Czy utrzymywanie pełnej lodówki / zamrażarki znacząco przyczynia się do efektywności energetycznej?

Jest to jedno z tych stwierdzeń, z którymi często się spotykam, ale tak naprawdę nigdy nie widziałem dowodów na jego poparcie. Rada często idzie nawet dalej, mówiąc, że jeśli twoja lodówka / zamrażarka jest względnie pusta, powinieneś coś dodać (np. Butelki z wodą).

Pojawiły się tu również takie stwierdzenia, jak w odpowiedziach na to pytanie , to pytanie , to pytanie , a ostatnio także na to pytanie .

Zakładam, że w pewnych okolicznościach mogą wystąpić niewielkie oszczędności energii, ale czy jest to wystarczająco znaczące, aby się tym przejmować ? Co więcej, czy wystarczy zrekompensować utratę energii, na przykład podczas chłodzenia lub zamrażania wody (lub innych rzeczy) tylko po to, aby napełnić lodówkę?

Uwaga: Robiłem trochę własnych badań i zamierzałem zamieścić je w pytaniu, ale myślę, że bardziej odpowiednie będzie podanie tego, co znalazłem w odpowiedzi poniżej. Jeśli jednak ktoś ma wiarygodne źródła, które podają inną odpowiedź (a najlepiej rzeczywiste pomiary lub badania, które ją potwierdzą), jestem bardzo zainteresowany.

EDYCJA: Po napisaniu mojej odpowiedzi właśnie to znalazłem , gdzie Cecil Adams zdecydowanie opowiada się za hipotezą pełnej lodówki. Rzadko się nie zgadzam z Cecilem, a on odnosi się do wielu badań, choć nie ma cytatów. Jestem więc zainteresowany, czy ktoś może wskazać niektóre z tych badań.

PODSUMOWANIE: Chyba że coś tu brakuje lub robisz dziwne rzeczy z lodówką, możesz zaoszczędzić co najwyżej kilka dolarów rocznie, utrzymując pełną lodówkę / zamrażarkę. Co więcej, gromadzenie zapasów wody (lub innych rzeczy) w celu wypełnienia miejsca w lodówce / zamrażarce wcale cię nie oszczędza, chyba że przechowujesz ją tam BARDZO długo, ponieważ chłodzenie wody kosztuje tyle energii na pierwszym miejscu.

Jest to ważne powody, aby to zrobić:

• jeśli musisz przetrwać okresowe przerwy w dostawie prądu (jak zauważa TFD), to mając dużo lodu lub jedzenia w lodówce, dłużej będzie chłodniej
• większa ilość żywności w lodówce / zamrażarce ułatwi szybsze chłodzenie lub zamrażanie nowej żywności, co może czasem pomóc w zapewnieniu bezpieczeństwa / konserwacji żywności
• podobnie, posiadanie większej ilości żywności może pomóc zminimalizować niewielkie wahania temperatury podczas częstego otwierania drzwi, ponownie może w niektórych przypadkach przyczynić się do bezpieczeństwa / jakości żywności
• jeśli masz bardzo nieefektywną lodówkę, która chłodzi się nierównomiernie lub nie jest dobrze izolowana, posiadanie większej ilości żywności zapobiegnie włączaniu i wyłączaniu się cyklów (chociaż zbyt pełne napełnienie lodówki może również uniemożliwić jej prawidłową jazdę)

Wszystkie te są być może dobrym powodem, aby mieć łagodną preferencję w utrzymywaniu lodówki trochę bardziej napełnionej. Ale z punktu widzenia energii nie ma uzasadnienia dla celowego napełniania lodówki nadmiarem jedzenia / wody, ponieważ energia potrzebna do schłodzenia ciał stałych lub płynów jest zwykle wiele, wiele razy większa niż ilość potrzebna do schłodzenia powietrza.

Ponadto, jeśli Twoim głównym problemem jest „wypadanie” zimnego powietrza z lodówki, gdy drzwi są otwarte, sugeruję napełnienie go pustymi pojemnikami , w których jest tylko powietrze. Dadzą ci korzyść polegającą na tym, że nie stracisz nadmiaru zimnego powietrza, ale bez nakładu energii na chłodzenie cieczy, której nie potrzebujesz. (Ale znowu prawdopodobna korzyść to prawdopodobnie kilka dolarów rocznie).

Szczegóły poniżej.

Próbowałem wyszukać pewne wiarygodne statystyki i chociaż znajduję wiele, wiele źródeł, które twierdzą, że to twierdzenie, generalnie nie widzę rzeczywistych liczb dotyczących oszczędności energii ani nawet obliczeń teoretycznych na poparcie logiki praktyki.

W rzeczywistości wydaje się czasem pojawiać na listach „mitów” grup energetycznych, takich jak tutaj :

1. MIT: Możesz oszczędzać energię, utrzymując lodówkę pełną, szybko ją zamykając i regularnie czyszcząc cewki.

W rzeczywistości wszystkie trzy z tych działań nie są warte kłopotów. W badaniu przeprowadzonym przez Balsnika stwierdzono:

Total use from ALL fridge door openings adds up to <50 kWh/yr, or about $5.
Putting water bottles in your fridge to keep it full adds up to <0.1 kWh/yr.
Cleaning coils – no actual savings found.

Lub z tego dokumentu (na temat wydajności zamrażarek o niskiej temperaturze):

MIEJSKA LEGENDA? Pełna zamrażarka wymaga mniej energii do działania:Pozornym powodem tego pomysłu jest to, że masa termiczna rozgrzewa się dłużej, więc sprężarka nie musi tak ciężko pracować. Pomyśl o tym: podczas gdy zawartość nagrzewa się dłużej, chłodzenie również trwa dłużej, więc sprężarka działa tak samo codziennie. Podstawowe czynniki izolacyjne, takie jak grubość ścianki i integralność uszczelki, nie zmieniają się w przypadku pełnej lub pustej zamrażarki, więc dlaczego miałoby to wpływać na przenoszenie ciepła? Podczas gdy częstotliwość cyklu spadnie, czas trwania cyklu wydłuży się. Ciepło wchodzące do szafy się nie zmienia. Na początku każdego cyklu sprężarki występuje nominalny skok mocy, więc więcej cykli może nieco zwiększyć zużycie energii. Dane nie zostały szeroko udostępnione, więc na razie pozostają w legendzie miejskiej.

Logika tego ostatniego odniesienia wydaje się dotyczyć pytania, czy nieotwarta zamrażarka / lodówka będzie bardziej wydajna, gdy będzie pełna (jak czasem się twierdzi - że lodówka będzie musiała jakoś „mniej pracować”). Oczywiście nie ma to większego sensu, jak zauważa ten cytat.

Aby jednak to dokładnie ocenić, musielibyśmy wziąć pod uwagę to, co dzieje się po otwarciu lodówki / zamrażarki . Oto raport grupy zajmującej się oszczędzaniem energii, która próbowała szeregu testów (w tym otwieranie drzwi na różne okresy). Doszli do wniosku, że najlepsze lodówki z zamrażarkami zużywają mniej energii, gdy są pełne , choć zauważają w swojej analizie, że nie obejmuje to dodatkowej energii potrzebnej do schłodzenia dodatkowej żywności . Ale gdy jedzenie będzie chłodne i lodówka będzie pełna, będzie trochękorzyść energetyczna dla najlepszych zamrażarek. (Ile jest nieznanych, ponieważ ich wykresy nie mają liczb.) W przypadku innych modeli zamrażarek wyniki testów były mieszane, więc nie było wyraźnej korzyści z pustej i pełnej lodówki. Ich wniosek: „Więc naszą radą jest, aby nie martwić się o utrzymanie lodówki pełnej i skupić się bardziej na zamknięciu drzwi”.

Aby teoretycznie spojrzeć na otwieranie lodówki, spróbujmy kilku rozsądnych założeń:

Średnia wielkość lodówki w USA wynosi około 20 stóp ³ . Jeśli założymy, że lodówka nie jest pełen, a połowa z powietrza obecnego zastępuje powietrze o temperaturze pokojowej, gdy drzwi są otwarte, to byłoby około 10 ft ³ , czyli około 0,28 m ³ .

Za pomocą statystyk z tego miejsca możemy obliczyć, że schłodzenie tego 10 stóp ³ powietrza o 20 ° C (np. Z „temperatury pokojowej” około 25 ° C do 5 ° C) wymagałoby około 6,8 kJ energii lub 0,0019 kWh . W przypadku zamrażarki o podobnej wielkości temperatura powietrza prawdopodobnie musiałaby zostać obniżona o około 40 ° C, a nie o 20 ° C, więc liczby te zostałyby podwojone.

Jeśli otworzymy drzwi lodówki 20 razy dziennie, w ciągu roku daje to około 13,8 kWh w lodówce z 10 ft ³ pustej przestrzeni lub 27,5 kWh w zamrażarce z podobną ilością pustej przestrzeni. Statystyki w pierwszym cytacie powyżej szacują 50 kWh / rok dla wszystkich otworów drzwi lodówki, więc liczby wydają się być na właściwym miejscu. Zasadniczo strata energii na otwarcie lodówki kosztuje kilka dolarów rocznie.

Załóżmy teraz, że zamiast tego załadowaliśmy 10 stóp ³ wodą zamiast powietrza. (To jest absurdalnie duża ilość wody, ale używam jej, aby utrzymać zajmowaną objętość taką samą dla porównania.)

Ilość energii potrzebnej do schłodzenia wody z temperatury pokojowej można obliczyć podobnie z tych liczb . Chłodzenie 10 stóp ³ wody o 20 ° C wymagałoby około 23 000 kJ. Zamrożenie go do -15 ° C z 25 ° C wymagałoby około 120 000 kJ. (Liczba ta jest znacznie wyższa z powodu nadmiaru energii wymaganej do przekształcenia ciekłej wody w stały lód). Efekt dodania dużych ilości wody został wyraźnie pokazany w wyżej wspomnianym badaniu , w którym dodanie 150 funtów. wody o temperaturze pokojowej spowodowało gwałtowny wzrost lodówki do około 65 ° F i powrót do normalnej temperatury zajmuje prawie półtora dnia.

Aby umieścić te liczby w bardziej użytecznej formie:

• Musiałbyś schłodzić powietrze w lodówce około 3500 razy, aby „zapłacić” za ilość energii zużytej na chłodzenie tej samej objętości wody.

• Musiałbyś schłodzić powietrze w zamrażarce około 9000 razy, aby „zapłacić” za ilość energii zużytej na zamrożenie tej samej objętości wody.

AKTUALIZACJA: Jak słusznie zauważył Joe w komentarzach, założyłem tutaj suche powietrze, aby uprościć obliczenia. Ale prawdziwe powietrze w kuchni będzie wilgotne, a jego działanie nie jest nieznaczne. (Zakładałem, że błąd będzie mniejszy niż 50%, ale przy rozsądnych założeniach prawdopodobnie jest on wyłączony o współczynnik 1,5-3, w zależności od wilgotności w kuchni i wilgotności twojej lodówki.)

W każdym razie, zakładając, że zaczniemy od wilgotności względnej 50% w kuchni w temperaturze 25 ° C i zakładamy, że lodówka ochładza się do 5 ° C w lodówce i -15 ° C w zamrażarce , utrzymując przy tym wilgotność względną 50% (co oczywiście wymagałoby usunięcia pary wodnej), oto kilka zaktualizowanych statystyk:

- Musiałbyś schłodzić powietrze w lodówce około 1800 razy, aby „zapłacić” za ilość energii zużytej na chłodzenie tej samej objętości wody.

- Musiałbyś schłodzić powietrze w zamrażarce około 5500 razy, aby „zapłacić” za ilość energii zużytej na zamrożenie tej samej objętości wody.

[Szczegóły znajdują się poniżej.]

Zasadniczo, w zależności od częstotliwości otwierania lodówki i temperatury w pomieszczeniu, prawdopodobnie będziesz musiał schłodzić wodę przez co najmniej kilka miesięcy, zanim zobaczysz jakiekolwiek oszczędności energii (w ogóle). Prawdopodobnie będziesz musiał trzymać (tę samą) zamrożoną wodę przez co najmniej rok, aby uzyskać jakiekolwiek oszczędności energii. Nawet wtedy, przy rozsądnych ilościach wody (np. Kilka galonów), jest mało prawdopodobne, aby zaoszczędzić więcej niż kilka dolarów rocznie na kosztach energii (i prawdopodobnie mniej).

Ostatnia uwaga na temat pełnych lodówek: nawet jeśli uda ci się zaoszczędzić kilka centów rocznie przy pełnej lodówce, moje praktyczne doświadczenie mówi mi, że trzymam drzwi otwarte dłużej, gdy lodówka jest pełna niż kiedy jest prawie pusta, ponieważ często trzeba je przenosić lub tymczasowo wyciągać, aby dostać się z tyłu. Czy te teoretyczne oszczędności faktycznie kiedykolwiek się urzeczywistnią? Nie wiem

Dla tych, którzy są zainteresowani, oto „praca” do powyższych obliczeń. Przyjmuję objętość 10 stóp ³ = ~ 0,28 m ³ . Należy zauważyć, że zastosowano tu różne przybliżenia, aby uzyskać wartość „ballpark” - w szczególności przyjęto, że gęstości i określone ciepło są stałe w całym zakresie temperatur, co może wprowadzić błąd 5-10% w obliczeniach powietrza, i znacznie mniej do obliczeń wody.

(1) Chłodzenie (suche) powietrze o 20 ° C

• 0,28 m ³ powietrza x gęstość 1,205 kg / m ^3, w temperaturze 20 ° C z tabeli = 0,337 kg
• 0,337 kg × 20 ° C [to samo co 20 K] × ciepło właściwe 1,005 kJ / (kg K) = 6,8 kJ
• 6,8 kJ ÷ 3600 = 0,0019 kWh

(2) Chłodzenie (suche) powietrze o 40 ° C

• Ta sama masa powietrza początkowego
• 0,337 kg × 40 ° C × 1,005 kJ / (kg K) = 13,6 kJ

(3) Woda chłodząca od 25 ° C do 5 ° C

• Taka sama objętość 0,28 m ³
• 0,28 m ³ x gęstość około 1000 kg / m ³ = 280 kg
• 280 kg × 20 ° C × ciepło właściwe 4,18 kJ / (kg K) z tabeli = 23400 kJ
• UWAGA: Oczywiście nie można i nie należy napełniać domowej lodówki ~ 600 funtami. wody, ale użyłem tutaj tej samej objętości, aby wytworzyć energię potrzebną do porównywalnych objętości, ponieważ zapewniono, że zastąpienie powietrza równoważną objętością wody zrobi różnicę.

(4) Woda chłodząca od 25 ° C do -15 ° C

• Lód jest mniej gęsty niż woda, więc aby osiągnąć końcową objętość 10 m ^ 3, musimy zacząć od mniejszej ilości wody.
• 0,28 m ³ x gęstość lodu 916.8 kg / m ³ = 256 kg
• Chłodzenie do 0 ° C: 256 kg × 25 ° C × ciepło właściwe 4,18 kJ / (kg K) = 26800 kJ
• Zamrożenie: 256 kg × ciepło zamrażania 334 kJ / kg = 85700 kJ
• Chłodny lód do -15 ° C: 256 kg × 15 ° C × ciepło właściwe lodu 2.108 kJ / (kg K) = 8100 kJ
• Całkowita energia chłodnicza: 120 700 kJ

(5) Chłodzenie podobnej ilości wody do powietrza w lodówce = 23400 kJ ÷ 6,78 kJ = około 3450 razy więcej

(6) Chłodzenie podobnej ilości wody do powietrza w zamrażarce = 120700 kJ ÷ 13,6 kJ = około 8900 razy więcej

(7) Powietrze chłodzące o wilgotności względnej 50% o 20 ° C:

• Otrzymujemy frakcje wagowe pary wodnej w powietrzu o wilgotności 50% ze schematu Molliera . Tutaj x przy wilgotności 0,5 wynosi około 0,0098 kg / kg w temperaturze 25 ° C i około 0,0026 kg / kg w temperaturze 5 ° C.
• Następnie wykonujemy obliczenia entalpii (H) wilgotnego powietrza, które można znaleźć pod linkiem Joe tutaj .
• W temperaturze 25 ° C: H = (1,005 kJ / kg ° C) (25 ° C) + (0,0098 kg / kg) [(1,84 kJ / kg ° C) (25 ° C) + (2501 kJ / kg)] = 50,1 kJ / kg
• W 5 ° C: H = (1,005 kJ / kg ° C) (5 ° C) + (0,0026 kg / kg) [(1,84 kJ / kg ° C) (5 ° C) + (2501 kJ / kg)] = 11,6 kJ / kg
• Delta H (zmiana entalpii) = 50,1 - 11,6 = 38,5 kJ / kg
• Wilgotne powietrze jest nieco mniej gęste niż suche powietrze: używając liczb z tego miejsca wilgotne powietrze ma około 1,199 kg / m ³ w 20 ° C.
• Masa powietrza z wykorzystaniem powyższego założenia objętości 0,28 m ³ jest 0,336 kg
• Energia potrzebna do schłodzenia = zmiana entalpii × masa = 38,5 kJ / kg × 0,336 kg = 12,9 kJ
• Zauważ, że różne liczby tutaj mogą się nieznacznie różnić w zależności od zmiany temperatury, ale podobnie jak w linku Joe, możemy założyć, że są na tyle stałe, że nie wpłynie to na ostateczną odpowiedź o więcej niż kilka procent.

(8) Powietrze chłodzące od 25 ° C do -15 ° C w zamrażarce

• Stosując powyższy schemat Molliera, otrzymujemy ułamek wagowy około 0,00055 kg / kg przy wilgotności 50% w temperaturze -15 ° C
• Użyj obliczeń podobnych do powyższych
• H w -15 ° C = -13,7 kJ / kg
• delta H od 25 ° C do -15 ° C = 63,8 kJ / kg
• stosując masę i gęstość jak wyżej, całkowita energia wymagana do ochłodzenia wynosi = 21,4 kJ

(9) Obliczamy stosunki jak powyżej, co daje 1800 razy więcej energii do schłodzenia równoważnej objętości wody w lodówce i 5600 razy więcej energii do jej zamrożenia.

(10) Wilgotność względna może się różnić zarówno w kuchni, jak i lodówce, dlatego te obliczenia należy traktować jedynie jako liczbę w tabeli, być może w skrajnych przypadkach zmieniając się o współczynnik 2-3 w obu kierunkach. Niezależnie od tego ilość energii potrzebnej do schłodzenia nawet wilgotnego powietrza jest nieznaczna w porównaniu z energią potrzebną do schłodzenia płynnej lub stałej żywności.

Jeden przypadek na krawędzi jest, jeśli korzystasz z kontrolowanego planu zasilania lodówki lub masz inteligentny licznik energii i lodówkę (obie bardzo rzadko)

Dzięki tym planom możesz oszczędzać pieniądze, ale nie bezpośrednio, tylko ratujesz swój kraj przed nieefektywnym szczytowym wytwarzaniem energii

Może minąć wiele godzin bez zasilania lodówki, więc dobrze zaopatrzona lodówka lub zamrażarka będzie miała mniejszą zmianę temperatury, co może poprawić konserwację żywności

Istnieje wiele czynników. Jedynym czynnikiem, który ludzie rzadko biorą pod uwagę, jest masa . Poniżej rozważam tylko ten czynnik. Inne czynniki, takie jak otwarte drzwi, mogą mieć większy wpływ, zwłaszcza jeśli zostaną wzięte pod uwagę łącznie. Nie wiem.

Jeśli włożę butelkę wody o temperaturze pokojowej do zamrażarki z dziesięcioma butelkami zamrożonej wody, temperatura nowej butelki spadnie znacznie szybciej niż w pustej zamrażarce, ponieważ już jest więcej zimnej masy. Ma to jednak koszt; temperatura zamrożonych butelek wzrośnie w bezpośrednim związku z przenoszeniem ciepła. Agregat chłodniczy będzie musiał wykorzystać energię, aby przywrócić temperaturę dziesięciu butelek do ich prawidłowej temperatury. Więc tak, mamy szybsze zamrażanie. Ale nie, bazując tylko na tym czynniku, nie mamy mniej energii przeznaczonej na zamrożenie.

Podstawową funkcją agregatu chłodniczego jest utrzymanie różnicy ciepła między wnętrzem a zewnętrzem. Im większa masa tego, co musi być utrzymywane w niższej temperaturze, tym większa ilość energii potrzebna do tego. Powietrze ma bardzo małą masę, do zmiany temperatury potrzeba bardzo mało energii. W przeciwieństwie do tego butelka wody ma znacznie większą masę i do utrzymania różnicy ciepła konieczna będzie znacznie większa energia.

Jednym z powodów, dla których energia jest potrzebna do utrzymania stałej temperatury, jest przenoszenie ciepła z temperatury otoczenia na zewnątrz agregatu chłodniczego i pożądanej temperatury wewnątrz (możemy również myśleć o tym jako o zimnie wyciekającym w przeciwnym kierunku). W przeciwnym razie zamknięty zamrażarka nigdy nie trzeba żadnej energii, po jej osiągnięciu nastawy temperatury.

Zawartość pustej zamrażarki utrzymywanej w -20 ° C ma bardzo niską masę, podczas gdy zawartość zamrażarki wypełnionej butelkami z wodą ma znacznie większą masę. Pełna zamrażarka ma w rzeczywistości „więcej chłodu” , nawet gdy temperatura jest taka sama. Traci więcej chłodu na zewnątrz i potrzeba więcej energii, aby utrzymać zimno.

Tak więc, w oparciu wyłącznie o współczynnik strat zimna, pełna zamrażarka potrzebuje więcej prądu.

Jak ważny jest ten pojedynczy czynnik, zależy od wielu czynników, w tym od skuteczności osłony cieplnej zamrażarki, temperatury otoczenia (mniejszego transferu ciepła, jeśli temperatura w pomieszczeniu wynosi 16 ° C niż 30 ° C), wentylacji wężownic itp.

To, jak współdziała to z innymi czynnikami, tworzy dość skomplikowane równanie wieloczynnikowe i podejrzewam, że odpowiedź nie będzie taka sama dla każdej jednostki chłodniczej i każdego zastosowania.

Wszystkie te obliczenia zamiast zwykłego zdrowego rozsądku. Powietrze ma pojemność cieplną jednej czwartej wody. Oznacza to, że do każdego stopnia schłodzenie wody wymaga 4 razy więcej energii lodówki niż powietrza. Jeśli woda znajduje się w ciepłym pomieszczeniu (lub pod otwartymi drzwiami lodówki), rozgrzanie zajmie cztery razy dłużej niż powietrze. Przestań więc mówić o efektywności energetycznej i innych takich ezoterycznych terminach. Pomyśl tylko: jeśli moja lodówka jest pełna, za każdym razem, gdy otwieram drzwi i / lub wkładam coś, zmiana temperatury będzie mniejsza, jeśli będzie pełna, niż jeśli jest pusty. Więc zapomnij słowo „wydajny” i zastąp je słowem „najlepszy”. Zasadniczo, aby lodówka działała dobrze, innymi słowy, aby temperatura zmieniała się jak najmniej, utrzymuj ją pełną. Koniec opowieści.

Jest jeszcze jeden czynnik, który nie został wzięty pod uwagę. Woda / lód w lodówce szybciej schłodzi powietrze wewnętrzne, gdy drzwi się zamykają, co zmniejsza nakład pracy sprężarki po każdym wystąpieniu. Jeśli więc lodówka zostanie napełniona lodem zebranym po burzy śnieżnej, zmniejszy to zużycie energii spowodowane otwarciem drzwi i nigdy nie wystąpi koszt chłodzenia 150 funtów wody o temperaturze pokojowej. Chociaż nikt nie zgaduje, ile energii potrzeba, aby utrzymać pełną lodówkę w porównaniu z pustą lodówką, wydaje mi się, że te wartości należy uzyskać, dopóki drzwi pozostają zamknięte, aby ustalić poziom zużycia energii, a następnie przejść od tego momentu.

Wypełnianie pustej przestrzeni w lodówce, aby działało bardziej „wydajnie” lub oszczędzało pieniądze, jest po prostu nieprawidłowe. Pomyśl o tym w ten sposób, że prowadząc półciężarówkę, tańsze jest bieganie pełne lub puste. Pusta przestrzeń lub pełna przestrzeń będzie chłodzona przez lodówkę tak samo, znacznie taniej jest chłodzić pustą przestrzeń (powietrze). To takie proste.