Er sei damals nicht gerade ein kritischer Kühlschrankkäufer gewesen, sagt Raimund Almbauer heute. Das Gerät sollte in erster Linie gut kühlen - wie viel Energie dabei verbraucht wird, war für den Maschinenbauingenieur zweitrangig. Zumal der Kühlschrank seiner Wahl die Energieeffizienzklasse A hatte, was gemeinhin einen besonders sparsamen Umgang mit Energie verspricht.

Seit September 2004, dem Beginn seiner Arbeit im Christian-Doppler-Labor für Thermodynamik der Kolbenmaschinen an der Technischen Universität Graz, hat sich Almbauers Blick auf Kühlschränke allerdings radikal geändert. "Heute kann ich an keinem Kühlschrank mehr vorbeigehen, ohne mir zu überlegen, wie effizient der Kompressor wohl arbeitet", sagt Almbauer.

Seine Spezialität ist die Optimierung der Kolbenmaschinen im Bereich des Kompressors von Kühlschränken und von kleinen, schnell laufenden Zweitaktmotoren. Es ist bis heute immer noch der Energieverbrauch, den Almbauer fest im Blick hat. "Der muss weiter runter", sagt der Ingenieur.

Parallel dazu sollte allerdings auch über eine Anpassung der Energieeffizienzklassen gesprochen werden, denn "das Energie-Labeling ist damals vollkommen schiefgelaufen", meint Almbauer. Er begrüße es daher sehr, dass die EU angekündigt hat, das Energie-Labeling für Kühlschränke entsprechend zu verschärfen.

Kompressor optimieren

Die Stufe A erreiche nämlich heutzutage praktisch jeder Kühlschrank, dabei sollte sie eigentlich ein Gütesiegel sein, das mit entsprechend großem Forschungsaufwand verbunden ist. Inzwischen gebe es aber schon Kühlschränke, die A plus und A plus plus schaffen, erzählt er.

Und selbst die höchste Stufe A plus plus ist mit neuen Kompressoren bereits zu überbieten. Neben wirksameren Isolierungen und vergrößerten Wärmetauscherflächen ist es dabei vor allem der Kompressor, bei dem in Sachen Energie noch etwas geholt werden kann. Dafür muss Almbauer allerdings tief in die ingenieurtechnische Trickkiste greifen. Den Kompressor in Kühlschränken gibt es in seiner Grundform nämlich bereits seit mehreren Jahrzehnten. Hier noch weitere Verbesserungen zu erzielen sei keineswegs trivial, sagt Almbauer. Die Komponenten sind erprobt und funktionieren.

Erst in den letzten fünf Jahren, mithilfe moderner numerischer Simulationsprogramme, gelingt es den Grazer Wissenschaftern zunehmend, dem Kompressor seine letzten Geheimnisse zu entlocken und ihn Schritt für Schritt zu optimieren. Dabei bilden sie den Kompressor im ersten Schritt dreidimensional komplett im Rechner nach. Um zu überprüfen, wie gut ihr Modell geworden ist, werden die Ergebnisse des Programms mit Werten aus Messungen an einem Kompressorprüfstand verglichen. "Diese Kombination liefert sehr gute Ergebnisse. So können wir die wirklichen Verlustmechanismen aufspüren und dann daran arbeiten, diese gezielt abzustellen", sagt der Experte.

Einer dieser so entdeckten versteckten Energiefresser liegt im Übergang des Kältemittels in den Zylinder der Kolbenmaschine des Kompressors. Bewegt sich der Kolben abwärts, wird das Gas - in europäischen Kühlschränken handelt es sich um umweltunkritisches Isobutan - in den Zylinder gesogen. Im Idealfall sollte es allerdings innerhalb des Zylinders die gleiche Temperatur aufweisen wie im Einsaugbereich außerhalb.

In der Praxis erwärmt sich der Kohlenwasserstoff bei dem Einsaugvorgang im Ventil allerdings von 32 Grad auf rund 60 Grad Celsius. "Das bedeutet rund zehn Prozent Verlust", erklärt Almbauer. Durch eine Neugestaltung des Einsaugventils versuchen die Forscher diese Temperaturdifferenz nun deutlich zu verkleinern. Auch wenn die Arbeit teilweise mühsam ist, ist Almbauers Team hoch motiviert. "Mehr als 100 Millionen solcher Kühlschrankkompressoren werden jährlich gebaut", sagt der Forscher, "da kommt jeder eingesparte Prozentpunkt sofort der Umwelt zugute."

Bis zu zehn Prozent sparen

So konnte unter anderem durch die Grazer Forschungsbeiträge zum Kompressor der Energieverbrauch von Kühlschränken innerhalb der letzten fünf Jahre um bis zu zehn Prozent gesenkt werden. Viel von dem Know-how aus dem CD-Labor ist auch in einen in Kürze auf dem Markt erhältlichen Kompressor geflossen, den Almbauer zusammen mit dem CD-Labor Industriepartner ACC Austria, einem Hersteller für Kühlschrankkompressoren, entwickelt hat.

Der habe das halbe Gewicht, bei verbesserter Leistung, sagt Almbauer. Darauf ausruhen wird sich der Ingenieur keinesfalls, er hat bereits neue Ideen: "Zurzeit simulieren wir den Kompressor noch alleine - wenn wir aber den gesamten Kühlkreislauf im Rechner abbilden, sind sicher noch einige Prozent Energieeinsparung drin." (Denis Dilba/DER STANDARD, Printausgabe, 18.11.2009)