Чи суттєво допомагає зберігати холодильник / морозильну камеру?

Це одне з тих тверджень, з якими я часто стикаюся, але я ніколи не бачив доказів, які підтверджують це. Пора часто йде ще далі, якщо ваш холодильник / морозилка відносно порожній, вам слід додати щось (наприклад, пляшки з водою).

Такі твердження з'явилися і тут, як і у відповідях на це питання , це питання , це питання і останнім часом це питання .

Я припускаю, що за певних обставин може бути незначна економія енергії, але чи достатньо вона значна, щоб насправді хвилювати ? Більше того, чи достатньо компенсувати втрачену енергію, наприклад, охолодження або замерзання води (або інших речей) просто для заповнення холодильника?

Примітка: я займався деякими власними дослідженнями і збирався опублікувати це питання, але думаю, що буде більш доцільним надати те, що я знайшов у відповіді нижче. Однак, якщо хтось має надійні джерела, які дають іншу відповідь (і, бажано, фактичні вимірювання або дослідження, які підтверджують це), я дуже зацікавлений.

EDIT: Після написання своєї відповіді я щойно знайшов це , де Сесіль Адамс рішуче стверджує на користь гіпотези про повний холодильник. Я рідко не погоджуюся з Сесілом, і він посилається на ряд досліджень, хоча жодних цитат. Тож мені цікаво, чи хтось може вказати на якесь із цих досліджень.

РЕЗЮМЕ: Якщо я тут чогось не пропускаю або ви робите дуже дивні речі зі своїм холодильником, ви, максимум, заощадите пару доларів на рік, зберігаючи свій холодильник / морозильник. Більше того, накопичення води (або інших речей) для заповнення місця в холодильнику / морозильній камері взагалі не заощадить вас, якщо ви довго не зберігаєте її там, оскільки це коштує стільки енергії для охолодження води на першому місці.

Для цього є поважні причини:

• якщо вам потрібно пережити періодичні відключення електроенергії (як зазначає TFD), багато льоду або їжі в холодильнику довше буде охолоджувати
• більша кількість їжі в холодильнику / морозилці полегшить охолодження або швидше заморожування нової їжі, що іноді може сприяти безпеці / збереженню їжі
• аналогічно, більша кількість їжі може допомогти мінімізувати невеликі коливання температури при частому відкриванні дверей, що, можливо, сприятиме безпеці / якості їжі в деяких випадках
• якщо у вас дуже неефективний холодильник, який охолоджується нерівномірно або недостатньо добре утеплений, вживання більшої кількості їжі запобіжить стільки перемикань на велосипеді та вимикання (хоча упаковка холодильника занадто повна також може запобігти його правильному кругообігу)

Все це, мабуть, вагомі причини для того, щоб мати м'яку перевагу зберігати холодильник трохи повніше. Але, з енергетичної точки зору, не існує обґрунтування навмисного наповнення холодильника надлишком їжі / води, оскільки енергія, необхідна для охолодження будь-яких твердих речовин або рідин, зазвичай багато, багато разів більша кількість, необхідна для охолодження повітря.

Крім того, якщо ваша головна проблема - холодне повітря, що "випадає" з холодильника, коли двері відчинені, я б запропонував наповнити його порожніми контейнерами, в яких є лише повітря. Вони допоможуть вам не втратити зайве холодне повітря, але без витрат енергії на охолодження рідини вам не потрібно. (Знову ж таки, ймовірна вигода - це, мабуть, пара доларів на рік максимум.)

Деталі нижче.

Я намагався шукати деякі достовірні статистичні дані, і хоча я знаходжу багато-багато джерел, які висловлюють це твердження, я, як правило, не бачу фактичних цифр щодо економії енергії або навіть теоретичного розрахунку на підтримку логіки цієї практики.

Насправді, це іноді здається, з'являються на «міфи» списки енергетичних груп, таких , як тут :

1. МІФ: Ви можете заощадити енергію, зберігаючи свій холодильник, швидко закриваючи його і регулярно чистячи котушки.

Насправді всі три ці дії не варті ваших клопотів. У дослідженні, проведеному Бальсником, було виявлено:

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.

Або з цього документа (про ефективність морозильних камер наднизької температури):

МІСЬКА ЛЕГЕНДА? Повний морозильник забирає менше енергії для роботи:Неодмінною причиною такої ідеї є те, що теплова маса займає більше часу для нагрівання, тому компресор не повинен працювати так важко. Подумайте над цим: хоча вміст займає більше часу для нагрівання, його також потрібно довше охолоджувати, тому компресор працює так само довго, як щодня. Основні ізоляційні фактори товщини стінок та цілісності прокладок не змінюються при повному або порожньому морозильнику, тож чому він повинен змінювати передачу тепла? Поки частота циклу буде знижуватися, тривалість циклу збільшиться. Тепло, що надходить у шафу, не зміниться. На початку кожного циклу компресора є номінальний сплеск потужності, тому більше циклів може трохи збільшити споживання енергії. Дані не широко поширені, тому поки що вони залишаються у статусі міської легенди.

Логіка цієї останньої посилання, мабуть, стосується питання про те, чи буде незакритий морозильник / холодильник більш ефективним, коли він буде наповнений (як це іноді стверджується - холодильнику доведеться якось "працювати менше". Очевидно, що це не має особливого сенсу, як зазначається в цій цитаті.

Однак, щоб точно оцінити це, нам потрібно врахувати, що відбувається, коли ви відкриєте холодильник / морозильну камеру . Ось звіт групи з енергозбереження, яка перепробувала ряд тестів (включаючи відкриття дверей за різний час). Вони дійшли висновку, що топ-моделі морозильних камер холодно витрачають менше енергії , хоча в своєму аналізі зазначають, що вона не включає в себе додаткової енергії, необхідної для охолодження додаткової їжі . Але як тільки їжа прохолодна і холодильник наповнений, є деякіенергетична вигода для топ морозильних камер. (Скільки невідомо, оскільки їх графіки не мають цифр.) Для інших типів моделей морозильної камери результати тестів були неоднозначними, тому явної користі від порожнього та повного холодильника не було. Їх висновок: "Отже, наша порада - не турбуватися про те, щоб залишити холодильник наповненим, і більше зосереджуватися на тому, щоб двері не були закриті".

Для теоретичної точки зору відкриття холодильника спробуємо кілька розумних припущень:

Середній розмір холодильника в США становить близько 20 футів ³ . Якщо припустити, що холодильник не заповнений наполовину, а половина присутнього повітря замінюється повітрям кімнатної температури, коли двері відкриваються, це буде приблизно 10 футів ³ , або приблизно 0,28 м ³ .

Використовуючи статистику звідси , ми можемо підрахувати, що для охолодження 10 футів ³ повітря на 20 ° C (наприклад, від "кімнатної температури" приблизно від 25 ° C до 5 ° C) буде потрібно близько 6,8 кДж енергії або 0,0019 кВт / год. . Для морозильної камери подібного розміру температуру повітря, швидше за все, доведеться знизити приблизно на 40 ° C, а не на 20 ° C, тому ці цифри будуть подвоєні.

Якщо ми відкриваємо дверцята холодильника 20 разів на день, протягом року, це може додати приблизно 13,8 кВт · год для холодильника з 10 футами ³ порожнього простору, або 27,5 кВт · год для морозильної камери з аналогічною кількістю порожнього місця. Статистика в першій вище пропозиції оцінюється в 50 кВт / год для всіх отворів холодильника, тому цифри, здається, знаходяться у правильному місці. В основному це коштує в пару доларів щороку втрати енергії на відкриття холодильника.

Тепер, припустимо, ми замість повітря завантажили 10 футів ³ водою. (Це смішно велика кількість води, але я використовую її, щоб зайнятий об'єм був однаковим для порівняння.)

Кількість енергії, необхідної для охолодження води з кімнатної температури, може бути обчислена аналогічно з цих чисел . Для охолодження 10 футів ³ води до 20 ° C потрібно приблизно 23 000 кДж. Заморожування його до -15 ° C з 25 ° C вимагало б близько 120 000 кДж. (Ця кількість значно більша, через надлишок енергії, необхідної для перетворення рідкої води в твердий лід.) Ефект додавання великої кількості води був чітко показаний у згаданому вище дослідженні , де додавання 150 фунтів. води кімнатної температури призвели до того, що холодильник опустився приблизно до 65 ° F і майже добу і півтора дня повернутися до нормальної температури.

Щоб поставити ці цифри в більш корисну форму:

• Вам доведеться охолодити повітря в холодильнику приблизно 3500 разів, щоб "оплатити" кількість витраченої енергії на охолодження того ж обсягу води.

• Вам доведеться охолодити повітря в морозилці приблизно в 9000 разів, щоб "оплатити" кількість енергії, витраченої на заморожування того ж обсягу води.

ОНОВЛЕННЯ: Як справедливо зазначає Джо у коментарях, я припускав, що тут сухе повітря для спрощення розрахунків. Але справжнє кухонне повітря буде вологим, і його ефект не є незначним. (Я припускав, що помилка буде менше 50% або близько того, але за обґрунтованих припущень, це, ймовірно, виключається в 1,5-3 раза, залежно від вологості на вашій кухні та від вологості вашого холодильника.)

Так чи інакше, якщо припустити, що ми починаємо з відносної вологості 50% на кухні при 25 ° C, і ми припускаємо, що холодильник охолоджується до 5 ° C в холодильнику і до -15 ° C в морозилці , зберігаючи при цьому температуру 50% відносної вологості. (що, очевидно, вимагатиме видалення водяної пари), ось кілька оновлених статистичних даних:

- Вам доведеться приблизно 1800 разів охолоджувати повітря в холодильнику, щоб «оплатити» кількість витраченої енергії на охолодження того ж обсягу води.

- Вам доведеться приблизно 5500 разів охолоджувати повітря в морозильній камері, щоб "оплатити" кількість енергії, витраченої на заморожування того ж обсягу води.

[Детальну інформацію див. У розрахунках нижче.]

В основному, залежно від того, як часто ви відкриваєте холодильник і температуру в приміщенні, вам, ймовірно, доведеться охолоджувати воду хоча б кілька місяців, перш ніж побачити будь-яку економію енергії (взагалі). Вам, ймовірно, потрібно буде зберігати (таку ж) воду, замерзлу принаймні рік, щоб отримати економію енергії. Навіть тоді для розумної кількості води (наприклад, декількох галонів) навряд чи ви заощадите більше, ніж кілька доларів на рік на енерговитратах (і, можливо, менше).

Заключна примітка про повні холодильники: навіть якщо припустити, що вам вдасться зекономити кілька центів на рік за допомогою повного холодильника, мій практичний досвід говорить про те, що я тримаю двері набагато довше, коли холодильник повний, ніж коли він майже порожній, оскільки я часто потрібно переміщати речі або тимчасово виймати речі, щоб отримати речі назад. Так чи справді ця теоретична економія взагалі реалізується? Не знаю.

Для тих, хто цікавиться, ось «робота» для розрахунків вище. Я припускаю об'єм 10 футів ³ = ~ 0,28 м ³ . Зауважте, що тут було використано різні наближення, щоб отримати фігуру "бального парку" - зокрема, щільність і питома нагрівання вважалися постійними в діапазоні температур, що може ввести помилку 5-10% для повітряних обчислень, і набагато менше для розрахунків води.

(1) Охолодження (сухе) повітря до 20 ° C

• 0,28 м ³ повітря × щільність 1,205 кг / м ³ при 20 ° С від таблиці = 0,337 кг
• 0,337 кг × 20 ° С [те саме, що 20 К] × питома теплота 1,005 кДж / (кг К) = 6,8 кДж
• 6,8 кДж ÷ 3600 = 0,0019 кВт / год

(2) Охолодження (сухе) повітря до 40 ° C

• Однакова вага вихідного повітря
• 0,337 кг × 40 ° С × 1 005 кДж / (кг К) = 13,6 кДж

(3) Охолодження води від 25 ° C до 5 ° C

• Той же об'єм 0,28 м ³
• 0,28 м ³ × щільність близько 1000 кг / м ³ = 280 кг
• 280 кг × 20 ° С × питома теплота 4,18 кДж / (кг К) від таблиці = 23400 кДж
• ПРИМІТКА. Очевидно, що не можна і не слід заповнювати домашній холодильник ~ 600 фунтів. води, але я використовував той самий об'єм тут, щоб зробити енергію, необхідну для порівнянних обсягів, оскільки стверджується, що заміна повітря на еквівалентний об'єм води призведе до зміни.

(4) Охолодження води від 25 ° C до -15 ° C

• Лід менш щільний, ніж вода, тому для досягнення кінцевого об’єму 10 м ^ 3, треба починати з меншої кількості води.
• 0,28 м ³ × щільність льоду 916,8 кг / м ³ = 256 кг
• Охолодження до 0С: 256 кг × 25 ° С × питома теплота 4,18 кДж / (кг К) = 26800 кДж
• Заморожування: 256 кг × теплота заморожування 334 кДж / кг = 85700 кДж
• Прохолодний лід до -15 ° C: 256 кг × 15 ° C × питома теплота льоду 2,108 кДж / (кг К) = 8100 кДж
• Загальна енергія охолодження: 120 700 кДж

(5) Охолодження аналогічної кількості води до повітря в холодильнику = 23400 кДж ÷ 6,78 кДж = приблизно в 3450 разів більше

(6) Охолодження аналогічної кількості води та повітря в морозилці = 120700 кДж ÷ 13,6 кДж = приблизно в 8900 разів більше

(7) Охолодження повітря при 50% відносній вологості до 20 ° C:

• Ми отримуємо вагові частки водяної пари у повітрі при 50% вологості за діаграмою Mollier . Тут х при вологості 0,5 становить приблизно 0,0098 кг / кг при 25 ° С і приблизно 0,0026 кг / кг при 5 ° С.
• Потім ми слідуємо за розрахунком ентальпії (H) вологого повітря, як це знайдено за посиланням Джо тут .
• При 25 ° С: H = (1.005 кДж / кг ° С) (25 ° С) + (0,0098 кг / кг) [(1,84 кДж / кг ° С) (25 ° С) + (2501 кДж / кг)] = 50,1 кДж / кг
• При 5 ° С: Н = (1.005 кДж / кг ° С) (5 ° С) + (0,0026 кг / кг) [(1,84 кДж / кг ° С) (5 ° С) + (2501 кДж / кг)] = 11,6 кДж / кг
• Дельта Н (зміна ентальпії) = 50,1 - 11,6 = 38,5 кДж / кг
• Вологість повітря дещо менш густа, ніж сухе повітря: з використанням даних, звідси вологе повітря становить близько 1,199 кг / м ³ при 20 ° С.
• Маса повітря з використанням припущення вище об'єму 0,28 м ³ становить 0,336 кг
• Енергія, необхідна для охолодження = зміна ентальпії × маси = 38,5 кДж / кг × 0,336 кг = 12,9 кДж
• Зауважте, що різні цифри тут можуть дещо відрізнятися залежно від зміни температури, але, як і у посиланні Джо, ми можемо вважати, що вони досить постійні, що не впливатиме на остаточну відповідь більш ніж на кілька відсотків.

(8) Охолодження повітря від 25 ° C до -15 ° C у морозильній камері

• Використовуючи схему Mollier, пов'язану вище, ми отримуємо вагову частку приблизно 0,00055 кг / кг при 50% вологості при -15 ° C
• Використовуйте аналогічні розрахунки вище
• Н при -15 ° С = -13,7 кДж / кг
• дельта H від 25 ° C до -15 ° C = 63,8 кДж / кг
• використовуючи масу та щільність, як зазначено вище, загальна енергія, необхідна для охолодження, становить = 21,4 кДж

(9) Ми обчислюємо співвідношення, як зазначено вище, закінчуючи в 1800 разів більше енергії для охолодження еквівалентного об’єму води в холодильнику та 5600 разів більше енергії для її заморожування.

(10) Відносна вологість може змінюватись як на кухні, так і в холодильнику, тому в крайніх випадках ці розрахунки слід сприймати лише як цифру, яка може бути різною в 2-3 рази в будь-якому напрямку. Незважаючи на те, кількість енергії, необхідної для охолодження навіть вологого повітря, незначна порівняно з витратою , необхідною для охолодження будь-якої рідкої або твердої їжі.

Один крайний випадок - якщо ви плануєте регулювати потужність холодильника, або у вас розумний лічильник потужності та холодильник (обидва дуже рідкісні)

Завдяки цим планам ви можете заощадити гроші, але не енергоресурси безпосередньо, ви просто рятуєте свою країну від неефективного пікового виробництва електроенергії

Ми можемо пройти багато годин без енергії для вашого холодильника, тому добре забезпечений холодильник або морозильна камера матиме менший перепад температури, а це може покращити збереження їжі

Існує багато факторів. Один з факторів, який люди рідко беруть до уваги, - це маса . Нижче я розглядаю лише цей фактор. Інші фактори, такі як відкриті двері, можуть мати більший вплив, особливо якщо розглядати їх сукупно. Я не знаю.

Якщо я поставлю пляшку з кімнатною температурою у морозильну камеру з десятьма пляшками замороженої води, температура нової пляшки знизиться набагато швидше, ніж у порожній морозильній камері, оскільки там вже більше холодної маси. Однак це має вартість; температура заморожених пляшок підвищиться в прямому відношенні до передачі тепла. Холодильний агрегат повинен буде використовувати енергію, щоб повернути температуру десяти пляшок до їх правильної температури. Так що так, у нас швидше заморожування. Але ні, виходячи лише з цього фактора, у нас не витрачається менше енергії на заморожування.

Основна функція холодильної установки полягає в підтримці теплового диференціалу всередині і зовні. Чим більша маса того, що потрібно утримувати при нижчій температурі, тим більша кількість енергії, необхідної для цього. Повітря має дуже мало маси, дуже мало енергії потрібно для зміни своєї температури. Навпаки, пляшка з водою має набагато більшу масу і для підтримки теплового диференціала буде потрібно набагато більше енергії.

Однією з причин енергії, необхідної для підтримки постійної температури, є передача тепла від температури навколишнього середовища за межами холодильної установки та бажаної температури всередині (ми можемо також вважати це як холод, що просочується у зворотному напрямку). В іншому випадку закритої морозильної камери не потрібно буде ніякого електрики, коли він досяг значення температури.

Вміст порожнього морозильної камери, що зберігається при -20 ° С, має дуже низьку масу, тоді як вміст морозилки, наповненої пляшками води, має набагато більшу масу. Повний морозильник насправді має "більш холодне" всередині, навіть коли температура однакова. Він втрачає більше холоду назовні, і потрібно більше енергії, щоб зберігати його холодно.

Тож виходячи лише з фактору втрати холоду, повний морозильник потребує більше електроенергії.

Наскільки важливий цей єдиний фактор, залежить від багатьох речей, включаючи ефективність теплозахисту морозильної камери, температуру навколишнього середовища (менша передача тепла, якщо температура в приміщенні 16 ° С, ніж 30 ° С), вентиляція теплових котушок тощо.

Як ця взаємодія з іншими факторами створює досить складне багатофакторне рівняння, і я підозрюю, що відповідь буде не однаковою для кожного холодильного агрегату та кожного використання.

Всі ці підрахунки замість прямого розуму. Повітря має теплову ємність на одну чверть води. Це означає, що для кожного ступеня охолодження води потребує в 4 рази більше енергії холодильника, ніж повітря. Якщо вода знаходиться в теплому приміщенні (або у відкритих дверях холодильника), для нагрівання знадобиться чотири рази довше, ніж повітря. Тому перестаньте говорити про енергоефективність та інші подібні езотеричні терміни. Подумайте: Якщо мій холодильник буде заповнений, кожного разу, коли я відкриваю двері та / або кладу щось, зміни температури будуть меншими, якщо вона повна, ніж якщо вона пусто. Тому забудьте слово "ефективний" і замініть його на "найкраще". В основному, щоб холодильник працював добре, інакше кажучи, щоб температура змінювалася якомога менше, тримайте його наповненим. Кінець історії.

Існує також ще один фактор, який не враховувався. Вода / лід у холодильнику швидше охолоджуватиме внутрішнє повітря, коли двері закриваються, що зменшує роботу компресора після кожного виникнення. Так, якби холодильник наповнювався льодом, зібраним після сніжної бурі, це зменшило б споживання електроенергії, викликане відкриттям дверей, і рахунок охолодження 150 фунтів води кімнатної температури ніколи не відбудеться. Хоча хтось здогадується, скільки енергії потрібно для підтримки повного холодильника проти порожнього холодильника, мені здається, що ці значення слід отримати, поки двері залишаються закритими для встановлення базової лінії споживання електроенергії, а потім піти звідти.

Заповнення порожнього місця в холодильнику, щоб зробити його більш ефективним або заощадити гроші, просто не правильно. Подумайте про це так, як ви керуєте напів вантажівкою, чи дешевше їхати повністю або порожньо. Порожній або повний простір буде охолоджений холодильником так само, набагато дешевше охолодити порожній простір (повітря). Це так просто.