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Ein Kühlschrank ist ein elektrisches oder gasbetriebenes Gerät, das, je nach Verwendung, Nahrungsmittel, Medikamente oder auch Chemikalien usw. kühl hält, typischerweise bei einer Temperatur zwischen 2 und 8 °C, und gehört zu den meistverbreiteten Haushaltsgeräten der Welt. Das Gehäuse des Kühlschranks ist verschließbar und wärmegedämmt, um die Temperaturdifferenz zum Aufstellungsort aufrechtzuerhalten.
Geschichte und Entwicklung des Kühlschranks
Der Kühlschrank wurde 1876 von dem deutschen Ingenieur und Wissenschaftler Carl von Linde erfunden, dem Entwickler des für die Wissenschaft und Technik fundamentalen Linde-Verfahren. Seine Erstentwicklung wurde damals jedoch noch mit Ammoniak betrieben. In den 1930er Jahren wurde er in den USA und Kuba zur Standardausstattung von privaten Haushalten; bereits 1937 hatte jeder zweite US-Amerikaner einen Kühlschrank.
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 Verpuffungen mit sich brachte. Mit der Entdeckung bzw. dem Einsatz der Fluorchlorkohlenwasserstoffe, deren ozonzersetzende und klimaverändernde Wirkung damals noch nicht bekannt war, konnten diese Probleme behoben werden.
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.
Der Eisschrank war ein Vorläufer des Kühlschranks. Als Kältequelle diente Eis, das in ein besonderes, meist mit Blech ausgeschlagenes Fach mit einem Ablauf für das Schmelzwasser eingelegt wurde. Anfänglich nutzte man im Winter gewonnenes Natureis, das in geeigneten Lagerkellern gesammelt werden musste, damit es auch in der wärmeren Jahreszeit zur Verfügung stand.
Die Erfindung der Kältemaschine durch Carl von Linde erlaubte, Eis industriell ganzjährig herzustellen, so dass auf Natureis verzichtet werden konnte. Die Belieferung der Haushalte und kleinerer Lebensmittelgeschäfte, z.B. der Milchhandlungen, mit Eis in Stangen oder Blöcken erfolgte durch besondere Lieferbetriebe, analog zu anderen Versorgungsdiensten wie Milchmann, Zeitungsmann häufig Eismann genannt. Die Entwicklung des Kühlschranks machte den Eisschrank überflüssig. Aus der Geschichte heraus wird fälschlicherweise bis in unsere Zeit der Begriff Eisschrank umgangssprachlich auch für den heute gebräuchlichen Kühlschrank verwendet.
Funktionsweise
Allen Kühlschranktypen liegt folgendes Wirkungsprinzip zugrunde: Dem Inneren des Kühlschrankes wird Wärme entzogen und nach außen abgegeben (siehe Kältemaschine und Wärmepumpe). Beides geschieht mit Wärmeübertragern.
Bei der genauen Art und Weise, auf die dies bewerkstelligt wird, unterscheidet man zwischen drei Typen von Kühlschränken: Absorberkühlschränke, Kompressorkühlschränke, Kühlschränke mit Peltier-Element.
Kompressorkühlschrank
Beim Kompressorkühlschrank verdichtet ein Kompressor ein gasförmiges Kältemittel, das sich dabei erwärmt. Im Verflüssiger, der aus schwarzen Kühlschlangen besteht und an der Rückseite des Geräts angebracht ist, wird die Wärme an die Umgebung abgegeben. Danach strömt das Arbeitsmedium zur Verflüssigung und 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. Ein Kompressorkühlschrank entspricht einer Wärmepumpe, bei der Energieaufnahme und -abgabe vertauscht sind. Eine ausführliche Funktionsbeschreibung findet sich im Artikel der Kompressionskältemaschine.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. Eine ausführliche Funktionsbeschreibung findet sich im Artikel der Diffusionsabsorptionskältemaschine. 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 ein breites Anwendungsgebiet z.B. als Minibar in Hotels.
Aufbau
Ein typischer Tisch-Kühlschrank (stand-alone) hat ca. 150 Liter Inhalt und wiegt ca. 40 kg. Eine Kühl-/Gefrier-Kombination hat ca. 250 Liter Inhalt und wiegt etwa 65 kg.
Es existieren verschiedene Raumaufteilungen für Kühlschränke. Am bekanntesten und am gebräuchlichsten ist dabei die Variante mit einer großen Außentür und einer inneren Klappe zum Gefrierabteil im oberen Bereich. Das Gefrierabteil besitzt hier meist ein Fassungsvermögen von maximal 20 Litern, das Kühlabteil kann Größen bis zu 250 Litern (evtl. größer) annehmen.
Andere Variationen verfügen über getrennte Türen für Kühl- und Gefrierfach. Diese werden als Kühl-/Gefrierkombination bezeichnet. Die Abteile können übereinander oder auch nebeneinander liegen, letztere Version ist vor allem in den USA sehr populär und verfügt meist über einen integrierten Eiswürfelspender und optional über eine zusätzliche Getränkeklappe in der großen Tür des Kühlsegments. Ein solcher "Side-by-side"-Kühlschrank kann mehr als 500 Liter (Kühl: ca. 350 l, Gefrier: ca.150 l) aufnehmen.
Andere, größere Varianten verfügen beispielsweise über eine Doppeltür zum obenliegenden Kühlbereich und unten über eine sehr breite Schublade für das Gefriersegment.
Betrieb
Temperaturzonen
Koelkast open.jpgIn einem modernen Haushalts-Kühlschrank herrschen verschiedene Temperaturzonen:
- Oben ist es am wärmsten, dort können gekochte Speisen und Marmeladen gut 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, was hilft, Vitamine und Aussehen zu erhalten.
- In den Türfächern ist es relativ warm, aber kühl genug für Butter und Eier.
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 zunächst hilft, Energie zu sparen, führt - scheinbar paradoxerweise - das Unterschreiten der Mindesttemperatur zu einem Auftauen im Eis-/Tiefkühlfach. Dies hängt damit zusammen, dass die Tiefkühlfächer nur passiv über ein Thermostat geregelt werden, das die Temperatur im Kühlraum misst. Bei einer geringen Außentemperatur, z.B. 8°C, muss der Kompressor nur selten laufen, um z.B. eine Temperatur von 6°C Grad im Kühlraum zu gewährleisten. Diese Aktivität des Kompressors reicht nicht, gegen den deutlich größeren Unterschied (Wärmestrom) zwischen Außentemperatur und Temperatur im Tiefkühlfach, z.B. -18°C, zu arbeiten. Davon abgesehen können unterhalb der Mindestbetriebstemperatur Schmiermittel im Kompressor zu zähflüssig werden.
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 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 pro Jahr, dessen Wärmetauscher außen am Gebäude angebracht ist und die Hälfte der benötigten Kühlenergie passiv erzeugt. Das RMI hält eine Entwicklung von Geräten mit noch geringeren Verbrauchswerten, z. B. durch Vakuumisolationsschichten, für möglich. Die sparsamsten erhältlichen Kühl/Gefrierkombinationen erreichen Verbrauchswerte von 0,48kWh/l pro Jahr (bei 25° Umgebungstemperatur) wie der Blomberg CT 1300A oder 0,34 kWh/l pro Jahr (bei 21°) der Sun Frost RF16. Ein vergleichbares Gerät der Energieeffizienzklasse A benötigt 1,26 kWh/l pro Jahr (Stand 2006).
Abtauen
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 durch Verflüssigung 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.
Sternekennzeichnung für Gefrierfächer
Verwandte Kühlgeräte
Gefrierschrank/-truhe
Gefrierschränke und -truhen funktionieren nach demselben Prinzip wie ein Kühlschrank, kühlen jedoch mit einer Innentemperatur von etwa -18°C, wodurch die langfristige Lagerung von gefrorenen Lebensmitteln ermöglicht wird. Mit 4-Sterne-Gefrierschränken können zudem Lebensmittel selbst eingefroren werden. Diese sind meistens mit separaten Schnellgefrierfächern ausgestattet (Diese befinden sich meistens oben und sind mit einer separaten Klappe ausgestattet, während die anderen Gefrierfächer meistens nur wie eine Schublade aufgebaut sind).Kühlregal
In Supermärkten werden spezielle offene Kühlgeräte verwendet, um Lebensmittel, die einer dauerhaften Kühlung bedürfen für Kunden leicht zugänglich aufzubewahren. Da hier, anders als bei geschlossenen Kühlgeräten, ein ständiger Austausch mit der wärmeren Umgebungsluft möglich ist, ist der Energieverbrauch bei Kühlregalen deutlich höher.Probleme
Umweltprobleme
Im Haushalt eingesetzte Kühlschränke arbeiten nach dem Kompressor-Prinzip. Die dort als Kühlmittel verwendeten FCKWs sind ökologisch nicht unbedenklich. Da die FCKWs jedoch erst bei Verschrottung des Kühlschranks frei werden, sollten die betreffenden Kühlschränke nicht vorzeitig ersetzt werden. In neuen Kühlgeräten werden heutzutage vorwiegend andere Kühlmittel, wie beispielsweise Butan, eingesetzt.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.Eine nachteilige Folge der Verwendung antibakterieller Silberbeschichtungen in Kühlschränken ist der Eintrag des Silbers in Nahrungsmittel.
Reparaturen
Bauteile wie beispielsweise der Kompressor, der Starter des Kompressors und der Thermostat sind höheren Beanspruchungen ausgesetzt. Während der Austausch eines Thermostaten von fast jedem Elektrobetrieb durchgeführt werden kann, muss man sich bei einem beschädigten Kompressor in der Regel an den Reparaturdienst des Geräteherstellers wenden. Der Austausch eines Kompressors kann so teuer werden, dass gleich ein Wechsel des gesamten Kühlgerätes sinnvoller sein kann. Der Starter ist hohen Strömen und hohen Temperaturunterschieden ausgesetzt. Bei kunden- und umweltfreundlich konstruierten Kühl- und Gefrierschränken kann der Starter getrennt vom Kompressor ausgetauscht werden.Einschalten
Wird ein Kompressorkühlschrank ausgeschaltet, kann der Starter den Kompressor erst nach einer Abkühlzeit im Bereich von etwa einer Minute wieder einschalten. Dieses Problem kann man durch eine entsprechende Wartezeit einfach umgehen. Bei Nichtbeachtung der entsprechenden Wartezeit kann der Kompressormotor durch Überlast beschädigt werden.Siehe auch
Weblinks
- Funktionsweise eines Kompressorkühlschranks
- Liste "Besonders sparsame Haushaltsgeräte 2005/06" (PDF)
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"Kühlschrank"
