Analyse von Alterungsmechanismen im Hinblick auf die Effizienz von Haushaltskältegeräten

Die Energieaufnahme von Haushaltskältegeräten ist seit den 1990er Jahren erheblich gesunken. Dieser Wert wird von den Herstellern im Neuzustand der Geräte unter Normbedingungen bestimmt. Wie jedes technische System unterliegen jedoch auch Haushaltskältegeräte einem Alterungsprozess, der zu einem Anstieg der Energieaufnahme über die Zeit führt. Im Rahmen dieser Dissertation wurde auf der Grundlage von 100 Messungen der Energieaufnahme, die an 32 Geräten über einen Zeitraum von 21 Jahren durchgeführt wurden, ein Alterungsmodell entwickelt. Dieses Modell ist das erste, das mit Hilfe von Daten der Energieaufnahme real gealterter Geräte entwickelt wurde. Es beschreibt einen Anstieg der Energieaufnahme von 27 % über die durchschnittliche Einsatzzeit eines Haushaltskältegeräts von 16 Jahren. Der stärkste Anstieg erfolgt in den ersten fünf Betriebsjahren. Durch Diffusionsvorgänge in dem im Gehäuse verbauten Polyurethan-Schaum wird das im Zellgas vorhandene Kohlenstoffdioxid durch Luft ersetzt. Hierdurch steigt die Wärmeleitfähigkeit des Schaums um ca. 33 % an, wodurch sich die Energieaufnahme der Geräte erhöht. Des Weiteren wurde der Einsatz von Paraffinen als Phasenwechselmaterial in Haushaltskältegeräten untersucht. Durch deren Einsatz konnte die Energieaufnahme gesenkt und die Funktionalität der Geräte gesteigert werden. Hierfür sind detaillierte Kenntnisse der Materialkenndaten der Paraffine notwendig. Die Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen Paraffin-Stoffgruppen in der festen Phase ist jedoch bisher nur unzureichend untersucht worden. Daher wurde ein Messaufbau entwickelt, mit dem die Wärmeleitfähigkeit von festem Paraffin bestimmt werden kann, und es wurden entsprechende Messungen durchgeführt.

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The energy consumption of household refrigeration appliances has decreased significantly since the 1990s. This value is determined by the manufacturers under standard conditions when the appliances are new. However, like any other technical system, these appliances are also subject to an aging process that leads to an increase of energy consumption over the time of usage. As part of this thesis, an aging model was developed on the basis of 100 standard energy consumption measurements carried out on 32 appliances over a period of 21 years. This model is the first to be developed on the basis of energy consumption data from real aged appliances. It describes an increase of energy consumption by 27 % over 16 years, which is the average period of use of a household refrigeration appliance. The largest increase occurs in the first five years of use. Diffusion processes in the polyurethane foam installed in the cabinet of the appliances result in an exchange of carbon dioxide with air. This gas exchange increases the thermal conductivity of the foam by approximately 33 %, which rises the energy consumption of the appliances. Furthermore, the use of paraffins, as one type of phase change materials, in household refrigeration appliances was investigated. The use of these materials made it possible to reduce energy consumption and increase the functionality of the appliances. This application of paraffins requires detailed knowledge of their material characteristics. However, the thermal conductivity of paraffins in the solid state has so far only been investigated insufficiently. Therefore, a measurement setup for determining the thermal conductivity of solid paraffins was developed and corresponding measurements were carried out.