch verzehrt werden sollten. Die Ursachen für diese Veränderungen sind unterschiedlich. Da wären Mikroorganismen/Bakterien und deren Vermehrung, Luft, Licht, Wärme und das Austrocknen der Ware zunennen. U.a. diese Dinge beeinflussen die Haltbarkeit eines Lebensmittel. Durch die konstanten Temperaturen im Kühlschrank (etwa +4°C bis + 8°C) wird ein Klima geschaffen, in denen Nahrungsmittel über einen längeren Zeitraum gelagert werden können (0,5 Tage bis wenige Wochen). TSM Gefrieren Um den Prozeß des Verderbens von Lebensmitteln gegenüber dem Kühlen deutlich zu reduzieren, eignen sich viele Nahrungsmittel zum Einfrieren. Durch das Gefrieren bei einer Dauertemperatur von mindestens -18°C verlangsamt sich der Vorgang so sehr, das Lagerzeiten bis zu 12 Monate und darüber hinaus, je nach Lebensmittel, möglich sind. Energiespartip: -18°C (bis -20°C) Dauertemperatur sind genug. Weniger (-15 bis -17°C) sollen es aber auch nicht sein. Einmal aufgetaute Ware sollte (darf) nicht wieder eingefroren werden, da bereits während des Auftauens die Mikroorganismen/Bakterien sich wieder vermehren. Aufgetaute Ware sollte je nach Art möglichst direkt verbraucht (z.B. Kuchen) oder zubereitet (Fleisch) werden. Sollte dieses aus gegebenen Anlaß einmal nicht möglich sein, so ist es aus hygienischer Sicht besser, das Lebensmittel sofort wieder einzufrieren als es längere Zeit bei Plustemperaturen zu lagern. Voraussetzungen für das Wiedereinfrieren sind: Das Nahrungsmittel ist noch innerhalb der empfohlenen Lagerzeit. Es wurde beim Auftauen nicht zu hohen Temperaturen ausgesetzt, (Backofen ö.ä.). Wiedereingefrorene Lebensmittel sollten möglichst bald verbraucht werden. Besser als das direkte Wiedereinfrieren ist, wenn das Lebensmittel (Fleisch) vorher gegart wird. Die einzelnen Bauteile im Kältekreislauf: Der Kompressor (Verdichter). Top Er ist wie eine leistungsfähige Pumpe zu verstehen, die im Kältekreislauf dafür sorgt, dass ein Kühlmittel zirkulieren kann. Seine Aufgabe besteht darin, das Kühlmittel aus dem Verdampfer an zu saugen um es dann zu verdichten (komprimieren, hoher Druck) und Richtung Verflüssiger weiter zu transportieren. Desweiteren sorgt die Arbeitsweise des Kompressors für unterschiedliche Druckverhältnisse im Kühlsystem. Der Verflüssiger Top Der Verflüssiger befindet sich außerhalb, an der Rückwand eines Kühlgerätes, manchmal auch innerhalb der äußeren Gehäuseverkleidung. Der Wärmetauscher besteht aus einer etwa 2-6 Meter langen Rohrleitung, die auf möglichst kleiner Fläche mehrfache Windungen aufweist. Zur besseren Wärmeabgabe an den Aufstellraum, werden Lamellen angebracht. Dieses Bauteil, auch Wärmetauscher genannt, hat die Aufgabe, das vom Verdichter kommende unter hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel (Eingangstemperatur gut 50°C) aufzunehmen. Beim Durchströmen gibt das Kühlmittel, die im Kühlraum aufgenommene Wärme an den Aufstellraum ab und geht in den flüssigen Zustand über. Ausgangstemperatur etwa 35°C. Der Trockner Top Dieses Bauteil sitzt in Kühlmittelflußrichtung gesehen direkt hinter den Verflüssiger bzw. vor den Kapillarrohr. Seine Aufgabe ist es Feuchtigkeit, Verunreinigungen und Öl (Kompressorschmierung) im System zu binden, bevor diese Stoffe in das dünne Kapillarrohr geraten. Dann bestünde z.B. die Gefahr einer Verstopfung. Der Inhalt des Trockners ist mit einem hygroskopischen (feuchtigkeitsbindenden) Mittel versehen. Diese Mittel kennt man auch aus Verpackungen von Kameras oder Videorekorder. Dort liegen kleine Tüten mit ähnlichen Inhalt bei. Aufgabe auch hier, Feuchtigkeit binden. Das Kapillarrohr (Drosselorgan) Top Die Aufgabe des Kapillarrohres besteht darin, den hohen Druck des Kältemittels auf der Verflüssigerseite vor dem Eintritt in den Verdampfer zu reduzieren. Dieses wird zum einen dadurch erreicht, indem das Kapillarrohr einen deutlich kleineren ( aufweist als das Rohr des Verflüssigers, zum anderen durch die Länge des Rohres (1 m bis etwa 2,5 m lang). Beide Maßnahmen bewirken die gewünschte Druckreduzierung. Die Kompressorfördermenge ist deutlich größer, als durch das Kapillarrohr fließen kann. Würde das Mittel mit hohem Druck in den Verdampfer gelangen, würde es durch die schnelle Durchströmgeschwindigkeit zu mehreren Problemen führen: 1. Starke Einspritzgeräusche! 2. Durch die Geschwindigkeit bedingt, wäre die Effektivität des Kühlens nicht gegeben! 3. Das größte Handikap wäre jedoch, das der Kompressor nicht den nötigen Unterdruck im Verdampfer erzeugen könnte. Damit verschiebt sich die Siedetemperatur des Kühlmittels in einen sehr ungünstigen Bereich. Kühlen könnte das Gerät dann nicht mehr! Der Verdampfer Top Der Verdampfer ist innerhalb des Kühlraumes angebracht und bildet die kälteste Fläche im Gerät. Hier wird dem Kühl- oder Gefriergut Wärme entzogen. Der Verdampfer nimmt das vom Kapilarrohr kommende, druckreduzierte, Kältemittel auf. Beim Eintritt in den Verdampfer findet es Druckverhältnisse vor, um bei etwa minus 30°C sieden (verdampfen) zu können. Bei Kühlschränken mit Gefrierfach ist der Verdampfer "zweigeteilt", d.h. der größte Teil des Verdampfers sitzt im Gefrierteil (wegen der dort erforderlichen tieferen Temperaturen), der kleinere Teil (Nachverdampfer genannt) im Kühlteil (4°C - 8°C). Dadurch, dass der Thermostatfühler seine Schalttemperaturen im letzten Drittel (erst am Nachverdampfer) der Verdampferfläche mißt, wird sichergestellt, dass das Gefrierfach in jedem Fall gut gekühlt ist, bevor der Kompressor abgeschaltet wird. Die Rahmenheizung Top Um zu verhindern, dass sich an der Gummidichtung der Tür Schwitzwasser (damit verbunden Schimmel) bildet kann, besitzen einige Gefriergeräte eine sogenannte Rahmenheizung. D.h. innerhalb des Gerätes wird der gesamten Anlegepunkt der Türdichtung beheizt. Dieses kann auf zwei Arten geschehen: 1. Mit einem elektrischen Heizband. 2. Es wird die Leitung vom Verflüssiger kommend (das Kältemittel hat noch etwa 35°C) "verlängert", im Bereich der Dichtung installiert und als Wärmequelle genutzt. Es wird also der Kältekreislauf nur verlängert. Wie "entsteht" Kälte? Genau genommen ist die Frage schon falsch gestellt. Denn Kälte entsteht nicht, sondern es ist technisch nur möglich, Wärme zu entziehen. Dadurch bedingt wird ein Gegenstand kälter! Merke: >>Der Wärmefluß vollzieht sich immer vom warmen zum kalten Medium.<< Dazu ein Beispiel: Kommt man nach dem Schwimmen aus dem Wasser, so entsteht ein Kältegefühl auf der Haut. Bei windigen Wetter wird dieser Effekt noch verstärkt. Der Grund liegt in der Tatsache, dass das Wasser auf der Haut verdunstet. Um allerdings verdunsten zu können, wird Wärme benötigt und ein Teil der benötigten Wärme wird der Haut entzogen. Die Folge, man friert! Den gleichen Effekt kann man sich zu nutzen machen, indem man eine gefüllte Getränkeflasche in eine nasses Tuch wickelt und in die Sonne legt. Die Feuchtigkeit im Tuch wird durch die Sonneneinwirkung verdunsten. Das Getränk bleibt kühl, bzw. die Temperatur wird gesenkt. Sobald das Tuch keine Feuchtigkeit mehr enthält, wird sich die Getränkeflasche wieder erwärmen. Moderne Kühlgeräte verwenden zur "Kälteerzeugung" einen geschlossenen Kältekreislauf, der im wesentlichen aus einem Kompressor, einem Verflüssiger, einem Trockner, einem Kapillarrohr und einem Verdampfer besteht. Manche Gefriergeräte besitzen auch noch eine Rahmenheizung. Die aufgeführten Einzelteile sind in einem Kreislauf miteinander verbunden. In diesem zirkuliert ein Kältemittel. K.SM Hier macht man sich zu nutze, dass unterschiedliche Medien unterschiedliche Siedetemperaturen (Verdampfungstemperaturen) haben. Alle Angaben unter Normalluftdruck (Norm 1013 mbar (1 bar)): Wasser siedet bei etwa plus 100°C. Quecksilber siedet bei etwa plus 750°C Sauerstoff siedet bei etwa minus 180°C Die Siedetemperatur ist abhängig vom Luftdruck. Steigt der Luftdruck so wird auch die Siedetemperatur steigen. Beispiel: Im Schnellkochtopf (der Deckel ist fest verschlossen) herrscht ein höherer Druck, dadurch bedingt auch Temperaturen (ca. 112°C - 115°C), die z.B. Kartoffeln schneller kochen lassen. Ganz ähnlich verhält sich die Temperatur bei denen sich Medien wieder verflüssigen, auch hier spielt der Druck eine entscheidende Rolle. Diese Gegebenheiten nutzt man - mit einem speziellen Mittel - auch im Kältekreislauf. Durch das Schaffen von zwei unterschiedlichen Druckverhältnissen innerhalb des Kreislaufes nutzt man die thermophysikalischen Eigenschaften eines Kältemittels. Das heute häufig verwendete Kältemittel >R 600a< (ein Isobutan [C4H10]) besitzt eine Siedetemperatur (Verdampfungstemperatur) von minus 11,7°C bei einem Normalluftdruck von 1013 mbar (1 bar). Um bei >R 600a< auf eine niedrigere Siedetemperatur zu kommen, muß, entgegen dem Schnellkochtopfprinzip, der Druck abgesenkt werden. Der Druck muß Richtung Vakuum absinken. Bei etwa 500 mbar wird eine Siedetemperatur von ca. minus 30°C erreicht. Der Kältekreislauf Top Vorab folgende Anmerkungen: Der Verdampfer ist innerhalb des Kühlraumes angebracht und bildet die kälteste Fläche im Gerät. Hier wird dem Kühl- oder Gefriergut Wärme entzogen. Abgegeben wird die aufgenommene Wärme über den Verflüssiger. Der Verflüssiger befindet sich außerhalb, an der Rückwand eines Kühlgerätes, manchmal auch innerhalb der äußeren Gehäuseverkleidung, und damit unsichtbar. Der Kreislauf besteht aus mehreren Komponenten. Diese müssen aufeinander abgestimmt und der Kreislauf mit einer bestimmten Menge Kältemittel gefüllt sein. Das Kältemittel wird mittels Kompressor durch die verschiedenen Bauteile transportiert. Der Bereich vom Kompressor bis zum Verdampfer (eingangsseitig) wird Hochdruckseite (6-7 bar) genannt, der Bereich danach (incl. Verdampfer) bis zum Kompressor Niederdruckseite (ca. 0,5 bar). Durch die richtige Abstimmung der Einzelbauteile, wird nach kurzer Laufzeit des Kompressors, der normale Betriebszustand mit den o.g. Druckverhältnissen erreicht. Das bedeutet, nahezu die gesamte Kältemittelmenge befindet sich auf der Hochdruckseite im Verflüssiger bzw. staut sich (bedingt durch das Kapillarrohr) vor dem Verdampfer (Druck 6-7 bar, im flüssigen Zustand). Auf der Niederdruckseite (inkl. Verdampfer, Druck ca. 0,5 bar) können aus diesem Grunde nur geringe Mengen Kältemittel (im gasförmigen Zustand) vom Kompressor angesaugt werden. Dadurch herrscht im Verdampfer ein so geringer Druck, der das Kältemittel bei etwa minus 30°C verdampfen läßt, wenn es mit höheren Druck "eingespritzt" wird. Da zum Verdampfen ja Wärme benötigt wird, und die einzige "Wärmequelle" das Kühl- oder Gefriergut ist, kann auch nur diese Quelle genutzt werden. Folge: Das Kühl- oder Gefriergut gibt Wärme ab und bleibt kühl, bzw. wird kühler. Wie gesagt: >>Der Wärmefluß vollzieht sich immer vom warmen zum kalten Medium.<< Durch die Aufnahme von Wärme kann das Kältemittel verdampfen. Da nur geringe Mengen des R 600a in den Verdampfer gelangen, wird sich erst nur der vordere Bereich des Bauteils abkühlen und dort Wärme entziehen können. Das nachfolgend einströmende Kältemittel kann nun an diesen Stellen nicht mehr verdampfen, da hier bereits Temperaturen (ca. minus 30°C) herrschen bei den es nicht verdampfen kann. Das Mittel folgt zwangsläufig dem Verlauf des Verdampfers und wird wieder auf "warme" Stellen treffen. Hier wird es nun verdampfen und dabei Wärme entziehen. Das nun dampfförmige R 600a wird vom Kompressor angesogen und dem Verflüssiger (Hochdruckseite) zugeführt. Dadurch erwärmt sich das R 600a auf etwa 50°C. Diese Wärme (aufgenommen vom Kühlgut) wird am Verflüssiger mit seinen Kühllamellen an den Aufstellraum abgegeben. Das Kältemittel geht dann wieder in den flüssigen Zustand über. Der Kreislauf ist geschlossen. Das Kältemittel zirkuliert während einer Kühlphase (10-20 Min.) mehrfach im System und dient als "Wärmetransportmedium". Damit die Wärme abgegeben werden kann, muß der Aufstellraum des Gerätes deutlich kälter sein als die Verflüssigertemperatur. Daher müssen die Klimaklassen beachtet werden. Nach einer Kompressorlaufzeit von 10-20 Minuten ist nahezu die gesamte Verdampferfläche abgekühlt und durch Luftfeuchtigkeit, die sich zwangsläufig absetzt, auch bereift. Hier ließen sich nun, in Abhängigkeit vom Kühlgerät, bei einer Temperaturmessung etwa minus 35°C ablesen. In diesem Zustand greift nun bald der Thermostat ein und schaltet den Kompressor ab. Der Thermostat (Regler); die Temperaturregelung Top Thermostate werden immer dort eingesetzt, wo Temperaturen in einem bestimmten Bereich gehalten werden sollen. Beispiele: Heizkörperthermostatventile zur Regulierung der Raumwärme, oder Thermostate zur Regelung des Wasserskreislaufes zur Pkw-Motorkühlung. Auch in Kühlgeräten werden Thermostate eingesetzt. Diese bestehen aus einer Schaltereinheit mit Temperaturvorwahlknopf, einem Kapillarrohr und einem Temperaturfühler. Der Fühler mißt die Temperatur im hinteren Drittel der Verdampferfläche. D.h.: Nahezu der gesamte Verdampfer muß auf etwa minus 15°C bis minus 30°C (ist geräteabhängig) abgekühlt sein, bevor der Thermostat den Kompressor abschaltet. Daraus ergibt sich, dass bei Kühlgeräten nicht die Raumtemperatur gemessen wird, wie man denken könnte, sondern die anliegende Temperatur am Verdampfer. Die Raumtemperatur wird dadurch nur indirekt "überwacht"! Dennoch bringt das einige Vorteile, z.B.: Keinen Einfluß auf Luftströmungen im Gerät. Gute Steuerung der Lauf- und Stillstandszeiten des Kompressors. Geringe Beeinflussung auf die Laufzeiten des Kompressors, wenn die Tür geöffnet wird. Die Auslegung der Regler ist bei Kühlschränken und Gefriergeräten grundsätzlich unterschiedlich. D.h.: U.a. liegen die Schaltwerte, bedingt durch die unterschiedlichen benötigten Temperaturen, jeweils auf anderen Niveau. Der Kühlschrankthermostat Top Im Kühlschrank wird ein Temperaturbereich von ca. 4°C bis 8°C gewünscht, dennoch werden in diesem Bereich mehrere verschiedene Regler benötigt. Ein(*) bis Vier-(* ***)-Sterne-Regler: Der Unterschied liegt in den Abschalttemperaturen. Bei einem *-Gerät ist eine Verdampfertemperatur von etwa minus 15°C ausreichend. Bei einem * ***-Gerät ist eine Verdampfertemperatur von etwa minus 27°C erforderlich Siehe hierzu >Die Klassifizierung, z.B. *** (Sterne)-Kühlschrank< Auch kommen Thermostate mit unterschiedlichen Fühlerlängen zum Einsatz. Des weiteren werden halbautomatische (mit Abtaudruckknopf) und automatische (zyklische Abtauung) Regler eingesetzt. Der halbautomatische Regler Hier sind die Schaltzyklen so vorgegeben, dass die Kompressorinbetriebnahme immer bei Minusgraden geschieht. Die Einschalttemperatur befindet sich, in Abhängigkeit der Reglereinstellung, etwa zwischen minus 1°C und minus 11°C. Die Ausschalttemperatur befindet sich wiederum etwa zwischen minus 10°C und minus 25°C. Dadurch bedingt wird sich an der Verdampferfläche immer eine Eisfläche bilden, die ständig dicker wird. Das behindert den Wärmetransport und kostet somit unnötig Energie.Um die Eisschicht zu entfernen muß das Gerät ausgeschaltet werden. Das geschieht dadurch, dass der Abtaudruckknopf am Regler niedergedrückt wird. Nun ist der Kompressor ausgeschaltet und schaltet sich erst wieder ein, wenn die Verdampfertemperatur auf etwa 5°C angestiegen ist. Das nun tauende Eis (Wasser) muß mit Hilfe von Schalen und Tüchern aufgefangen werden.Das Gerät läuft von alleine wieder an, muß aber im Vorfelde von Hand "ausgeschaltet" werden, daher >halbautomatischer Regler<. Diese Reglerart findet man heute fast nur noch in älteren Geräten. Der automatische Regler Hier liegt die Kompressor-Einschalttemperatur bei etwa 5°C, d.h. bevor das Gerät wieder eingeschaltet wird befindet sich die Verdampfertemperatur in Plusbereich. Das vorhandene Eis (eher Reif) taut nach jedem Kühlvorgang selbsttätig ab. Das Tauwasser wird über ein kleine Rinne am Verdampfer in eine Auffangschale am Kompressor geleitet. Dort verdunstet es. Der automatische Regler findet sich heute in nahezu allen neuen Kühlschränken. Der Gefrierschrankthermostat (Gefriertruhe) Top In Gefrierschränken (Truhen) ist eine Temperatur von minus 18°C bis minus 20°C erforderlich. Demzufolge befindet sich die Einschalttemperatur, bei dem der Kompressor anläuft, in Abhängigkeit der Reglereinstellung, etwa zwischen minus 17°C und minus 26°C. Die Ausschalttemperatur befindet sich etwa zwischen minus 24°C und minus 36°C. Immer am Verdampfer gemessen. Da sich auch die Einschalttemperatur im Minusbereich bewegt, wird der Verdampfer mit der Zeit immer mehr bereifen. Die Eisschicht kann schnell auf über 1 cm Dicke anwachsen. Da auch Gefriergeräte unnötig Energie verschwenden, wenn Eis am Verdampfer den Wärmetransport behindern, sollten sie regelmäßig abgetaut werden. Dieses kann nur manuell geschehen, Thermostat auf Null stellen, oder Netzstecker ziehen. Der Regler eines Gefriergerätes weist eine Besonderheit auf, den Alarmkontakt. Dieser hat die Aufgabe, sowohl einen Summer (optioal) als auch eine rote Kontrollleuchte zu schalten, wenn die Mindesttemperatur im Gerät nicht mehr eingehalten wird. Der Kontakt wird bei etwa minus 14°C bis minus 15° ausgelöst. Auch hier kommen Thermostaten mit unterschiedlichen Fühlerlängen zum Einsatz. Welche Kältemittel sind im Einsatz, welche werden Heute genutzt? Top Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Kältemitteln. Für jeden Verwendungszweck wurden Kältemittel von der chemischen Industrie hergestellt. Eines haben sie alle gemeinsam: Eine Siedetemperatur die bei Normaldruck unter Null °C liegt! Die in heutigen Kühlgeräten vorkommenden Mittel sind: R 12 Seit dem 01.01.1995* in Neugeräten verboten! R 134a Seit Anfang der 90´, Alternative zum R 12, als absehbar war, das dieses verboten wird. R 290 / R 600a "Übergangsmittel" (kam nur ca. 2 bis 3 Jahre (etwa 93-95) zum Einsatz) zum R 600a R 600 a Das Kältemittel, dass seit Jahren (ab 94´) bei immer mehr Herstellern zu Einsatz kommt. Daneben gibt es noch weitere Kältemittel, so z.B.: R 22 Seit dem 01.01.2000* in Neugeräten verboten! Einsatzbereiche waren z.B. Klimaanlagen, auch im KFZ-Bereich. R 11 Inzwischen auch verboten*, wurde vielfach auch eingesetzt zum Aufschäumen vom Isoliermaterial, z.B. PU-Schaum. Die Kältemittel R 11, R 12, R22, aber auch das relativ neue R 134a sind Entsorgungspflichtig*. D.h. bei Reparaturen im Kältesystem, darf kein Kältemittel in die Umwelt entweichen. Für diese Arbeiten gibt es geeignete Hilfsmittel und Werkzeuge, die der Kältemonteur einsetzen muß. * Gemäß der FCKW-Halon-Verbots-Verordnung Kältemittel und Umweltverträglichkeit (FCKW) Top Nahezu alle Kältemittel die bis Anfang der 90´ Jahre in Kühlgeräten, Klima- und Kältetechnik, Wärmepumpen, oder auch als Treibgas für Sprayflaschen (Lacke, Haarspray usw.) genutzt worden, waren sogenannte FCKW (Flurchlorkohlenwasserstoffe). Dazu gehörte auch das R 11, das R 12 und das R 22. Sie alle hatten kältetechnisch hervorragende Eigenschaften. Sie waren: ungiftig für Mensch, Tier oder Pflanzen nicht brennbar, geruchs- und geschmacklos wärmedämmend mit niedriger Wärmeleitfähigkeit außerdem leicht zu verarbeiten und industriell preiswert herzustellen So wurde z.B. das R 12 Jahrzehnte als ideales Kältemittel für Haushalts-Kühlgeräte genutzt. In den 80´ erhärtete sich der Verdacht, der schon länger geäußert wurde, dass das FCKW umweltschädlich sei. Insbesondere das Chlor (C) ist maßgeblich am Ozonabbau (Ozonabbaupotential) in der Atmosphäre verantwortlich. Außerdem begünstigt das FCKW den Treibhauseffekt (Treibhauspotential)! Die Lebensdauer von R 12 in der Atmosphäre beträgt beispielsweise 115 Jahre!, erst dann ist es abgebaut. Erklärung der Begriffe Ozonabbaupotential und Treibhauspotential: Zu Bestimmung der beiden Potentiale wurde ein Referenzkältemittel, das R 11, als Grundlage festgelegt. Das R 11 wurde gewählt, weil gerade das Ozonabbaupotential sehr hoch ist. Die Referenzwerte werden jeweils mit 100% angegeben! Da das Ozon u.a. zum Teil die UV-Strahlung der Sonne reflektiert, und für die Menschheit (für das Leben überhaupt) dieser "Schutzschild" lebenswichtig ist, wurde gehandelt. Es wurde die >FCKW-Halon-Verbots-Verordnung< erlassen. Hier wurde festgeschrieben, wann welche Kältemittel (FCKW) verboten werden. Ab dem jeweils angegebenen Datum, durften die Kältemittel nicht mehr in neu produzierte Geräte eingebracht werden. Der Abverkauf der vor dem Datum hergestellten Geräte war jedoch gestattet. Für R 12 wurde der 01.01.1995 und für R 22 der 01.01.2000 festgelegt. Übrigens, auch die Halon-Feuerlöscher (Einsatz u.a. im KFZ) wurden auf Grund dieser Verordnung ab dem 01.01.1994 verboten, sogar deren Benutzung! FCKW-Ersatzstoffe Top R 134a (ein FKW) ein damals neues Kältemittel, das seit etwa Anfang der 90´ zum Einsatz kommt, war das "erste" Ersatzmittel. Hier wurde gegenüber dem R 12 u.a. das Chlor heraus genommen, dass maßgeblich am Ozonabbau in der Atmosphäre verantwortlich war. Das Ozonabbaupotential entspricht nun 0% Das Treibhauspotential liegt aber noch bei 58% Daher ist es Entsorgungspflichtig! Die Lebensdauer vom R 134a in der Atmosphäre beträgt immer noch 16 Jahre, dem gegenüber standen allerdings 115 Jahre beim R 12. R 290 / R 600a (ein KW) dieses Kältemittel war nicht wirklich neu, wurde es doch schon in den 30´ Jahren entwickelt. Anfang der 90´ wurde es "wiederentdeckt", kam aber nur für kurze Zeit zum Einsatz. Das Ozonabbaupotential entspricht 0% Das Treibhauspotential entspricht ebenfalls 0% Nicht Entsorgungspflichtig! R 600a (ebenfalls ein KW) wird seit 1994 von immer mehr Herstellern favorisiert Das Ozonabbaupotential entspricht 0% Das Treibhauspotential entspricht ebenfalls 0% Nicht Entsorgungspflichtig! Andere Ersatzkältemittel wurden für nahezu jedes FCKW entwickelt. Da für die Industrie absehbar war, dass die seit langem eingesetzten FCKW (Flurchlorkohlenwasserstoffe) ab etwa 1991 schrittweise verboten werden, wurde nach Alternativen gesucht. Entsorgung der Kühlgeräte Top Ausgebrauchte Geräte müssen fachgerecht Entsorgt werden. Hier bietet der Handel, die Kommunen und die Industrie ein durchgängiges Rücknahmesystem an. Pflege der Geräte Bei jedem Öffnen eines Kühlgerätes dringt warme Umgebungsluft in den Innenraum des Gerätes ein. Die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit kondensiert zu einer Reifschicht am Verdampfer. Mit zunehmender Reifdicke verschlechtert sich die Wärmetransportfähigkeit. Der Energieverbrauch steigt und die Temperaturregelung unterliegt größeren Schwankungen. Daher ist ein regelmäßiges Abtauen wichtig! Ausnahme: >> No-Frost-Geräte<< Siehe auch unter >der Thermostat; die Temperaturregelung<. Bei Gefriergeräten bietet sich zum Abtauen die kalte Jahreszeit an, dann läßt sich das Gefriergut auf dem Balkon oder der Terrasse zwischenlagern. Zur Vermeidung von Geruchsbildung ist das Gerät von Zeit zu Zeit gründlich mit lauwarmen Wasser und mildem, nicht scheuernden, Reinigungsmittel zu reinigen. Hierzu ist das Gerät vom Stromnetz zu trennen, Stecker oder Sicherung entfernen! Essigwasser beseitigt unangenehme Gerüche. Anschließend ist mit klarem Wasser nachzuwischen und gut trockenzureiben. No-Frost-Geräte Diese Art der Kühlgeräte arbeiten mit einem Umluft-Kältesystem. D.h. der Verdampfer befindet sich nicht innerhalb des Lagerraumes, sondern im separat dafür vorgesehenen Teil des Gerätes. Mit Hilfe von Ventilatoren wird die abgekühlte Luft in den Lagerraum transportiert, sodass das Kühl- oder Gefriergut auf der gewünschten Temperatur gehalten wird. Dieser Verdampfer ist nicht wie allgemein üblich ein Flächenverdampfer, sondern ist kompakt in der Bauweise. Es ist ein sogenannte Lamellenverdampfer, durch den die Luft mittels Ventilatoren getrieben wird. Dabei kühlt sie sich ab und die vorhandene Luftfeuchtigkeit wird sich als Reif am Verdampfer absetzen. Wächst diese Reifschicht auf wenige Millimeter an, verstopfen die Lamellen. Die Luft kann nicht mehr zirkulieren, das Gerät kühlt nicht mehr. Um dieses zu verhindern, besitzen No-Frost-Geräte ein oder mehrere Heizregister am oder im Verdampfer. Diese Heizungen werden schaltuhrgesteuert, d.h.nach vorgegebener Zeit (abhängig vom Gerätehersteller) für einige Minuten in Betrieb genommen. Parallel dazu wird natürlich dafür gesorgt, dass der Kompressor nicht läuft. Bei Heizungsbetrieb schmilzt das Eis und wird, als Schmelzwasser, über dafür vorgesehene Rinnen auf eine Auffangschale auf den Kompressor geleitet. Hier sammelt sich das Wasser und wird verdunsten. Das bedeutet, dass sich im Lagerraum eines No-Frost-Gerätes kein (kaum) Eis bilden wird.