Je länger Kühl- oder Gefrierschränke in Betrieb sind, desto geringer ist ihre Energieeffizienz. Forschende wollen Isolationsmaterialen aus Polyurethanschaum und Vakuum-Isolations-Paneele optimieren und diesem Alterungsprozess entgegenwirken.

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.

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)