Die modernen Haushaltsgeräte stellen heute elektrotechnische Anlagen mit einer Vielfalt von verschiedenen Funktionen dar. Die meisten in die Praxis einführenden Neuheiten betreffen heutzutage hauptsächlich das Steuersystem. Das liegt vor allem daran, dass viele Standardvorgänge automatisch erfolgen und keine Überwachung brauchen.
Die Haushaltskältetechnik gewinnt zunehmend an Bedeutung und Kühlschränke gehören heute zu den meistverbreiteten Haushaltsgeräten.
In unserer Studie gehen wir davon aus, dass die Kühlung von Lebensmitteln ein komplizierter Vorgang ist, der mit dem Problem der Sicherung von gleichmäßiger Abkühlung des Kühlschrankinnenraums und der Versorgung mit erforderlichem Kühlklima verbunden ist.
Die Erreichung dieses Effektes und die Einführung von zusätzlichen Funktionen haben einen erhöhten Energieverbrauch zur Folge. Daraus ergibt sich die Aufgabe, dieses Problem möglichst optimal zu lösen, d.h. Wege zur Sicherung der Funktionsvielfalt von Kühlgeräten ohne wesentliche Erhöhung der Energieintensität und Energiekosten zu finden.
Unter zusätzlichen Funktionen des Kühlgerätes unterscheidet man „Vergnügungsfunktionen“ (eingebautes Display, Internetzugang, eingebauter Fernseher und a. m.) und Funktionen, die mit der Qualitätssicherung bei Lagerung von Lebensmitteln verbunden sind (Shock Frost, Tiefkühlen und andere Funktionen, die Gefrieren von Lebensmitteln ohne Geschmacksabwertung ermöglichen) [1].
Aber die neuesten Studien haben deutlich gemacht, dass die beste Lagerung der Lebensmittel bei der Temperatur 0° C erfolgt [2]. Für die Realisierung dieser Funktion benutzt man in einigen modernen Kühlgeräten die sogenannte Frische-Zone, die die Frische der Lebensmittel für eine lange Zeit aufbewahren lässt.
Es wurde festgestellt, dass fast alle frischen Lebensmittel ihren Genusswert und ihre Bekömmlichkeit bei Lagerung im Temperaturbereich von -1 bis +1° C am besten erhalten. Unter diesen Bedingungen entwickeln sich und vermehren sich verschiedenartige Lebensmittelvergifter wesentlich langsamer. Deutlich wird das in den Studien vom «Kompetenzzentrum Ostbau Bodensee» und vom wissenschaftlichen Bundesforschungsinstitut für Ernährungswissenschaft in Deutschland. Es ergab sich, dass sich z. B. Vitamin-C-Gehalt in diesem Temperaturbereich durchschnittlich auf 92 % besser bewahrt. Eine große Menge von Lebensmitteln bewahrt sich durchschnittlich auf 68,3 % effektiver in der Frische-Zone, was die Reduktion der Abtrocknung von Lebensmitteln beweist [2].
1996 wurde diese Zone zum ersten Mal in die Kühlschränke von deutscher Firma „Liebherr“ eingeführt. Die Zone wurde BioFresh genannt. Später fingen die anderen Hersteller an ihre Kühlschränke mit dieser Funktion auszurüsten. Jeder Hersteller gab seinen eigenen Namen dieser Zone. Die Firmen LG und AEG nannten sie „Fresh Zone“, die Firma HotpointAriston nannte sie „Fresh Box“, die Firma Indesit — „Flex Cool“, die schwedische Firma Electrolux nannte solche Abteilung „Natura Fresh“, Siemens — „Vita Fresh“ [3].
Hierbei gilt es zu berücksichtigen, dass verschiedene Lebensmittelgruppen bei Lagerung nicht nur verschiedene Temperaturverläufe, sondern auch verschiedene Wassergehaltswerte brauchen. Obst, Gemüse, Grünkram bleiben frisch bei hoher Luftfeuchtigkeit, Fleisch und Fisch brauchen aber die niedrigere Luftfeuchtigkeit. Deshalb können moderne Kühlgeräte einige Frische-Zone-Typen besitzen.
Wenn ein moderner Kühlschrank nur eine Frische-Zone besitzt, so ist sie gewöhnlich “die Zone der trockenen Frische“. Hier wird die Temperatur von -1 bis 0 ºС aufrechterhalten, und die Luftfeuchtigkeit beträgt 50–55 %. In diesem Mikroklima können verpackte Fleisch- und Fischwaren frisch bis sieben Tage bleiben, die Wurstwaren — nicht weniger als vierzehn Tage, und Käse bleibt frisch ungefähr dreißig Tage [3].
Außer der trockenen Frische-Zone gibt es in einigen Kühlgeräten „die Zone der feuchten Frische“. Diese Zone dient zur Lagerung der Pflanzenwaren, die Temperatur hier ist vom 0 bis +1ºС, die Luftfeuchtigkeit kann 90–95 % erreichen. Unter diesen Bedingungen bleiben Beeren, Obst und Gemüse lange frisch.
Bei der Analyse der Fachliteratur in Lebensmittellagertechnik wurde festgestellt, dass die Lagerungsdauer von Lebensmitteln nicht nur von solchen Parametern wie Größe und geometrische Form des Produktes sondern von verschiedenen die Besonderheiten eines konkreten Produktes kennzeichnenden Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und anderen), sowie von der Versorgung mit dem bestimmten Kühlklima abhängt [4].
Die Analyse vom Kühlklima in den modernen Kühlgeräten zeigte, dass es in meisten Modellen keinen nötigen Klimabereich gibt. Das Problem liegt darin, dass man den engen Klimabereich mit erforderlichen Bedingungen für die Lagerung von Lebensmitteln in der Frische-Zone versorgen muss.
Für die Aufrechterhaltung des nötigen Klimabereichs in der Frische-Zone gibt es verschiedene konstruktive Lösungen [2], [3]:
- die kalte Luftzufuhr aus der Gefrierzelle;
- Einbau eines Verdampfers in der Frische- Zone;
- Montаge eines zusätzlichen Kältekreislaufes;
- Unterbringung eines Teils des Verdampfers in der Frische-Zone.
Der einfachste Weg zur Erhaltung des notwendigen Klimabereichs in der Frische-Zone ist die kalte Luftzufuhr aus dem Gefrierfach. Dafür ist ein spezieller Kanal in der Schlitzform vorgesehen, der sich an der Hinterwand der Frische-Zone-Abteilung befindet. Da das Gefrierfach in einem modernen Kühlgerät verschiedene Lage haben kann, können die für die kalte Luftzufuhr aus der Gefrierzelle nötigen Kanäle verschiedenartig untergebracht werden. Die Temperatur kann sich in solchen Abteilungen von -3 bis +4° C ändern und sie wird eigens dafür nicht kontrolliert [3].
In einigen Kühlgeräten ist für die Erhaltung des geeigneten Klimabereiches ein Verdampfer in der Frische-Zone vorgesehen. Dabei werden ein Thermoelementfühler und ein Lüfter installiert. Der Lüfter ermöglicht die gleichmassige Luftzufuhr in die ganze Frische-Zone.
Die nötige Feuchtigkeit in der Frische-Zone wird gewöhnlich durch die Benutzung der durch das System „No Frost“ gebildeten Feuchte erreicht, was den geschlossenen Klimakreislauf schafft.
Die Einstellung eines zusätzlichen Kältekreislaufes fordert den Einbau eines zusätzlichen Kompressors, der die Energieintensität des Kühlgerätes steigert. [8]
Die Erhaltung des Klimabereiches ist auch durch die Unterbringung eines Teils des Verdampfers in der Frische-Zone möglich.
Die Analyse der bekannten Verfahrensweisen für die Erhaltung des Klimabereiches hat folgende Nachteile deutlich gemacht:
- Kompliziertheit des Aufbaus vom Kühlgerät;
- Steigerung der Selbstkosten des Kühlgerätes (Preiserhöhung kann in manchen Fällen 20–25 % erreichen);
- Steigerung der Energieintensität des Kühlgerätes (die Aufstellung der zusätzlichen elektrischen Anlage und die Arbeit an der Erhaltung des erforderlichen Klimabereiches);
- Schwierigkeiten bei der Erhaltung des nötigen Temperaturbereiches von -1 bis +1 ºС (bei der möglichen Temperaturschwankungen von -3 bis +4 ºС);
- Schwierigkeiten mit der erforderlichen Feuchtigkeitssicherung in der Frische-Zone.
In der letzten Zeit entstanden Neuentwicklungen, die für die Vervollkommnung der Frische-Zone und für die weitere Entwicklung der Verfahren beim Versorgen mit notwendigen Parametern geeignet sind. Die Autoren des Artikels „Luftbefeuchtung in Kühlgeräten“ [5] beschreiben den Grundaufbau und die Arbeitsweise des im Plechanow-Institut entwickelten thermodynamischen Generators, dessen Hauptfunktion die Steigerung der Feuchtigkeit durch die Dispergierung der Wassertropfen im Kühlraum ist.
Aber es sei erwähnt, dass diese Anlage einige Nachteile aufweist: wegen des schnellen Gefrierens der großen Wassertropfen und wegen des kleinen Radius von Strahlzerstäubung kann sie nicht die Feuchtigkeit mehr als 96 % sichern; die Energie der Pressluft (ungefähr 7 W/ 1 Kilo Gefrierware) kommt in die Kühlkammer als warme Luftzufuhr; der Befeuchtungsverlauf ist energieintensiv, denn dazu ist die Aufstellung des Kompressors nötig; die Arbeit der Befeuchtungsanlage ist unzuverlässig, weil die Pressluft wegen der Ausdehnung in Düsen das Wasser einfrieren kann; wegen der niedrigen Befeuchtungsanlageleistung braucht man eine Menge von Düsen, was die Betriebssicherheit des Systems absenkt.
Die Autoren der technischen Lösung [6] schlagen vor, die Dispergierung der Wassertropfen durch die Ultraschalleinwirkung auszuführen. Aber es ist nicht genug klar, wie der nötige Klimabereich abhängig von der Belastung des Kühlgerätes gesichert werden kann. Unklar ist auch die Frage des für die Befeuchtung nötigen Wassereintritts. Wo wird es gespeichert und wie wird der Wasserstand kontrolliert, diese Fragen brauchen zusätzliche Studien.
Zusammenfassend ergab sich aus den durchgeführten Studien, dass die Einführung der zusätzlichen Funktionen das ganze Kühlsystem kompliziert macht, den Preis des Gerätes und den Energieverbrauch erhöht. Es wurde beweist, dass die modernen Kühlgeräte den nötigen Klimabereich bei der Lagerung der Lebensmittel in der Frische-Zone nicht sichern können.
Die Analyse der Fachliteratur zeigte, dass es in der letzten Zeit technische Lösungen gibt, die mit der erforderlichen Feuchtigkeit und Temperatur die Frische-Zone versorgen können. Dabei sei zu berücksichtigen, dass die gegebenen technischen Lösungen viele Nachteile und Probleme aufweisen.
Als Schlussfolgerung kann man sagen, dass es keine Ideen für die Vervollkommnung der Konstruktion des Kühlgerätes gibt, die als Ziel haben, den erforderlichen Klimabereich in der Frische-Zone zu ermöglichen. Häufig wird der Benutzung der zusätzlichen Wärmeaustauschanlagen und der Kältequellen, z.B. Kältespeicher, in der Frische-Zone keine adäquate Bedeutung beigemessen. Die Verwirklichung dieser Ideen kann die Qualitätssicherung bei Lagerung von Lebensmitteln in der Frische-Zone wesentlich erhöhen.
References:
1. Der Begriff von Shock Frost. Die Arbeitsweise. Internet-Quelle: http://veselholod.ru/stat50_15.html
2. Die Zone „BioFresh“ — für die perfekte Frische. Internet-Quelle: http://bt-test.ru/reviews/zona_biofresh_dlya_idealnoj_svezhesti/
3. Die Zone der Frische — was es ist, und warum man es braucht. Internet-Quelle: http://podberi-holodilnik.ru/article/articles/zona-svezhesti-chto-jeto-takoe-i-zachem-ona-nuzhna/19.html
4. A.Rogow, W. E. Kuzakow, W. I. Filippow, S. W. Frolow: Lehrbuch für die Studenten der Hochschulen für die Kühlkonservierung der Lebensmittel (thermophysikalische Grundlagen); Moskau “Kolos” 1999, 177 S.
5. Die Kontrolle und die Regelung der Luftfeuchtigkeit in Kühlkammern/ F. W. Lebedew, B. S. Tichonow, W. W. Rusanow, B. S. Babakin: übersichtliche Information — M.: AgroNIITEIMMP. 1990. — 28 S.
6. Patent RF № 94036059/06, 10.12.1997. O. I. Kwasenkow; N. S. Schischkina Die Anlage für die Befeuchtung der Luft in Kühlkammern mit Minustemperatur // Russlands Patent № 2098721
7. Die Frische-Zone “Vita Fresh®“ im Kühlschrank „ Neff“. Internet-Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=7YtSljBcm-s
8. Wie viel Kompressoren braucht ein Kühlschrank? Internet-Quelle: http://www.holodilnik.info/articles/compressor_match/
