Gebruik van KNO3, KCl en NaCl als faseovergangsmaterialen in de koelkast voor energiebesparing

Waarom de verborgen kou van uw koelkast ertoe doet

Huishoudelijke koelkasten draaien stilletjes dag en nacht, vaak in hete keukens, en samen gebruiken ze een verrassend aandeel van het huishoudelijke elektriciteitsverbruik. Deze studie onderzoekt een eenvoudig idee met groot potentieel: een dun pakket speciaal koelmateriaal onder de vriezer plaatsen zodat de koelkast koude kan opslaan en beter bestand is tegen temperatuurschommelingen. Door kou beter op te slaan kan de koelkast binnen stabieler blijven, korte stroomstoringen overbruggen en besparen op de energierekening zonder ons gebruik te veranderen.

Koude opslaan als een batterij

De onderzoekers richtten zich op “faseovergang”materialen, stoffen die grote hoeveelheden warmte opnemen of afgeven bij smelten en bevriezen, vergelijkbaar met hoe ijs warmte opneemt wanneer het smelt. In plaats van de koelkast te herontwerpen bouwden ze een vlakke roestvrijstalen behuizing die onder de verdamperlussen van de vriezer past zonder schapruimte te verminderen. Ze vulden dit pakket met alleen water of met water waarin kleine hoeveelheden (10 procent in gewicht) van bekende zouten waren opgelost: kaliumnitraat (KNO3), natriumchloride (NaCl) en kaliumchloride (KCl). Deze mengsels zijn gekozen omdat ze enkele graden onder nul smelten en bevriezen, dicht bij de normale vrieskamertemperatuur, zodat ze stilletjes koude kunnen opslaan en afgeven terwijl de koelkast aan- en uitschakelt.

Praktische tests in een hete ruimte

Om te zien welk verschil dit verborgen koude-opslagmedium kon maken, testte het team een standaard 289-liter een-deurs koelkast die werkt met het veelgebruikte koudemiddel R-134a. Ze plaatsten de kast in een nauwkeurig gecontroleerde kamer op 32 °C met matige luchtvochtigheid, waardoor een hete zomerse keuken werd nagebootst. Precisiesensoren registreerden temperaturen op veel punten: in de vriezer, het koelvak, de groentelade, de deur en op de oppervlakken van condensor en compressor. Ze maten ook het energieverbruik en de drukken in het koelcircuit. Acht scenario’s werden vergeleken: geen faseovergangsmateriaal, alleen water, en de drie zout–watermengsels, elk getest in twee volumes (1 liter en 1,5 liter) in de behuizing.

Kouder, stabieler voedsel en minder belasting van de hardware

De faseovergangspakketten dempten duidelijk temperatuurschommelingen. In de vriezer hielden alle zoutmengsels de lucht kouder en stabieler dan zonder pakket, terwijl de rest van de koelkast gemiddeld zo’n 1–3 °C daalde. De groentelade koelde tot ongeveer 22 procent meer ten opzichte van de referentie, wat helpt om producten langer vers te houden. Hoewel het pakket onder de vriezer zat, koelde het indirect en maakte het de temperaturen in het hoofdcompartiment en aan de deur gelijkmatiger doordat het warmtepieken absorbeerde en langzaam koude afgaf. Tegelijkertijd liepen het midden van de condensor en het oppervlak van de compressor enkele graden koeler, wat aangeeft dat de machine minder hard werkte en onder minder thermische stress stond.

Energie besparen en stroomstoringen doorstaan

Omdat de faseovergangsmaterialen een deel van de koellast opnamen, kon de compressor vaker uitschakelen. In het beste geval zorgde 1 liter van de KNO3-oplossing ervoor dat de bedrijfstijd van de compressor over een dag met 7,1 procent afnam. Dit resulteerde in een daling van het elektriciteitsverbruik van 8,6 procent vergeleken met de koelkast zonder pakket. De KCl- en NaCl-mengsels bespaarden ook energie, zij het iets minder, terwijl alleen water slechts beperkte winst gaf. Tijdens een gesimuleerde uursstoring hielden koelkasten met pakketten de vriezer ongeveer een halfuur onder nul en bleef het koelvak tot 2 °C koeler dan het ongewijzigde toestel, waardoor er extra tijd werd gekocht voordat voedsel opwarmde.

Welk mengsel werkt het beste en waarom het ertoe doet

Van alle geteste opties bood de 1-liter KNO3-oplossing de beste algehele balans: het verhoogde de efficiëntie van de koelkast (de prestatiecoëfficiënt) met ongeveer 12 procent en leverde de grootste energiebesparing. Grotere pakketten van 1,5 liter hielpen de compartimenttemperaturen nog uniformer te houden maar verbeterden het energiegebruik niet evenveel, omdat extra materiaal een thermische last kan worden zodra het volledig gesmolten of bevroren is. Voor leken is de conclusie duidelijk: een dun, goed gekozen koudeslagpakket geïntegreerd nabij de vriezer kan een gewone koelkast van binnen koeler maken, voedsel beter beschermen bij stroomuitval en de gebruikskosten verlagen. Het werk suggereert dat fabrikanten zulke pakketten met goedkope zouten kunnen integreren om het huishoudelijke energieverbruik te verminderen en bij te dragen aan bredere energiebesparings- en klimaatdoelstellingen.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: energiezuinige koelkasten, faseovergangsmaterialen, thermische opslag, huishoudelijk koelen, elektriciteitsbesparing