Key words
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TP0081;F-Elektrizitätstechnologien & -anwendung
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Short description
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Herkömmliche Kühlschränke, für den Einsatz in Haushalten, besitzen noch grosses Energiesparpotential. Anhand von Exergieanalysen konnte gezeigt werden, dass die Verluste beim Verdichter besonders gross sind und demzufolge Optimierungen an der Verdichterseite besonders stark zur Energieeffizienz beitragen können.
ielsetzung: Diverse Optimierungen am Verdichter eines Kühlschrankes sollen im Rahmen dieses Projektes vorgenommen und bei einem neutralen Prüfinstitut ausgemessen werden. Ziel dieses Projektes ist ein Demonstrationskühlschrank mit 30-50% geringerem Stromverbrauch als ein A++-Kühlschrank. Die entsprechende "Umrüstung" der Schweiz brächte eine Einsparung von über 200 MW Dauerleistung gegenüber der heutigen Situation.
ösungsweg: Eine Drehzahlregelung des Verdichters ermöglicht die Betriebsweise eines Kühlschranks mit deutlichem Energiesparpotential. Zusätzliche Optimierungen können am Antrieb (Elektromotor) des Kühlschranks und durch Verdichter mit höherem Wirkungsgrad vorgenommen werden.
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Publications / Results
(German)
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Herkömmliche Haushaltskühlschränke besitzen insbesondere beim Verdichter ein grosses Energieeinsparungspotential. Da Kühlschrankhersteller aber kaum motiviert sind, diese zu ändern, soll in diesem Projekt der Kompressor eines bestehenden A++-Kühlschranks modifiziert werden, um einen Prototypenkühlschrank mit einer um 30-50% verbesserten Energieeffizienz aufzubauen.
Ein Kühlschrank wurde mit einem drehzahlvariablen Kompressor ausgerüstet und ein Leistungs- und Temperaturmesssystem wurde aufgebaut. Die Messungen und Opti-mierungen sind noch nicht abgeschlossen, bisher wurden Energieeinsparungen von 20-25% erreicht.
Nach Abschluss der Optimierungsarbeiten wird der Kühlschrank an einem unabhängigen Prüfinstitut Normgemäss ausgemessen und die Energieeinsparung quantifiziert.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
awtec AG für Technologie und Innovation
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Stahl,Stefan
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Final report
(German)
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Kühlschränke verbrauchen in Europa, je nach Quelle, 14% - 20% der elektrischen Energie in Haushalten. Schon eine geringe Energieeinsparung der Kühlgeräte hat global gesehen einen signifikanten Einfluss auf die Umwelt. Die ca. 6 Millionen Kühlgeräte in der Schweiz verbrauchen etwa 2500 GWh/a. Zum Vergleich: das Kernkraftwerk Beznau-1 produziert 3000 GWh/a. Man kann also sagen, dass ein kleines Schweizer AKW lediglich für alle Kühlgeräte zuständig ist!
In diesem Projekt wurde gezeigt, dass durch einfache Modifikationen an einem handelsüblichen Kühlschrank der zurzeit besten Energieklasse A++ bis zu 27% der elektrischen Energie eingespart werden kann. Der modifizierte Kühlschrank wurde im Direktvergleich gegen ein Seriengerät getestet.
Handelsübliche Kühlschränke arbeiten mit einem Kompressor, der bei einer fixen Drehzahl läuft und über einen Thermostat ein- oder ausgeschaltet wird. Bei Raumtemperatur und stets geschlossenem Kühlschrank läuft der Kompressor zu etwa einem Viertel der Zeit. Diese Betriebsart ist ineffizient aufgrund der vielen Anlaufzyklen und den hohen Temperaturgradienten, die zwischen dem Kühlraum und dem Kältekreislauf entstehen.
Der von uns modifizierte Kühlschrank wurde mit einem drehzahlgesteuerten Kompressor ausgestattet, der bei wesentlich tieferen Drehzahlen betrieben werden konnte und bis zu 90% der Zeit durchlief. Es konnte gezeigt werden, dass mehr Energie eingespart wird, je länger der Kompressor läuft. Der Kompressor wurde über einen externen Rechner gesteuert. Gleichzeitig wurden diverse Temperaturdaten aufgenommen.
Für die Umsetzung in ein marktfähiges Produkt empfehlen wir, einen autonomen (ohne externe Steuerung) seriennahen Pilotkühlschrank zu entwickeln. Dabei muss die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund stehen. Der Kunde ist nicht bereit, wesentlich mehr für einen energieeffizienteren Kühlschrank zu bezahlen, da die finanzielle Einsparung über die Lebensdauer des Gerätes (etwa 15 Jahre) lediglich ~CHF 100 beträgt.
Um den nächsten Schritt effizient zu gestalten ist es essentiell, in der nächsten Projektphase einen Kühlschrankhersteller als weiteren Partner zu haben. So kann gewährleistet werden, dass nicht am Markt vorbei entwickeln wird und die notwendigen technischen Informationen vorhanden sind. Ein Partner mit grossem Marktgewicht wäre wünschenswert, einerseits um mehr Druck auf die Kompressorhersteller zu machen, anderseits um bei der Markeinführung eine grosse Auswirkung zu ermöglichen.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
awtec AG für Technologie und Innovation
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Siegrist,Marco
Stahl,Stefan
Ganz,Jochen
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Final report
(English)
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In Europe 14% - 20% of the electrical energy in homes is consumed by various food cooling units. A small reduction in their energy consumption would have a significant impact on the global environment. The 6 Million food cooling units in Switzerland consume about 2500 GWh/a. As a comparison: Beznau-1, a small nuclear power plant in northern Switzerland, produces 3000 GWh/a. It is fair to say that one Swiss nuclear power plant is needed just for cooling food!
In this work we have shown, that up to 27% electrical energy can be saved by simple modification of a class A++ refrigerator. The modified refrigerator was tested directly against the serial product.
Today’s refrigerators run with a compressor at a fixed rotation speed, which is turned on and off by a thermostat. At room temperature and with closed doors the refrigerator runs about one forth of the time. This mode of operation is inefficient because of the frequent start-up of the compressor, high internal losses due to the high flow rates and the large thermal gradient between the cooled volume and the cooling circuit.
The modified refrigerator was fitted with compressor with variable revolution speed. This compressor could be run at much lower speeds so that it ran up to 90% of the time. It was shown that less electricity was consumed the more the compressor ran. The compressor was controlled by a computer which at the same time collected various temperature data.
For the next step, the development of a marketable product, a „close to series“ refrigerator shall be built, which runs without external control by a computer. The cost effectiveness is very important. The end customer is not willing to pay much more for a more energy efficient refrigerator because the financial saving over the lifetime of the appliance (about 15 years) is only ~CHF 100.
It is essential to have a refrigerator manufacturer as a partner for this next step in order to make sure that we are developing in the right direction and that the necessary technical information on the refrigerators is guaranteed. A key market player would be of great interest because he would be able to put more pressure on the compressor manufacturers and the introduction of this technology in the market would have a larger impact.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
awtec AG für Technologie und Innovation
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Siegrist,Marco
Stahl,Stefan
Ganz,Jochen
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Final report
(French)
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En Europe, 14% - 20% de l'énergie électrique consommée par les menages est utilisée pour les différents systèmes de refroidissement. Une petite réduction de la consommation de cette énergie aurait un effet important sur l'environnement. Les quelques 6 millions unités de refroidissement en Suisse consomment autour de 2500 GWh/a. En comparaison, Beznau-1 produit 3000 GWh/a. De façon conséquente, une plante nucléaire Suisse est nécessaire seulement pour le
refroidissement.
Ce projet a montré que des modifications simples à un réfrigérateur commercial de la la meilleure classe énergétique (A++) réduisent sa consommation d’énergie électrique jusqu'à 27%. Le réfrigérateur modifié a été testé directement en comparaison avec un produit de série.
Réfrigérateurs commerciaux fonctionnent à base d’un compresseur à vitesse fixe, ils sont reglé avec un thermostat. À conditions normales, le compresseur du réfrigérateur est en marche environ un quart du temps. Ce mode est inefficace en raison des nombreuses démarrages, des pertes internes et des gradients de température élevée entre le réfrigérateur et le circuit de refroidissement.
Le réfrigérateur modifié a été équipé d’un compresseur à vitesse de rotation variable. Ce compresseur peut être utilisé à vitesses beaucoup plus basses, pour cette raison il est en marche jusqu'à 90% du temps. On a montré que plus le compresseur est en marche, moins d'énergie est consommée. Le compresseur est contrôlé par un ordinateur externe.
Pour la prochaine étape, un prototype d'un produit commercialisable doit être construit, qui fonctionne sans le contrôle externe d’un ordinateur. Le sujet de coût-efficacité est très important. Le client privé n'est pas disposé à payer beaucoup plus pour un réfrigérateur efficace, car l'épargne financière pendant la durée de vie (environ 15 ans) est seulement ~CHF 100.
Il est essentiel d’inclure un fabricant de réfrigérateurs comme partenaire pour cette prochaine étape, pour assurer la disponibilité des informations techniques et économiques nécessaires.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
awtec AG für Technologie und Innovation
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Siegrist,Marco
Stahl,Stefan
Ganz,Jochen
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