Kühlschrank im Reisemobil

Temperaturzonen, Verbrauch, Kältespeicher, Kühlung, Luftfeuchtigkeit, Abwärme

Wir haben uns etwas intensiver mit unserem Kühlschrank beschäftigt und möchten die Ergebnisse hier teilen. Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen! Neue Erkenntnisse werden ergänzt.

Am Kühlschrank im Wohnmobil interessiert uns der Energieverbrauch (Stromverbrauch), die Temperaturen der Temperaturzonen bei verschiedenen Einstellungen am Temperaturregler, der Temperaturverlauf mit Kältespeicher und die Belüftung bzw. Entlüftung der Wärme mittels Zusatzlüfter.

Wir haben keine Ausbildung in Kältetechnik oder Lebensmitteltechnik, sind also Laien. Interpretationen, Schlussfolgerungen oder Vorgehensweisen können komplett falsch sein! Für diesbezügliche Hinweise sind wir dankbar!

Kissmann KB 130 ENI

Mit dem Kissmann KB 130 ENI (24 VDC) sind wir sehr zufrieden und seine einfache Handhabung ist ein Vorteil. Der Regler hat eine Markierung »A«, die laut Handbuch die optimale Einstellung ist. Rechtsrum wird er kälter, linksrum wird er wärmer.

Ein gutes Beispiel für das KISS-Prinzip!

Über diesen kühlen Mitreisenden wissen wir deshalb so gut wie nichts, obwohl er 24/7 klaglos für uns arbeitet.

Kühlschrankoptimierung: Praxistauglich oder Schnapsidee?

Reisende klagen öfters über ihren Kühlschrank und so stellten wir uns irgendwann die Frage, ob wir an unserem Kühlschrank eigentlich noch etwas verbessern können. Daraus ergaben sich allerlei Gedanken und Ideen, deren Praxistauglichkeit überprüft werden soll.

1) Abschaltung bei Nacht

Der Kühlschrank soll nachts automatisch abgeschaltet und mit dem integrierten Kältespeicher (bis zu 12 h) betrieben werden. Folgende Überlegungen stehen dahinter:

  • Mit der Nutzung des Kältespeichers kann der Stromverbrauch eher in den Tag verlagert werden, wenn Energie von Solar oder Lichtmaschine zur Verfügung steht. Das entlastet die Batterien.
  • Im normalen Kühlbetrieb werden ca. 45 W verbraucht, die als warmer Luftstrom in den Innenraum abgegeben werden. Bei hohen Nachttemperaturen verzichtet man gerne auf solche Wärmequellen.
  • Der Lüfter zum Entlüften des Kühlschrankmöbels und der Kühlschrank sind uns zwar nicht zu laut, aber keinerlei Betriebsgeräusche ist noch besser.
  • Der Kühlschrank muss vermutlich seltener manuell abgetaut werden, da sich weniger Eis bildet. Weniger Eis sorgt für eine bessere Kühlung und damit für weniger Energieverbrauch.

2) Optimierung der Belüftung

Eine gute Belüftung (Kühlung) des Möbels, in das der Kühlschrank eingebaut ist, lässt den Kühlschrank besser arbeiten.

Ein kühleres Möbel hat folgende Vorteile:

  • Es steht kühlere Luft zum Wärmeaustausch zur Verfügung.
  • Das Möbel umschließt fünf von sechs Seiten des Kühlschranks. Je kühler das Möbel, desto kühler steht der Kühlschrank! Das wirkt sich letztlich auf den Energieverbrauch aus!

3) Erweitertes Energiemanagement

Steht Energie von Solar oder Lichtmaschine zur Verfügung, könnte der Kühlschrank automatisch auf die kälteste Temperaturstufe umschalten, um mehr Energie im Form von Kälte zu speichern. Mit der Lichtmaschine wäre es sehr einfach umzusetzen, mit dem Solar wird es aufwändiger.

Es stellen sich jedoch einige Fragen:

  • Wie viel Energie lässt sich wirklich speichern?
  • Schaden Temperaturschwankungen unterhalb (kälter) der empfohlenen Kühltemperatur den Lebensmitteln?
  • Wie stark nimmt die Eisbildung durch niedrigere Temperaturen zu?

Messungen im Kühlschrank des Reisemobils

Bevor wir die automatische Abschaltung des Kühlschranks oder die Optimierung der Belüftung des Möbels umsetzen, versuchen wir mit verschiedenen Messungen die Praxistauglichkeit abzuschätzen.

Einflussgrößen auf die Messungen

Es ist nahezu unmöglich, vergleichende Temperaturmessungen mit »Laborgenauigkeit« über mehrere Tage an einem Kühlschrank durchzuführen, der wechselnden Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist und zugleich noch benutzt wird.

Lebensmittel werden entnommen, zu kühlende Lebensmittel eingebracht und Produkte innerhalb des Kühlschranks verschoben. Durch das Verschieben können sich interne Luftströme (Konvektion) verändern, die wiederum Einfluss auf die Messungen haben.

Eine etwas weiter geöffnete Dachluke, ein offenes Fenster, die offene Tür, eine andere Gebläsestufe des Dachlüfters, Sonne oder Wind verändern die Temperaturen im Fahrzeuginnern.

Der Ladezustand der Batterien bzw. das Ladegerät verändern die Bordspannung, die wiederum Einfluss auf die Drehzahl des Möbellüfters hat. Die Drehzahl des Lüfters bestimmt die Stärke des Luftstroms zum Entlüften des Möbels und letztlich die Temperatur im Kühlschrankmöbel. Übertreibung? Nein! Die Drehzahländerung des Möbellüfters ist beim Einschalten des Ladegeräts deutlich hörbar!

Die Küchenspüle darf während der Messungen auch nicht benutzt werden. Heißes oder kaltes Wasser in der Edelstahlspüle sorgt für eine Temperaturänderung im Kühlschrankmöbel. Der Kühlschrank steht direkt unter der Spüle.

Sich verändernde Umgebungsbedingungen betreffen insbesondere vergleichende Messungen, wie z.B. M2 und M4, die sich über mehrere Tage erstrecken.

Weiterhin ist ein Kühlschrank sehr träge und es dauert lange, bis eine geänderte Temperatureinstellung zum Innersten eines jeden Lebensmittels vordringt.

Die Messergebnisse weisen daher nur die grobe Richtung! Vergleichbarkeit, Reproduzierbarkeit oder Genauigkeit können nicht erwartet werden.

Messgeräte

Für die Messungen wird ein Arduino verwendet, an den folgende Sensoren angeschlossen sind:

  • ein DHT22: Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit. Der Sensor verbleibt dauerhaft im Kühlschrank.
  • mehrere DS18B20: Temperatur
  • mehrere digitale Eingänge: Schaltzeitpunkte Kompressor und Türkontakt über Relais oder Optokoppler

Datenerfassung während der Messungen

Der Arduino liest die Messwerte der Sensoren ein und sendet diese per USB-Kabel an einen »headless« Raspberry Pi, welcher die Messwerte mit dem Programm »minicom« in einer Datei speichert. Der Raspberry Pi ist über den internen WLAN-Router per SSH/VNC vom Notebook erreichbar. So kann auf die Messdaten zugegriffen oder die aktuellen Messwerte können live gesehen werden.

Aufbau des Kühlschrank

Die Einteilung unseres Kühlschranks wird nachfolgend beschrieben. Die groben Maßangaben sind jeweils vom Fachboden zur »Decke« des Kühlschranks.

  • Gefrierfach links – Gitter am Regler rechts: 16 cm
  • Oberer Gitterboden: 30 cm
  • Unterer Gitterboden: 45 cm
  • Glasplatte über Gemüsefach: 55 cm
  • Gemüsefach (Boden Kühlschrank): 66 cm

Messung M0: Kalibrierung

Ziele

Kalibrierung der Sensoren im relevanten Temperaturbereich

Durchführung

Dabei werden die Messwerte der direkt aneinander angebrachten Sensoren bei verschiedenen Temperaturen miteinander verglichen. Die DS18B20 (S1-S4) unterscheiden sich kaum, der DHT22 (S5) weicht leicht ab.

Erkenntnisse

Mit den folgenden Korrekturwerten erreichen wir Abweichungen von ca. +/- 0,1 °C über alle Sensoren im relevanten Temperaturbereich:

  • S4 (DS18B20): -0,1 °C
  • S5 (DHT22): -0,3 °C

Das ist mehr als ausreichend und komplexere Korrekturkurven sind nicht erforderlich.

Messung M1: Sensorposition

Ziele

Ermittlung einer zweckmäßigen Position für den dauerhaft zu montierenden DHT22-Sensor.

Durchführung

Der Sensor soll so angebracht werden, dass er sich in einem mittleren Temperaturbereich befindet, also weder im Gefrierfach noch ganz oben an der Tür. Weiterhin sollen sich die Werte beim Öffnen der Tür weder zu wenig, noch zu stark ändern. Etwa auf halber Höhe des Kühlschranks (direkt unterhalb des oberen Gitterbodens) ergeben sich geeignete Messwerte.

Erkenntnisse

Der DHT22-Sensors (S5) wird direkt unter dem oberen Gitter zentriert montiert. Eine Befestigung weiter vorne in der Fachmitte scheidet aus, da es zu unerwünschten Kollisionen mit Lebensmitteln kommen würde. Der KB 130 ENI kühlt nicht über die Rückwand, so dass der Sensor direkt an die Rückwand geklebt werden kann. Die Position entspricht etwa der vertikalen und horizontalen Kühlschrankmitte.

Messung M2: Temperaturzonen

Ziele

Ermittlung der Temperaturdifferenz vom Montageort des DHT22 (S5) zu vier weiteren Temperaturzonen (DS18B20) während eines kompletten Zyklus des Kompressors (EIN/AUS). Diese Messung wird für fünf verschiedene Einstellungen (Stufen) des Temperaturreglers durchgeführt.

Die Messung soll zeigen, wie sich die Temperaturen der einzelnen Temperaturzonen bei verschiedenen Einstellungen des Reglers zueinander verhalten. Es soll geklärt werden, ob man von der Temperatur des DHT22 auf die Temperaturen in den anderen Temperaturzonen schließen kann.

Beim nächtlichen Abschalten des Kühlschranks soll seine Temperatur zum Schutz verderblicher Lebensmittel überwacht werden. Diese Messung soll zusammen mit M3 die Temperatur am DHT22 ermitteln, bei der der Kühlschrank sicherheitshalber eingeschaltet wird.

Die Laufzeiten des Kompressors sollen für die einzelnen Stufen gemessen werden. So kann der Stufe ganz grob ein Energieverbrauch zugeordnet werden, aus dem sich mit den Temperaturen eine geeignete Stufe für unseren Anwendungsfall ableiten lassen sollte.

Durchführung

Ein CAT5e-Kabel wird entlang des Kabels, das von außen zum Temperaturregler im Kühlschrank führt, in den Kühlschrank verlegt. So wird eine bereits vorhandene Öffnung für das Kabel genutzt. Im Kühlschrank sind die Sensoren an das CAT5e angeschlossen, außerhalb der Arduino. Alle wärmeerzeugenden Geräte sind außerhalb des Kühlschranks. Nur die Sensoren sind im Kühlschrank.

Sensoren
Die Sensoren S1-S4 sind DS18B20, S5 ist ein DHT22. Der DHT22 befindet sich ca. in der Mitte zwischen der Decke und dem Boden des Kühlschrank an der Rückwand.

  • S1: Im Gemüsefach, Fachmitte, in allen Dimensionen zentriert, frei schwebend
  • S2: Direkt am unteren Gitterboden montiert, zentriert, ca. 20 cm von Rückwand
  • S3: Im Gefrierfach, Fachmitte, in allen Dimensionen zentriert, frei schwebend
  • S4: Direkt am oberen Gitterboden montiert, zentriert, ca. 20 cm von Rückwand
  • S5: Direkt unter dem oberen Gitterboden, zentriert, an der Rückwand befestigt.
    Dieser DHT22-Sensor wird später dauerhaft für die Temperaturüberwachung im Kühlschrank angebracht.

Der Kühlschrank ist während der Messungen etwa zur Hälfte gefüllt und im Eisfach liegt eine Flasche Wasser (600 ml), damit es nicht leer ist. Während einer Messung wird der Kühlschrank nicht geöffnet.

Es erfolgen fünf Messungen mit verschiedenen Einstellungen des Temperaturreglers. Dazu werden zwei neue Markierungen am stufenlosen Temperaturregler angebracht. Die selbst angebrachten Markierungen nennen wir Stufe I und II. Die Messungen erfolgen mit den Stufen MAX, A (lt. Handbuch optimal), II, I und MIN.

Die Messungen werden jeweils über Nacht durchgeführt. Ein Kühlschrank ist relativ träge. Um Messfehler zu reduzieren, werden die Messwerte des letzten Zyklus (Kompressor EIN/AUS) verwendet, bevor der Kühlschrank geöffnet wird. Das ist meist zwischen 8:00 und 9:00 morgens, also mehr als 12 h nach dem Schließen des Kühlschranks um spätestens 20:00 am Vorabend. Das Frühstück ist dabei eine besondere Herausforderung: Entweder später als üblich oder ohne Lebensmittel aus dem Kühlschrank.

Wetterbericht (mehrere Tage): 22-30 °C / 8-12 °C

Ergebnisse

Erkenntnisse

Temperaturregler
In unserem Kühlschrank befinden sich normalerweise keine Lebensmittel, die unter 7 °C gekühlt werden müssen. Auf Stufe MIN und I ist der Kühlschrank dafür zu warm. Stufe II könnte gerade ausreichend sein, ist jedoch etwas knapp. Stufe A bringt deutlich niedrigere Temperaturen, allerdings läuft der Kompressor im Verhältnis zu Stufe II auch deutlich länger. Eine Einstellung zwischen Stufe II und A könnte ein sinnvoller Kompromiss von Temperatur und Energieverbrauch für unseren Anwendungsfall sein.

Auf Stufe MAX arbeitet der Kühlschrank im Grenzbereich und ein Zyklus dauerte bei der Messung bis weit in den nächsten Tag, als die Umgebungstemperaturen bereits deutlich stiegen. Deshalb ist die Zyklusdauer nicht mit den anderen Messungen vergleichbar. Die Kurve zeigt, wie langsam die Gefrierfachtemperatur ab -22 °C sinkt bis die Abschalttemperatur endlich erreicht wird.

DHT22
Leider kann vom DHT22 nicht auf die anderen Temperaturzonen geschlossen werden, zumindest nicht über alle Stufen des Reglers. Bei Stufe MAX und A hat der DHT22 die höchste Temperatur und alle anderen Temperaturzonen sind kühler. Bei Stufe II, I und MIN ist plötzlich das Gemüsefach (S1) wärmer. Dennoch kann man aus den Messungen der Stufe II schließen (s.o. Diagramm Stufe II), dass bei höchstens 7,75 °C am DHT22 (S5) der Kühlschrank sicherheitshalber einschalten sollte, da das Gemüsefach (S1) nicht wärmer als 10 °C und das obere Gitter (S4) nicht wärmer als 7 °C werden soll.

Energiebedarf
Die Messungen fanden in verschiedenen Nächten statt und sind nicht direkt vergleichbar! Dennoch soll der Energieverbrauch zur groben Einordnung verglichen werden. Dazu wird der jeweilige Kompressorzyklus auf 24 h hochgerechnet und so die Laufzeit für 24 h berechnet. Das entspricht keinesfalls dem realen Energieverbrauch in 24 h, da die Messungen bei kühleren Nachttemperaturen durchgeführt wurden. Es geht hier nur um eine grobe Einordnung.

Zwischen Stufe II und Stufe A fällt eine deutliche, prozentuale Erhöhung des Energieverbrauchs auf. Auf Stufe A sind die Temperaturen im Kühlschrank auch deutlich niedriger (vgl. Diagramm Stufe A und Stufe II).

Der Kühlschrank benötigt zusammen mit dem Zusatzlüfter ca. 1,9 A (24 V). Wie viele Tage läuft der Kühlschrank auf den verschiedenen Stufen mit einer Batterieladung? Die Laufzeit in Tagen wurde mit unseren AGM-Batterien 255 Ah berechnet, die in der Rechnung bis zur Hälfte entladen werden. Wie gesagt, nur eine grobe Einordnung!

Stufe Kompressor EIN
Stunden / Tag
Kompressor EIN
%
Stromverbrauch (24 V)
Amperestunden / Tag
Laufzeit
in Tagen
MIN 4,23 17,61 8,03 15,88
I 5,69 23,70 10,81 11,80
II 7,24 30,17 13,76 9,27
A 12,63 52,63 24,00 5,32
MAX 21,02 87,57 39,93 3,19

Messung M3: Kältespeicher

Ziele

Der Kältespeicher hat lt. Handbuch eine Kapazität von 12 h. Es ist nicht bekannt, ob der Kältespeicher altert. Der Temperaturverlauf im Kühlschrank soll während des Betriebs mit Kältespeicher gemessen werden.

Durchführung

Messbeginn ist das automatische Abschalten des Kompressors auf Stufe A. Unmittelbar nach dem Abschalten des Kompressors wird der Kühlschrank manuell vom Strom getrennt.
Dauer: 12 h, Messbeginn: 22:37 Uhr, Messende: 10:37 Uhr, letzte Öffnung vor 20:00 Uhr
Wetterbericht: 24 °C / 8 °C

Ergebnisse

Erkenntnisse

Gefrierfach
Der Sensor im Gefrierfach erreicht nach ca. 5 h (18000 s) den Wert von 0 °C. Wir nutzen das Gefrierfach selten, so dass nichts auftaut bzw. verdirbt. Nach der Messung hatte sich in der Auffangschale Wasser gesammelt. Dies lässt den Schluss zu, dass der Kühlschrank bei nächtlicher Abschaltung nicht mehr vereist. Wie gesagt, wir haben nichts Verderbliches im Gefrierfach! Merkwürdig ist die Temperaturerhöhung von ca. 22000 s (ca. 4:45 Uhr) bis ca. 38500 s.

DHT22
Nach ca. 10 h (36000 s) erreicht der DHT22 die Temperatur von 8 °C. Das obere Gitter (S4) ist gerade noch unter 7 °C und das Gemüsefach unter 8,5 °C (s. Diagramm). Daraus leiten wir ab, dass sich der nachts abgeschaltete Kühlschrank automatisch bei höchstens 8 °C am DHT22 einschalten muss, um die Lebensmittel im gewünschten Temperaturbereich zu halten. Messung M2 stützt das Ergebnis mit dem nahezu gleichen Wert von 7,75 °C, obwohl dieser unter anderen Voraussetzungen ermittelt wurde. Um auf der sicheren Seite zu sein, verwenden wir den niedrigeren Wert von 7,75 °C.

Energieverbrauch
Rein rechnerisch wäre der Kühlschrank in den 10 h etwa 5,25 h gelaufen und hätte ca. 10 Ah den Batterien entnommen. Unsere Batterien haben 255 Ah, wobei AGM nur zur Hälfte entladen werden soll. So gesehen entsprechen die 10 Ah etwa 8 % der nutzbaren Batteriekapazität.

Abschaltung
Der Kühlschrank sollte aus Stufe A nicht länger als 10 h abgeschaltet werden, sicherheitshalber nur 8 h. Der Zeitraum sollte so gewählt werden, dass bereits Energie vom Solar kommt, wenn der Kühlschrank wieder einschaltet, damit die Batterien entlastet werden. Falls der Kühlschrank etwas wärmer zwischen Stufe A und Stufe II betrieben wird, muss die Abschaltzeit ggf. verkürzt werden. Selbstverständlich ist darauf zu achten, welche Lebensmittel sich in welcher Temperaturzone befinden.

Messung M4: Möbeltemperatur

Ziele

Es soll geprüft werden, ob folgende Änderungen zur besseren Ableitung der Abwärme sinnvoll sind:

  • Ein zur Luftleitung zwischen Lüfter und Kompressor/Kondensator montierter Absaugschlauch, der die warme Luft direkt am wärmsten Bereich des Kühlschranks (um den Kompressor) absaugt und so kalte Luft zum Kompressor/Kondensator zieht.
  • Einfluss eines nachlaufenden Lüfters, der die warmen Bauteile des Kühlschranks und das Möbel weiter abkühlt, nachdem der Kompressor abgeschaltet hat.

Die Messungen erfolgen jeweils mit und ohne der geplanten Änderung.

Das Kühlschrankmöbel hat links an der Frontblende über dem Kühlschrank einen separaten Lüfter, der die warme Luft aus dem Möbel bläst. Die kalte Luft wird hinten links unten durch zwei kleine Möbelbelüftungsgitter in Bodennähe und über den Abstand zwischen Fußboden und Kühlschrankboden angesaugt.

Die Wärmequellen des Kühlschranks befinden sich mit dem Kompressor rechts hinten. Es könnte also ein großer Teil der Kaltluft links am Kompressor/Kondensator vorbeiziehen, ohne wesentlich zur Kühlung beizutragen. Allerdings besitzt der Kühlschrank selbst einen Lüfter, der zum Kompressor/Kondensator bläst und die Luft in dem Möbel zusätzlich durchmischt. Der Kühlschranklüfter läuft jedoch nur mit dem Kompressor, so dass die Restwärme nach dem Abschalten des Kompressors nicht mehr aktiv im Möbel durchmischt wird.

Durchführung

Messung der Temperatur im Möbel rechts der Spüle über dem Kompressor/Kondensator, Temperatur im Möbel links der Spüle, Temperatur der einströmenden Kaltluft, Temperatur der ausströmenden Warmluft.

Sensoren
Alle Sensoren der Messung M4 sind DS18B20. Über dem Kühlschrank befindet sich die Spüle, vor der Spüle ist die Frontblende mit dem Lüfter.

  • S1: Einströmende Kaltluft im Möbel direkt hinter dem Möbelbelüftungsgitter links hinten unten in Bodennähe
  • S2: links neben der Spüle über der »kalten Seite« des Kühlschranks.
  • S3: rechts neben der Spüle über der »warmen Seite« des Kühlschranks (über Kompressor/Kondensator).
  • S4: ausströmende Warmluft unmittelbar vor dem Lüfter bzw. im Absaugschlauch unmittelbar vor dem Lüfter

Bildbeschreibung
Blick hinter die Frontblende auf die Spüle über dem Kühlschrank beim Messaufbau für M4-4.

Der Sensor S1 ist im Bild (rechts) nicht zu sehen, da er links hinten unten in Bodennähe beim Möbelbelüftungsgitter fixiert ist.

Die Sensoren S2 und S3 sind links und rechts zwischen der Spüle und der jeweiligen Seitenwand des Möbel und weit oben nahe der Arbeitsplatte angebracht. S2 und S3 sind zwischen Rückwand und Frontblende zentriert.

S4 ist auf der Innenseite des Lüfters bzw. bei M4-3 und M4-4 im Absaugschlauch nahe dem Lüfter befestigt.

Der Kompressor/Kondensator befindet sich rechts am hinteren Ende des Absaugschlauchs.

Der Absaugschlauch ist ein unbenutzter (!) Entsorgungsschlauch, der während der Messung provisorisch am Lüfter mit Klebeband befestigt ist.

Messungen
Für jede Messung läuft der Kühlschrank mindestens 4 h auf Dauerbetrieb. Die letzten 2 h (7200 s) vor der Abschaltung sind in der Messung mit negativen Zeitwerten dargestellt. Danach wird er für 6 h (21600 s) abgeschaltet. Zeit = 0 entspricht der Abschaltung um Mitternacht.

Bei dem nachfolgend genannten Lüfter handelt es sich um den Zusatzlüfter an der Frontblende über dem Kühlschrank. »Nachlaufend« meint, dass der Lüfter nach dem Abschalten des Kompressors während der ganzen Messung weiterläuft.

  • M4-1: Lüfter 12 V, schaltet mit Kompressor
  • M4-2: Lüfter 12 V, nachlaufend
  • M4-3: Lüfter 12 V, nachlaufend, Absaugschlauch 76 mm
  • M4-4: Lüfter 24 V, nachlaufend, Absaugschlauch 76 mm

Der aufmerksame Leser wird sich wundern, dass der gleiche Lüfter einmal mit 12 V und einmal mit 24 V betrieben wird. Der Lüfter der Frontblende hat einen Spannungsbereich von 12-28 V und wurde mit dem alten Kühlschrank verwendet, der direkt nach Fahrzeugkauf ausgetauscht wurde. Irgendwann haben wir den Lüfter parallel zum 12V-Lüfter des neuen Kühlschranks angeschlossen, der mit dem Kompressor ein-/ausschaltet. Der Lüfter an der Frontblende lief mit 12 V langsamer, dafür aber leiser. Erst während den Messungen fiel uns wieder auf, dass der Lüfter auch 24 V kann, wodurch sich Messung M4-4 mit 24 V ergeben hat.

Temperaturdifferenz S3-S1
Bei einer idealen Entlüftung (Kühlung) des Möbels wäre die Temperatur über dem laufenden Kompressor (S3) exakt gleich der Umgebungstemperatur, also gleich der nachströmenden Kaltluft (S1). Die komplette Abwärme würde abtransportiert. Ist die Temperatur über dem Kompressor viel höher als die nachströmende Kaltluft, ist die Entlüftung des Möbels schlecht. Demzufolge ist der Temperaturunterschied (S3 minus S1) ein Maß für die Qualität der Entlüftung. Je kleiner die Differenz, desto besser ist die Entlüftung (Kühlung) des Möbels. Deshalb berechnen wir die Differenz für jede Messung (rote Kurve, rechte Skala) und vergleichen die Kurven in einem separaten Diagramm.

Ergebnisse

Erkenntnisse

Bei genauerer Betrachtung der Kurven M4-1 bis M4-4 entdeckt man Stellen mit irritierendem Verlauf. Z.B. die schwankende Kaltluft (S1) bis etwa 10 Minuten vor dem Abschalten des Kompressors in M4-1, die ja auch Auswirkungen auf die Differenzkurve S3-S1 hat.

Wir konzentrieren uns jedoch auf das Ziel der Messung und betrachten das Diagramm »Vergleich der Entlüftung M4-1 bis M4-4 – Temperaturdifferenz M4-1 bis M4-4«. Das Diagramm erstreckt sich über den Zeitraum 2 h vor und 2 h nach dem Abschalten des Kompressors. Länger als ein paar Minuten würde man den Lüfter sowieso nicht nachlaufen lassen.

Hier fällt die Kurve M4-1 wieder auf. Bei laufendem Kompressor sollten M4-1 und M4-2 relativ gleich sein. Nach dem Abschalten des Kompressors sollte doch eher die Kurve M4-1 ansteigen!? Für uns wirklich relevant sind jedoch die deutlich niedrigeren Temperaturdifferenzen der Kurven M4-3 und M4-4 mit Absaugschlauch und nachlaufendem Lüfter.

Es macht ja auch wenig Sinn, die Warmluft vom Kühlschrank zuerst mit Kaltluft im Möbel zu vermischen, damit das Möbel aufzuheizen und die Mischluft dann an der Frontblende abzusaugen. Die Warmluft muss direkt dort abgesaugt werden, wo sie entsteht!

Wir werden die Entlüftung des Möbels mit Absaugschlauch und neuem, nachlaufendem Lüfter verbessern!

Messung M5: Änderung der Luftfeuchtigkeit/Temperatur beim Öffnen

Ziele

Bei den vorherigen Messungen ist uns aufgefallen, wie schnell und stark die Luftfeuchtigkeit beim Öffnen der Tür ansteigt. Es soll ermittelt werden, wie stark sich unterschiedlich lange Öffnungszeiten der Tür auf die Änderung der Luftfeuchtigkeit und Temperatur im Kühlschrank auswirken. Die eingebrachte Luftfeuchtigkeit wird zu Eis.

Durchführung

Die Änderung der Luftfeuchtigkeit und der Temperaturen werden bei verschiedenen Öffnungszeiten der Tür gemessen.
Öffnungsdauer: 5 s / 10 s / 30s. Tür wird 90° geöffnet. Zwischen den Öffnungen bleibt der Kühlschrank für 30 Minuten geschlossen.

Erkenntnisse

ToDo

Ergebnisse

ToDo

Messung M6: Regelbetrieb

Ziele

Messungen während der normalen Nutzung des Kühlschranks. Wie gut hält er die Temperatur? Wie oft schaltet sich der Kompressor ein? Wie oft wird die Tür geöffnet?

Durchführung

Über mehrere Tage werden die Temperaturen/Luftfeuchtigkeit und der Kompressor beim täglichen Betrieb auf Stufe A erfasst. Weiterhin wird über den Türkontakt das Öffnen/Schließen des Kühlschranks protokolliert.

Ergebnisse

ToDo

Erkenntnisse

ToDo

Vorläufiges Fazit

Die Ergebnisse der Messungen lassen folgende Ideen als praxistauglich erscheinen:

1) Abschaltung bei Nacht

  • Der Kühlschrank kann nachts für 8-10 h abgeschaltet werden (siehe M3)
  • Die Temperatur darf während der Abschaltung 7,75 °C am DHT22 nicht übersteigen (siehe M2, M3)
  • Die ideale Reglereinstellung, irgendwo zwischen A und II, muss für die nächtliche Abschaltung ermittelt werden

2) Optimierung der Belüftung

  • Ein simpler Absaugschlauch bringt eine deutliche Reduzierung der Temperatur und wird montiert (siehe M4)
  • Der Lüfter an der Frontblende wird gegen ein aktuelles Modell ersetzt. Optional könnte der Lüfter am anderen Ende des Absaugschlauchs beim Kompressor montiert werden, um die Betriebsgeräusche gegenüber der Montage an der Frontblende zu reduzieren (siehe M4)
  • Der Lüfter soll nachlaufen oder eine Temperatursteuerung erhalten (siehe M4). Eine temperaturabhängige Drehzahlregelung könnte interessant sein.

3) Erweitertes Energiemanagement

  • ToDo