Modelling of domestic refrigerators’ energy consumption under real life conditions in Europe

Abstract

In recent decades, energy and resource savings have become increasingly important, not only in the industrial, but also the residential sector. <br /> As one of the largest energy users in private homes, domestic refrigerators and freezers were among the first appliances to be targeted for energy efficiency improvements. With the aim of encouraging manufacturers to develop and produce more efficient appliances, the European Energy Label was introduced in the mid-nineties. However, the energy use of refrigerators does not only depend on technical components and features. Especially the using conditions in private homes are of a decisive influence.<br /> Thus, the present study has been conducted to test the sensitivity of refrigerators’ energy consumption to various usage conditions within realistic ranges, which have been determined by means of two empirical studies. Key information gathered from the experiments were used as a base for the development and validation of a simplified model that allows predicting the energy consumption of refrigerators in use. The practical experiments were performed under controlled laboratory conditions with four different refrigerators with an A+ or A++ energy efficiency rating (two statically cooled built-in fridge-freezers, one dynamically cooled refrigerator and one statically cooled refrigerator). The investigations revealed that the ambient temperature has the greatest impact on a refrigerator’s energy consumption, followed by thermostat setting and heat load by insertion of warm items. The refrigerators’ load under static conditions as well as the number of door openings have almost no impact on energy consumption. <br /> The modelling methodology follows a first-principle approach adjusted by experimental data. When compared to experimental results, model predictions show a reasonable agreement for the whole range of investigated conditions.

Modellierung des Energieverbrauchs von Kühlgeräten unter verbrauchernahen Bedingungen in Europa <br /> In den letzten Jahrzehnten haben die Themen Energie- und Ressourceneinsparung sowohl im Industrie- als auch im Wohnbereich immer mehr an Bedeutung gewonnen. Zu den größten Energieverbrauchern im Privathaushalt zählen Kühl- und Gefriergeräte. Daher gab und gibt es Anstrengungen, die Energieeffizienz dieser Geräte zu verbessern. Mitte der Neunziger Jahre wurde das EU-Energie-Etikett für Kühl- und Gefriergeräte unter anderem mit dem Ziel eingeführt, die Entwicklung und Produktion effizienterer Geräte seitens der Hersteller durch Wettbewerbsvergrößerung voranzutreiben. Der Energieverbrauch der Geräte ist jedoch nicht nur von den eingebauten technischen Komponenten und der Bauart abhängig, sondern wird entscheidend von der jeweiligen Nutzung beeinflusst. <br /> Daher war es Ziel der vorliegenden Arbeit, den Einfluss verschiedener Nutzungsfaktoren auf den Energieverbrauch von Kühlgeräten innerhalb realistischer Grenzen zu testen, die mittels zwei empirischer Studien ermittelt wurden. Auf Grundlage der experimentellen Daten wurde ein Modell entwickelt und validiert, welches die Vorausberechnung des Energieverbrauchs von Kühlgeräten in Nutzung ermöglicht. <br /> Die Laborexperimente wurden unter kontrollierten Bedingungen mit vier verschiedenen Geräten der Energieeffizienzklasse A+ und A++ (zwei statisch gekühlte Einbau-Kühl-Gefrier-Kombinationen und jeweils ein Kühlgerät mit dynamischer und statischer Kühlung) durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Umgebungstemperatur den weitaus größten Einfluss auf den Energieverbrauch von Kühlgeräten ausübt, gefolgt von der Innentemperatureinstellung und dem Wärmeeintrag durch Lebensmittel. Der Einfluss von Befüllungsgrad unter sonst statischen Bedingungen sowie von Türöffnungen ist hingegen als gering zu bewerten. <br /> Der Modellansatz basiert auf thermodynamischen Grundlagen und wurde mit Hilfe experimenteller Daten angepasst. Ein Vergleich der vorausberechneten Energieverbräuche mit den gemessenen Werten zeigt eine gute Übereinstimmung für den gesamten untersuchten Bereich.