Utilizzo di KNO3, KCl e NaCl come materiali a cambiamento di fase nel frigorifero per il risparmio energetico

Perché il freddo nascosto del tuo frigorifero conta

I frigoriferi domestici funzionano silenziosamente giorno e notte, spesso in cucine calde, e insieme consumano una quota sorprendente dell’elettricità domestica. Questo studio esplora un’idea semplice ma con grande potenziale: inserire un sottile pacco di materiale refrigerante speciale sotto il congelatore in modo che il frigorifero possa immagazzinare freddo e affrontare meglio le oscillazioni di temperatura. Sfruttando meglio il freddo accumulato, il frigorifero può mantenere condizioni interne più stabili, superare brevi interruzioni di corrente e ridurre la spesa energetica senza cambiare le abitudini d’uso.

Conservare il freddo come una batteria

I ricercatori si sono concentrati sui materiali a cambiamento di fase, sostanze che assorbono o rilasciano grandi quantità di calore durante la fusione e la solidificazione, come fa il ghiaccio quando diventa acqua. Senza ridisegnare il frigorifero, hanno costruito un contenitore piatto in acciaio inox che si adatta sotto le serpentine dell’evaporatore senza sottrarre spazio agli scaffali. Hanno riempito questo pacco con sola acqua o con acqua contenente piccole quantità (10 percento in peso) di sali noti: nitrato di potassio (KNO3), cloruro di sodio (NaCl) e cloruro di potassio (KCl). Queste miscele sono state scelte perché si solidificano e fondono pochi gradi sotto lo zero, vicino alla normale temperatura del congelatore, così da accumulare e rilasciare freddo in modo discreto durante i cicli del frigorifero.

Test sul campo in una stanza calda

Per valutare l’effetto di questo accumulatore di freddo nascosto, il team ha testato un frigorifero standard monoblocco da 289 litri funzionante con un refrigerante comune (R-134a). Lo hanno collocato in una camera ben controllata mantenuta a 32 °C e umidità moderata, simulando una cucina estiva calda. Sensori di precisione hanno registrato le temperature in molti punti: all’interno del congelatore, nel comparto alimenti, nel cassetto delle verdure, nella porta e sulle superfici del condensatore e del compressore. Sono stati anche misurati i consumi elettrici e le pressioni nel circuito frigorifero. Sono stati confrontati otto scenari: nessun materiale a cambiamento di fase, sola acqua e le tre miscele sale–acqua, ciascuna provata in due volumi (1 litro e 1,5 litri) nel contenitore.

Cibo più freddo e stabile, macchina meno sollecitata

I pacchi a cambiamento di fase hanno chiaramente attenuato le oscillazioni di temperatura. Nel congelatore, tutte le miscele saline hanno mantenuto l’aria più fredda e stabile rispetto al funzionamento senza pacco, mentre il resto del frigorifero è sceso in media di circa 1–3 °C. Il cassetto delle verdure si è raffreddato fino a circa il 22 percento rispetto al riferimento, un vantaggio per la conservazione dei prodotti freschi. Anche se il pacco si trovava sotto il congelatore, ha raffreddato e uniformato indirettamente le temperature nel comparto principale e nella porta assorbendo picchi di calore e rilasciando freddo lentamente. Allo stesso tempo, il punto medio del condensatore e la superficie del compressore hanno registrato temperature di qualche grado più basse, segno che il sistema lavorava meno e con stress termico ridotto.

Risparmio energetico e resistenza alle interruzioni di corrente

Poiché i materiali a cambiamento di fase assorbivano parte del carico di raffreddamento, il compressore poteva spegnersi più spesso. Nel caso migliore, l’uso di 1 litro della miscela con KNO3 ha ridotto il tempo di funzionamento del compressore nell’arco del giorno del 7,1 percento. Questo si è tradotto in un calo dell’energia elettrica consumata dell’8,6 percento rispetto al frigorifero senza alcun pacco. Anche le miscele con KCl e NaCl hanno permesso risparmi, seppure leggermente inferiori, mentre la sola acqua ha fornito vantaggi modesti. Durante una simulazione di blackout di un’ora, i frigoriferi con i pacchi hanno mantenuto il congelatore sotto lo zero per circa mezz’ora e hanno mantenuto il comparto frigorifero fino a 2 °C più freddo rispetto all’unità non modificata, guadagnando tempo prima dello scongelamento degli alimenti.

Quale miscela funziona meglio e perché è importante

Tra le opzioni testate, la soluzione da 1 litro con KNO3 ha offerto il miglior equilibrio complessivo: ha aumentato il coefficiente di prestazione del frigorifero di circa il 12 percento e ha fornito il maggior risparmio energetico. I pacchi più grandi da 1,5 litri hanno contribuito a mantenere le temperature dei comparti ancora più uniformi ma non hanno migliorato il consumo energetico in egual misura, perché il materiale aggiuntivo può diventare un peso termico una volta completamente fuso o solidificato. Per il lettore non specialistico, la conclusione è semplice: un pacco sottile e ben scelto di accumulo di freddo integrato vicino al congelatore può rendere un frigorifero comune più fresco all’interno, più protettivo per gli alimenti durante le interruzioni e più economico da gestire. Il lavoro suggerisce che i produttori potrebbero incorporare tali pacchi usando sali economici per ridurre la domanda di energia domestica e sostenere obiettivi più ampi di risparmio energetico e climatico.

Citazione: Samir, S., Salem, M., Mohamed, A.S.A. et al. Utilizing of KNO₃, KCl, and NaCl as phase change materials within the refrigerator for energy saving. Sci Rep 16, 9815 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41662-5

Parole chiave: frigoriferi a basso consumo energetico, materiali a cambiamento di fase, accumulo termico, raffreddamento domestico, risparmio elettrico