Användning av KNO3, KCl och NaCl som fasövergångsmaterial i kylskåp för energibesparing

Varför ditt kylskåps dolda kyla spelar roll

Hushållets kylskåp går tyst dygnet runt, ofta i varma kök, och tillsammans står de för en förvånansvärt stor del av hushållets elförbrukning. Denna studie undersöker en enkel idé med stor potential: att lägga en tunn förpackning med ett särskilt kylande material under frysen så att kylskåpet kan lagra kyla och klara temperaturvariationer bättre. Genom att bättre utnyttja lagrad kyla kan kylskåpet hålla en jämnare innetemperatur, klara korta strömavbrott och sänka elkostnader utan att vi behöver ändra vårt användningssätt.

Lagra kyla som ett batteri

Forskarna fokuserade på så kallade ”fasövergångs”-material, ämnen som absorberar eller avger stora mängder värme när de smälter och fryser, ungefär som is gör när den blir till vatten. Istället för att bygga om kylskåpet konstruerade de en platt behållare i rostfritt stål som passar under frysens förångarspolar utan att ta plats från hyllorna. De fyllde paketet med antingen vatten ensamt eller vatten med små mängder (10 procent i vikt) av välkända salter: kaliumnitrat (KNO3), natriumklorid (NaCl) och kaliumklorid (KCl). Dessa blandningar valdes eftersom de fryser och smälter några grader under noll, nära normal frystemperatur, så att de tyst kan lagra och avge kyla när kylskåpet går i och ur cykler.

Tester i verklig miljö i ett varmt rum

För att se vilken skillnad detta dolda kylförråd kunde göra testade teamet ett standard 289-liters enkel-dörrs kylskåp som använder en vanlig köldmedium (R-134a). De placerade det i en välkontrollerad kammare hållit vid 32 °C och måttlig luftfuktighet, för att efterlikna ett varmt sommargök. Precisionsensorer registrerade temperaturer på många punkter: inne i frysen, i matutrymmet, grönsakslådan, dörren och på ytorna av kondensatorn och kompressorn. De mätte också energiförbrukning och tryck i kylloppet. Åtta scenarier jämfördes: inget fasövergångsmaterial, vatten ensamt och de tre salt–vatten-blandningarna, var och en testad i två volymer (1 liter och 1,5 liter) i behållaren.

Kallare, jämnare mat och snällare hårdvara

Fasövergångspaketen dämpade tydligt temperaturvariationerna. I frysen höll alla saltlösningar luften kallare och mer stabil än utan paket, medan resten av kylskåpet i genomsnitt blev ungefär 1–3 °C kallare. Grönsakslådan kyldes med upp till cirka 22 procent jämfört med referensen, vilket är fördelaktigt för att behålla färskvaror. Även om paketet satt under frysen kylde det indirekt och jämnade ut temperaturerna i huvudfacket och vid dörren genom att absorbera värmepulser och sedan långsamt avge kyla. Samtidigt var kondensatorns mittpunkt och kompressorns yta några grader kallare, tecken på att maskinen arbetade mindre och utsattes för mildare termisk stress.

Spara energi och klara strömavbrott

Eftersom fasövergångsmaterialen tog upp en del av kylbelastningen kunde kompressorn stänga av oftare. I bästa fall minskade 1 liter av KNO3-blandningen kompressorns driftstid under ett dygn med 7,1 procent. Detta motsvarade en minskning av elenergiförbrukningen med 8,6 procent jämfört med kylskåpet utan något paket. KCl- och NaCl-blandningarna sparade också energi, om än något mindre, medan rent vatten gav endast måttliga förbättringar. Under ett simulerat timslångt strömavbrott höll kylskåp med paket frysen under nollan i ungefär en halvtimme och höll kylutrymmet upp till 2 °C kallare än den omodifierade enheten, vilket gav extra tid innan maten blev varm.

Vilken blandning fungerar bäst och varför det spelar roll

Bland de testade alternativen gav 1-liters KNO3-lösningen den bästa övergripande balansen: den ökade kylskåpets verkningsgrad (dess COP) med cirka 12 procent och gav störst energibesparing. Större 1,5-literspaket bidrog till ännu mer enhetliga temperaturer i de olika facken men förbättrade inte energianvändningen lika mycket, eftersom extra material kan bli en termisk belastning när det väl är helt smält eller fruset. För en lekman är slutsatsen tydlig: ett tunt, välvalt kyllagringspaket placerat nära frysen kan göra ett vanligt kylskåp kallare inuti, skonsammare för maten vid avbrott och billigare i drift. Arbetet antyder att tillverkare skulle kunna integrera sådana paket med billiga salter för att minska hushållens energibehov och stödja bredare energispar- och klimatmål.

Citering: 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

Nyckelord: energieffektiva kylskåp, fasövergångsmaterial, termisk lagring, huskyla, elbesparingar