Manter um frigorífico / congelador cheio ajuda significativamente a eficiência energética?

RESUMO: A menos que eu esteja perdendo alguma coisa aqui ou você esteja fazendo coisas muito estranhas com sua geladeira, você economizaria no máximo alguns dólares por ano mantendo sua geladeira / freezer cheia. Além disso, estocar água (ou outras coisas) para preencher o espaço da geladeira / freezer não economizará muito, a menos que você a mantenha armazenada lá por MUITO tempo, pois custa muita energia para resfriar a água em primeiro lugar.

Lá estão razões válidas para fazer isso:

• se você precisar sobreviver a quedas de energia intermitentes (como observa o TFD), ter muito gelo ou comida na geladeira manterá a temperatura por mais tempo
• uma quantidade maior de alimentos na geladeira / freezer tornará mais fácil resfriar ou congelar novos alimentos mais rapidamente, o que às vezes pode ajudar na segurança / preservação de alimentos
• Da mesma forma, ter mais comida pode ajudar a minimizar pequenas flutuações de temperatura ao abrir a porta com freqüência, novamente ajudando na segurança / qualidade dos alimentos em alguns casos
• se você tiver um refrigerador muito ineficiente que resfrie de forma desigual ou não esteja bem isolado, ter mais comida evitará o ciclo de ligar e desligar o ciclismo (embora seja necessário guardar um refrigerador também cheio também pode impedi-lo de pedalar corretamente)

Talvez todas essas sejam boas razões para ter uma preferência leve por manter a geladeira um pouco mais cheia. Mas, de uma perspectiva energética, não há uma justificativa para deliberadamente encher a geladeira com excesso de comida / água, já que a energia necessária para resfriar quaisquer sólidos ou líquidos é geralmente muitas, muitas vezes a quantidade necessária para resfriar o ar.

Além disso, se sua principal preocupação for o ar frio "caindo" da geladeira quando a porta estiver aberta, Eu sugiro preenchê-lo com vazio containers que têm apenas ar neles. Eles oferecem o benefício de não perder o excesso de ar frio, mas sem o gasto de energia para resfriar um líquido, você não precisa. (Mas, novamente, o benefício provável é provavelmente alguns dólares por ano, no máximo.)

Detalhes abaixo.

Tentei procurar algumas estatísticas confiáveis ​​e, embora encontre muitas e muitas fontes que fazem essa afirmação, geralmente não vejo números reais de economia de energia ou mesmo um cálculo teórico para apoiar a lógica da prática.

De fato, às vezes parece aparecer em listas de "mitos" de grupos de energia, como aqui:

1. MYTH: You can save energy by keeping your fridge full, closing it quickly, and regularly cleaning the coils.

Actually, all three of these actions are not worth your trouble. In the study done by Balsnik it was found:

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.

Ou a partir disso documento (na eficiência dos ultracongeladores de temperatura baixa):

URBAN LEGEND? A full freezer takes less energy to operate: An ostensible reason for this idea is that the thermal mass takes longer to warm up, so the compressor doesn’t have to work as hard. Think about it: while the contents take longer to warm up, it also takes longer to cool down so the compressor works just as long every day. The fundamental insulating factors of wall thickness and gasket integrity do not change with a full or empty freezer, so why should it make a difference to heat transfer? While cycle frequency will go down, cycle duration will go up. The heat entering the cabinet will not change. There is a nominal power spike at the beginning of each compressor cycle, so more cycles could plausibly increase energy use a little bit. Data has not been widely shared, so it remains in urban legend status for now.

A lógica desta última referência parece abordar a questão de saber se um Fechado o freezer / refrigerador será mais eficiente quando estiver cheio (como às vezes é reivindicado - que o refrigerador precisará "trabalhar menos duro" de alguma forma). Obviamente, isso não faz muito sentido, como observa esta citação.

No entanto, para julgar isso com precisão, precisamos levar em consideração o que acontece quando você abre a geladeira / freezer. Aqui está um relatório de um grupo de economia de energia que tentou vários testes (incluindo abrir a porta por várias quantidades de tempo). Eles concluíram que Os principais modelos de refrigeradores consumiam menos energia quando estavam cheios, embora eles observem em suas análises que não inclui a energia adicional necessária para resfriar os alimentos extras em primeiro lugar. Mas uma vez que a comida esteja fria e a geladeira cheia, haverá alguns benefício energético para os principais congeladores. (Quanto é desconhecido, já que seus gráficos não têm números.) Para outros tipos de modelos de freezer, os resultados dos testes foram confusos, portanto não havia um benefício claro de uma geladeira vazia versus cheia. A conclusão deles: "Portanto, nosso conselho é não se preocupar em manter a geladeira cheia e se concentrar mais em manter a porta fechada".

Para uma perspectiva teórica sobre a abertura da geladeira, vamos tentar algumas suposições razoáveis:

O tamanho médio da geladeira nos EUA é de cerca de 20 ft³. Se assumirmos que a geladeira não está cheia e metade do ar presente é substituído pelo ar em temperatura ambiente quando a porta é aberta, isso seria aproximadamente 10 ft³ou sobre o 0.28 m³.

Usando estatísticas de aqui, podemos calcular o resfriamento que o 10 ft³ de ar abaixo de 20 ° C (por exemplo, de "temperatura ambiente" de cerca de 25 ° C a 5 ° C) exigiria cerca de 6.8 kJ de energia, ou 0.0019 kWh. Para um freezer de tamanho semelhante, a temperatura do ar provavelmente teria que ser reduzida em torno de 40 ° C, em vez de 20 ° C, portanto esses números seriam dobrados.

Se abrirmos a porta do refrigerador 20 vezes por dia, mais de um ano resultaria em cerca de 13.8 kWh para um refrigerador com o 10 ft³ de espaço vazio ou 27.5 kWh para um freezer com uma quantidade semelhante de espaço vazio. As estatísticas na primeira cotação acima estimam 50 kWh / ano para todas as aberturas de portas de geladeira, portanto os números parecem estar no estádio certo. Basicamente, custa alguns dólares todos os anos em perda de energia para abrir a geladeira.

Agora, suponha que, em vez disso, tenhamos carregado esse 10 ft³ com água em vez de ar. (Essa é uma quantidade ridiculamente grande de água, mas eu a estou usando para manter o volume ocupado igual para uma comparação.)

A quantidade de energia necessária para resfriar a água da temperatura ambiente pode ser calculada de maneira semelhante a partir de esses números. Arrefecimento 10 ft³ de água por 20 ° C exigiria aproximadamente 23,000 kJ. Congelá-lo a -15 ° C a partir de 25 ° C exigiria cerca de 120,000 kJ. (Esse número é significativamente maior, devido ao excesso de energia necessária para transformar água líquida em gelo sólido.) O efeito da adição de grandes quantidades de água foi mostrado claramente no estudo mencionado acima, em que a adição de 150 lbs. de água à temperatura ambiente fez com que a geladeira atingisse cerca de 65 ° F e levasse quase um dia e meio para retornar à temperatura normal.

Para colocar esses números de uma forma mais útil:

• Você precisaria esfriar o ar na geladeira cerca de vezes o 3500 para "pagar" a quantidade de energia gasta resfriando o mesmo volume de água.

• Você teria que esfriar o ar no freezer cerca de vezes o 9000 para "pagar" a quantidade de energia gasta no congelamento do mesmo volume de água.

ATUALIZAR: Como Joe corretamente aponta nos comentários, assumi o ar seco aqui para simplificar os cálculos. Mas o ar real da cozinha estará úmido e seu efeito não é insignificante. (Presumi que o erro seria inferior a 50% ou mais, mas sob suposições razoáveis, provavelmente isso é um fator de 1.5-3, dependendo da umidade da cozinha e da umidade da geladeira.)

De qualquer forma, supondo que começamos com uma umidade relativa de 50% na cozinha a 25 ° C, e assumimos que a geladeira esfria para 5 ° C na geladeira e -15 ° C no congelador mantendo a umidade relativa 50% a essas temperaturas (que obviamente exigiria remoção de vapor de água), aqui estão algumas estatísticas atualizadas:

- Você teria que esfriar o ar na geladeira cerca de vezes o 1800 para "pagar" a quantidade de energia gasta resfriando o mesmo volume de água.

- Você teria que esfriar o ar no freezer cerca de vezes o 5500 para "pagar" a quantidade de energia gasta no congelamento do mesmo volume de água.

[Veja os cálculos abaixo para obter detalhes.]

Basicamente, dependendo da frequência com que você abre a geladeira e a temperatura ambiente, você provavelmente precisará refrigerar a água por pelo menos vários meses antes de obter alguma economia de energia (de todo). Você provavelmente precisaria manter a mesma água congelada por pelo menos um ano para obter economia de energia. Mesmo assim, para quantidades razoáveis ​​de água (por exemplo, alguns galões), é improvável que você economize mais do que alguns dólares por ano em custos de energia (e provavelmente menos).

Uma observação final sobre os frigoríficos cheios: mesmo supondo que você consiga economizar alguns centavos por ano com uma geladeira cheia, minha experiência prática me diz que eu mantenho a porta aberta por muito mais tempo quando a geladeira está cheia do que quando está quase vazia, pois muitas vezes precisa mover as coisas ou retirá-las temporariamente para colocar as coisas nas costas. Então, essas economias teóricas realmente se materializariam? Eu não sei.

Para quem estiver interessado, aqui está o "trabalho" para os cálculos acima. Presumo que um volume de 10 ft³ = ~ 0.28 m³. Observe que várias aproximações foram usadas aqui para obter um valor "aproximado" - em particular, densidades e aquecimentos específicos foram assumidos constantes na faixa de temperatura, o que pode introduzir um erro de 5-10% nos cálculos de ar e muito menos para os cálculos de água.

(1) Ar de refrigeração (seco) por 20 ° C

• 0.28 m³ de ar × densidade de 1.205 kg / m³ a 20 ° C de mesa = 0.337 kg
• 0.337 kg × 20 ° C [igual a 20 K] × calor específico de 1.005 kJ / (kg K) = 6.8 kJ
• 6.8 kJ ÷ 3600 = 0.0019 kWh

(2) Ar de refrigeração (seco) por 40 ° C

• Mesmo peso do ar inicial
• 0.337 kg × 40 ° C × 1.005 kJ / (kg K) = 13.6 kJ

(3) Água de resfriamento de 25 ° C a 5 ° C

• Mesmo volume de 0.28 m³
• 0.28 m³ × densidade de cerca de 1000 kg / m³ = 280 kg
• 280 kg × 20 ° C × calor específico de 4.18 kJ / (kg K) de mesa = 23400 kJ
• NOTA: Obviamente, não se pode e não deve encher um refrigerador doméstico com ~ 600 lbs. de água, mas usei o mesmo volume aqui para produzir a energia necessária para volumes comparáveis, pois afirmou que a substituição do ar por um equivalente volume de água fará a diferença.

(4) Água de resfriamento de 25 ° C a -15 ° C

• O gelo é menos denso que a água; portanto, para atingir um volume final de 10 m ^ 3, precisamos começar com menos água.
• 0.28 m³ × densidade de gelo de 916.8 kg / m³ = 256 kg
• Arrefecer até 0C: 256 kg × 25 ° C × calor específico 4.18 kJ / (kg K) = 26800 kJ
• Congelar: 256 kg × calor do congelamento 334 kJ / kg = 85700 kJ
• Gelo frio até -15 ° C: 256 kg × 15 ° C × calor específico de gelo 2.108 kJ / (kg K) = 8100 kJ
• Energia de resfriamento total: 120,700 kJ

(5) Refrigerar uma quantidade semelhante de água ao ar na geladeira = 23400 kJ ÷ 6.78 kJ = cerca de 3450 vezes mais

(6) Refrigerar uma quantidade semelhante de água ao ar no congelador = 120700 kJ ÷ 13.6 kJ = cerca de 8900 vezes maior

(7) Ar de refrigeração a 50% de umidade relativa em 20 ° C:

• Obtemos frações de peso do vapor de água no ar com uma umidade de% deUM de um Diagrama de Mollier. Aqui x na umidade do 0.5 é de cerca de 0.0098 kg / kg a 25 ° C e de cerca de 0.0026 kg / kg a 5 ° C.
• Em seguida, seguimos o cálculo da entalpia (H) do ar úmido, conforme encontrado no link de Joe aqui.
• Em 25 ° C: H = (1.005 kJ / kg ° C) (25 ° C) + (0.0098 kg / kg) [(1.84 kJ / kg ° C) (25 kJ / kg ° C) (2501 ° C) + (XNUMX kJ / kg)] = 50.1 kJ / kg
• Em 5 ° C: H = (1.005 kJ / kg ° C) (5 ° C) + (0.0026 kg / kg) [(1.84 kJ / kg ° C) (5 kJ / kg ° C) (2501 ° C) + (XNUMX kJ / kg)] = 11.6 kJ / kg
• Delta H (alteração de entalpia) = 50.1 - 11.6 = 38.5 kJ / kg
• O ar úmido é um pouco menos denso que o ar seco: usando números de aqui, o ar úmido é de cerca de 1.199 kg / m³ a 20 ° C.
• Massa de ar utilizando o pressuposto acima do volume de 0.28 m³ é 0.336 kg
• Energia necessária para arrefecer = alteração da entalpia × massa = 38.5 kJ / kg × 0.336 kg = 12.9 kJ
• Observe que vários números aqui podem variar um pouco com a mudança de temperatura, mas, como no link de Joe, podemos assumir que eles são constantes o suficiente para que não afetem a resposta final em mais de alguns por cento.

(8) Ar de refrigeração de 25 ° C a -15 ° C no congelador

• Usando o diagrama de Mollier acima, obtemos uma fração de peso de aproximadamente 0.00055 kg / kg para a umidade% 50 a -15 ° C
• Use cálculos semelhantes aos acima
• H a -15 ° C = -13.7 kJ / kg
• delta H de 25 ° C a -15 ° C = 63.8 kJ / kg
• usando massa e densidade como acima, a energia total necessária para esfriar é = 21.4 kJ

(9) Calculamos as proporções como acima, terminando com 1800 vezes mais energia para resfriar um volume equivalente de água na geladeira e 5600 vezes mais energia para congelá-lo.

(10) A umidade relativa pode variar tanto na cozinha quanto na geladeira; portanto, esses cálculos devem ser tomados apenas como uma estimativa aproximada, talvez variando por um fator de 2-3 em qualquer direção, em casos extremos. Independentemente, a quantidade de energia necessária para resfriar até o ar úmido é insignificante comparado ao necessário para esfriar qualquer alimento líquido ou sólido.

Um exemplo é se você estiver em um plano de energia controlado para a sua geladeira ou tiver um medidor de energia e uma geladeira inteligentes (ambos muito raros)

Com esses planos, você pode economizar dinheiro, mas não diretamente a energia; você está apenas salvando seu país da geração ineficiente de energia de pico

Pode haver muitas horas sem energia para sua geladeira. Portanto, uma geladeira ou freezer bem abastecido terá menos oscilação de temperatura e isso poderá melhorar a preservação dos alimentos.

Existem muitos fatores. O único fator que as pessoas raramente levam em consideração é massa. Abaixo eu estou considerando apenas esse fator. Outros fatores, como portas abertas, podem ter efeitos maiores, especialmente quando considerados cumulativamente. Eu não sei.

Se eu colocar uma garrafa de água à temperatura ambiente em um freezer com dez garrafas de água congelada, a temperatura da nova garrafa diminuirá muito mais rapidamente do que em um freezer vazio, porque já há mais massa fria. No entanto, isso tem um custo; a temperatura das garrafas congeladas aumentará em uma relação direta com a transferência de calor. A unidade de refrigeração precisará usar energia para retornar a temperatura das dez garrafas à temperatura correta. Então, sim, temos um congelamento mais rápido. Mas não, com base apenas nesse fator, não temos menos energia gasta para congelar.

A função essencial de uma unidade de refrigeração é manter um diferencial de calor entre dentro e fora. Quanto maior a massa do que deve ser mantido a uma temperatura mais baixa, maior a quantidade de energia necessária para fazer isso. O ar tem muito pouca massa, muito pouca energia é necessária para alterar sua temperatura. Por outro lado, uma garrafa de água tem massa muito maior e muito mais energia será necessária para manter um diferencial de calor.

Uma razão a energia necessária para manter uma temperatura constante é devida à transferência de calor da temperatura ambiente para fora da unidade de refrigeração e da temperatura desejada no interior (também podemos pensar nisso como o frio vazando na direção oposta). Caso contrário, um freezer fechado nunca precisaria qualquer eletricidade, uma vez atingido o ajuste de temperatura.

O conteúdo de um freezer vazio mantido a -20 ° centígrado tem uma massa muito baixa, enquanto o conteúdo de um freezer cheio de garrafas de água tem uma massa muito maior. O freezer cheio de fato tem "Mais frio" por dentro, mesmo quando a temperatura é a mesma. Ele perde mais frio para o exterior e é necessária mais energia para mantê-lo frio.

Tão baseado apenas por causa da perda de frio, um freezer cheio precisa de mais eletricidade.

A importância desse fator único depende de muitas coisas, incluindo a eficiência da blindagem térmica do freezer, a temperatura ambiente (menos transferência de calor se a temperatura ambiente for 16 ° C que 30 ° C), ventilação das serpentinas de calor, etc.

Como isso interage com outros fatores cria uma equação multifatorial bastante complicada, e suspeito que a resposta não será a mesma para todas as unidades de refrigeração e todos os usos.

Todos esses cálculos, em vez de um pouco de senso comum. O ar tem uma capacidade térmica de um quarto de água. Isso significa que, para todos os graus, para resfriá-la, a água requer tempo 4 tanto de energia da geladeira quanto de ar. Se a água estiver em uma sala quente (ou sujeita a uma porta aberta da geladeira), levará quatro vezes mais tempo para aquecer do que o ar. Portanto, pare de falar sobre eficiência energética e outros termos esotéricos. Pense: se minha geladeira estiver cheia, toda vez que abro a porta e / ou coloco alguma coisa, a variação de temperatura será menor se estiver cheia do que se estivesse cheia. está vazia. Então esqueça a palavra "eficiente" e substitua-a por "melhor". Basicamente, para que a geladeira tenha um bom desempenho, ou seja, para que a temperatura varie o mínimo possível, mantenha-a cheia. Fim da história.

Há também outro fator que não foi considerado. A água / gelo na geladeira esfria o ar interno mais rapidamente quando a porta se fecha, o que reduz o trabalho exigido pelo compressor após cada ocorrência. Portanto, se a geladeira estivesse cheia de gelo coletado após uma tempestade de neve, diminuiria o consumo de energia causado pela abertura da porta e a despesa de resfriamento 150lbs de água à temperatura ambiente nunca ocorreria. Embora ninguém consiga adivinhar quanta energia é necessária para manter uma geladeira cheia versus uma geladeira vazia, parece-me que esses valores devem ser obtidos enquanto a porta permanece fechada para estabelecer uma linha de base do consumo de energia e, em seguida, partir daí.

Preencher o espaço vazio na geladeira para torná-lo mais eficiente ou economizar dinheiro simplesmente não está correto. Pense desta maneira, ao dirigir um caminhão semi, é mais barato ficar cheio ou vazio. O espaço vazio ou o espaço total serão resfriados pela geladeira da mesma forma, é muito mais barato resfriar o espaço vazio (ar). É tão simples quanto isso.