Altersbeständige Isolierung für Haushaltskältegeräte
Wie Kühl- und Gefrierschränke auch nach mehreren Betriebsjahren energieeffizient bleiben
Altersbeständige Isolierung für Haushaltskältegeräte
Wie Kühl- und Gefrierschränke auch nach mehreren Betriebsjahren energieeffizient bleiben
Polyurethanschaum (PUR-Schaum) und Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) sind Isolationsmaterialen und werden in Haushaltskältegeräten wie Kühlschränken verbaut. Im Forschungsprojekt GERALT wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diese Materialen untersuchen und diffusionsbeständiger machen. So soll die Isolierung altersbeständiger werden, damit die Geräte auch nach mehreren Betriebsjahren energieeffizient bleiben.
Wie jedes technische System altern auch Haushaltsgeräte je länger sie genutzt werden. In der Konsequenz verschlechtert sich die Dämmleistung der Isolierung. Das kann etwa bei Kühl- oder Gefrierschränken über einen Zeitraum von 18 Jahren zu einem Anstieg des Stromverbrauchs von bis zu 30 Prozent führen. Das haben Forschende im vorangegangenen Forschungsprojekt ALGE nachgewiesen.
Forschungsprojekt ALGE
Im Forschungsprojekt ALGE hat das Wissenschaftsteam den Einfluss der Isolierung, der Komponenten des Kältekreises, der Türdichtungen sowie des Nutzerverhaltens auf den Alterungsprozess von Haushaltskältegeräten untersucht. Sie konnten zeigen, dass der größte Effekt von der Isolierung ausgeht. Dabei erfolgt der größte Anstieg des Energieverbrauchs in den ersten acht Jahren. Die Forscherinnen und Forscher haben in ALGE zwei Generationen von Demonstratoren entwickelt, die auch im Folgeprojekt GERALT eingesetzt und weiterentwickelt werden.
zum Projekt in EnArgus
Alterungsverhalten von Polyurethanschaum in Kühl- oder Gefrierschränken
Die Geräte altern, weil das Zellgas Kohlenstoffdioxid aus dem für die Isolierung eingesetzten PUR-Schaum nach und nach ausdiffundiert und durch Luft (Sauerstoff und Stickstoff) und Wasserdampf ersetzt. Stickstoff und Sauerstoff haben im Vergleich zu Kohlenstoffdioxid eine höhere Wärmeleitfähigkeit. Diese steigt deshalb über die Zeit im Kühl- oder Gefrierschrank an und die Dämmwirkung des PUR-Schaums sinkt.
Mit GERALT wollen die Forscherinnen und Forscher Ansätze finden, um die Zellgasdiffusion des PUR-Schaums in Kühl- oder Gefrierschränken zu reduzieren. Ziel ist es, ein diffusionsdichtes Innengehäuse auf Basis von neuen Materialien zu entwickeln, das die Energieeffizienz über den Lebenszyklus im Gegensatz zu den herkömmlich eingesetzten Materialien verbessert.
Optimierte Vakuum-Isolations-Paneele senken Energieverbrauch und Betriebskosten
Neben PUR-Schaum werden zum Teil auch Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) im Gehäuse einiger Haushaltskältegeräte eingesetzt. Sie können den Lagerraum der Geräte gegen örtlich begrenzte Wärmequellen im Gehäuse abschirmen und reduzieren damit den Wärmeeinfall: Die Energieaufnahme sinkt um circa 20 bis 35 Prozent gegenüber Haushaltskältegeräten mit verbautem Polyurethanschaum. Aber VIP sind im Vergleich zu PUR-Schaum teurer in der Fertigung, was den Preis für Kühl- und Gefrierschränken ansteigen lässt. Daher werden sie aktuell als High-End-Produkte hauptsächlich in energiesparende Kühlschränke eingebaut. Im Forschungsprojekt GERALT wollen die Forschenden jetzt ein kostenoptimiertes VIP entwickeln.
Weiter will das Wissenschaftsteam genau die Faktoren identifizieren, die das Alterungsverhalten von VIP beeinflussen und sich auf die Energieeffizienz der Haushaltskältegeräte auswirken. Hier entwickeln die Forscherinnen und Forscher Simulationsmodelle, mit denen die Diffusion und der Wärmeübergang der Isolationsmaterialien vorhergesagt werden kann.
Im Forschungsprojekt GERALT sollen später Konstruktionsrichtlinien für die in Haushaltskältegeräten verbauten Isolationsmaterialien erstellt werden, die den Energieverbrauch senken und zu verringerten Gesamtkosten für die Verbraucherinnen und Verbraucher führen. (az)
Wärmedämmung: Polyurethan-Schaum versus Vakuum-Isolations-Paneele
Herkömmlich mit Polyurethanschaum gedämmte Geräte können die obersten Energieeffizienzklassen nur mit einer sehr großen Schichtdicke der Isolierung und damit Wandstärke erzielen. Das verringert jedoch den Nutzraum im Inneren. Vakuumisolationspaneele (VIP) bestehen aus einem Füllmaterial, welches als Stützstruktur dient. Dieses wird mit einer gas- sowie wasserdampfdichten Kunststofffolie umhüllt und evakuiert. Das physikalische Prinzip der VIP ähnelt dem einer Thermoskanne: Je weniger Luftmoleküle im Vakuum vorhanden sind, desto weniger Wärme wird durch Konvektion oder Wärmeleitung übertragen. VIP sind in der Herstellung teurer, dafür steht im Kühlgerät mehr Nutzraum zur Verfügung und Stromverbrauch und -kosten sinken. Auch heute schon auf dem Markt verfügbare Geräte mit VIP durchlaufen einen Alterungsprozess. Die Untersuchung und Verringerung dieses Alterungsprozess stellt ein Ziel im Verbundprojekt GERALT dar.
