在冰箱中使用硝酸钾、氯化钾和氯化钠作为潜热材料以节能

为什么你冰箱里隐藏的冷量很重要

家用冰箱日夜静静运转，常常置于炎热的厨房中，它们在家庭用电中占有意想不到的一部分。本研究考察了一个简单但潜力巨大的想法：将一薄包特殊冷藏材料放置在冷冻室下方，使冰箱能够储存冷量以平滑温度波动。通过更好地利用储存的冷量，冰箱内部温度可以更稳定，应对短时断电，并在不改变使用方式的前提下减少电费。

像电池一样储存冷量

研究者关注“相变”材料——在熔化与凝固过程中吸收或释放大量热量的物质，类似冰融化成水时的行为。研究并未改造冰箱本体，而是制作了一个扁平的不锈钢容器，能放在冷冻室蒸发器线圈下方且不占用搁架空间。该包可仅装水，或装含有少量（按重量计10%）常见盐类的水溶液：硝酸钾（KNO3）、氯化钠（NaCl）和氯化钾（KCl）。这些混合物的凝固和熔化温度比零度低几摄氏度，接近普通冷冻室温度，因此在冰箱循环开关期间能静默地储存与释放冷量。

在高温环境中的实测

为评估这种隐藏冷源的实际效果，团队测试了一台标准的289升单门冰箱，使用常见制冷剂（R-134a）。他们将冰箱置于温度控制良好的舱室中，设定为32 °C并维持中等湿度，模拟炎热夏日厨房。精密传感器记录了多个点的温度：冷冻室、食物隔层、蔬果抽屉、门体及冷凝器和压缩机表面。他们还测量了功耗和制冷回路内的压力。共比较了八种情形：没有相变材料、仅水，以及三种盐水混合物，并在容器中分别以两种体积（1升和1.5升）进行测试。

更凉、更稳定的食物与更温和的设备负荷

相变冷包明显减缓了温度波动。在冷冻室内，所有含盐混合物均使空气更冷且更稳定，相比没有冷包时，冰箱其余部分平均降温约1–3 °C。蔬果抽屉的温度相对于基线最高降幅约为22%，有利于延长农产品的新鲜期。尽管冷包放在冷冻室下方，但通过吸收热量并缓慢释放冷量，间接冷却并平滑了主舱和门处的温度。同时，冷凝器中点和压缩机表面温度降低了几度，表明机器的运行负荷和热应力有所减轻。

节能并缓解断电影响

由于相变材料分担了部分制冷负荷，压缩机可以更频繁地停机。在最佳情形下，使用1升KNO3溶液使压缩机的日运行时间减少了7.1%。这相当于比没有冷包的冰箱节约了8.6%的电能。KCl和NaCl混合物也有节能效果，但略低，而仅用水的改善则较为有限。在模拟的一小时断电过程中，装有冷包的冰箱能在大约半小时内将冷冻室保持在零度以下，并使冷藏室比未改装的机型保持低至多2 °C，从而为食物提供更多的安全时间。

哪种混合物表现最佳及其重要性

在所有测试选项中，1升KNO3溶液提供了最佳的整体平衡：其提高了冰箱的性能系数约12%，并实现了最大的能量节省。较大的1.5升冷包有助于使舱内温度更均匀，但并未带来同等程度的能耗改善，因为额外的材料一旦完全融化或凝固后可能成为热负担。对于普通用户，结论很直接：将薄而精心选择的冷储包集成在冷冻室附近，可以使普通冰箱内部更凉、在断电时更能保护食物并降低运行成本。该研究表明，制造商可采用这些廉价盐类来设计集成冷包，以减少家庭能源需求并支持更广泛的节能与气候目标。

引用: 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

关键词: 节能冰箱, 相变材料, 热量储存, 家庭制冷, 电力节省