Apakah menjaga lemari es / freezer penuh secara signifikan membantu efisiensi energi?

Ini adalah salah satu pernyataan yang sering saya temui, tetapi saya tidak pernah benar-benar melihat bukti yang mendukungnya. Saran sering lebih jauh mengatakan bahwa jika lemari es / freezer Anda relatif kosong, Anda harus menambahkan sesuatu (misalnya, botol air).

Pernyataan seperti telah muncul di sini juga, seperti dalam jawaban pertanyaan ini , pertanyaan ini , pertanyaan ini , dan yang paling baru pertanyaan ini .

Saya berasumsi bahwa mungkin ada beberapa penghematan energi kecil dalam beberapa keadaan, tetapi apakah cukup signifikan untuk benar-benar peduli ? Selain itu, apakah itu cukup untuk mengimbangi energi yang hilang, misalnya, mendinginkan atau membekukan air (atau benda lain) hanya untuk mengisi lemari es?

Catatan: Saya telah melakukan beberapa penelitian sendiri dan akan mempostingnya dalam pertanyaan, tetapi saya pikir akan lebih tepat untuk memberikan apa yang saya temukan dalam jawaban di bawah ini. Namun, jika ada yang memiliki sumber terpercaya yang memberikan jawaban berbeda (dan lebih baik pengukuran atau studi aktual untuk mendukungnya), saya sangat tertarik.

EDIT: Setelah menulis jawaban saya, saya baru saja menemukan ini , di mana Cecil Adams berargumen kuat mendukung hipotesis penuh kulkas. Saya jarang tidak setuju dengan Cecil, dan dia membuat referensi ke sejumlah studi, meskipun tidak ada kutipan. Jadi saya tertarik jika seseorang dapat menunjukkan beberapa studi ini.

RINGKASAN: Kecuali jika saya melewatkan sesuatu di sini atau Anda melakukan hal-hal aneh dengan kulkas Anda, Anda paling tidak akan menghemat beberapa dolar per tahun dengan menjaga kulkas / freezer Anda tetap penuh. Selain itu, menimbun air (atau benda lain) untuk mengisi ruang lemari es / freezer tidak akan banyak menghemat sama sekali kecuali Anda menyimpannya di sana untuk SANGAT lama, karena menghabiskan banyak energi untuk mendinginkan air di tempat pertama.

Ada yang alasan yang sah untuk melakukan hal ini:

• jika Anda perlu bertahan hidup dari pemadaman listrik yang terputus-putus (seperti catatan TFD), memiliki banyak es atau makanan di dalam lemari es akan membuatnya dingin lebih lama
• jumlah yang lebih besar dari makanan di lemari es / freezer akan membuat lebih mudah untuk mendinginkan atau membekukan makanan baru lebih cepat, yang kadang-kadang dapat membantu keamanan / pengawetan makanan
• sama halnya, memiliki lebih banyak makanan dapat membantu meminimalkan fluktuasi suhu kecil ketika sering membuka pintu, sekali lagi mungkin membantu dalam keamanan / kualitas makanan dalam beberapa kasus
• jika Anda memiliki lemari es yang sangat tidak efisien yang mendingin tidak merata atau tidak terisolasi dengan baik, memiliki lebih banyak makanan akan mencegah bersepeda berulang-ulang (walaupun mengemas kulkas terlalu penuh juga dapat mencegahnya bersepeda dengan benar)

Semua ini mungkin merupakan alasan yang baik untuk memiliki preferensi yang ringan untuk menjaga kulkas sedikit lebih penuh. Tetapi, dari sudut pandang energi, tidak ada alasan untuk dengan sengaja mengisi lemari es Anda dengan makanan / air berlebih, karena energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan zat padat atau cairan biasanya banyak, berkali-kali jumlah yang dibutuhkan untuk mendinginkan udara.

Juga, jika perhatian utama Anda adalah udara dingin "jatuh" dari lemari es ketika pintu terbuka, saya sarankan mengisinya dengan wadah kosong yang hanya memiliki udara di dalamnya. Mereka akan memberi Anda manfaat tidak kehilangan udara dingin berlebih itu, tetapi tanpa pengeluaran energi untuk mendinginkan cairan yang Anda tidak perlu. (Tapi sekali lagi, kemungkinan manfaatnya mungkin paling banyak beberapa dolar per tahun.)

Detail di bawah ini.

Saya mencoba mencari beberapa statistik yang andal, dan meskipun saya menemukan banyak, banyak sumber yang membuat klaim ini, saya biasanya tidak melihat angka aktual mengenai penghematan energi atau bahkan perhitungan teoritis untuk mendukung logika praktik tersebut.

Bahkan, kadang-kadang tampaknya muncul di daftar "mitos" kelompok energi, seperti di sini :

1. MITOS: Anda dapat menghemat energi dengan menjaga kulkas Anda penuh, menutupnya dengan cepat, dan secara teratur membersihkan gulungan.

Sebenarnya, ketiga tindakan ini tidak sepadan dengan masalah Anda. Dalam studi yang dilakukan oleh Balsnik ditemukan:

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.

Atau dari dokumen ini (pada efisiensi pembeku suhu ultralow):

LEGENDA PERKOTAAN? Freezer penuh membutuhkan lebih sedikit energi untuk beroperasi:Alasan yang jelas untuk gagasan ini adalah bahwa massa termal membutuhkan waktu lebih lama untuk pemanasan, sehingga kompresor tidak harus bekerja sekeras itu. Pikirkan tentang hal ini: sementara isinya membutuhkan waktu lebih lama untuk menghangatkan, ia juga membutuhkan waktu lebih lama untuk mendinginkan sehingga kompresor bekerja sama lama setiap hari. Faktor isolasi mendasar dari ketebalan dinding dan integritas paking tidak berubah dengan freezer penuh atau kosong, jadi mengapa harus membuat perbedaan untuk perpindahan panas? Sementara frekuensi siklus akan turun, durasi siklus akan naik. Panas yang masuk ke kabinet tidak akan berubah. Ada lonjakan daya nominal pada awal setiap siklus kompresor, sehingga lebih banyak siklus dapat secara masuk akal meningkatkan penggunaan energi sedikit. Data belum dibagikan secara luas, sehingga saat ini masih dalam status legenda urban.

Logika referensi terakhir ini tampaknya menjawab pertanyaan apakah freezer / kulkas yang belum dibuka akan lebih efisien ketika penuh (seperti yang kadang-kadang diklaim - bahwa kulkas harus "bekerja lebih keras" entah bagaimana). Jelas itu tidak masuk akal, seperti catatan kutipan ini.

Namun, untuk menilai ini secara akurat, kita harus memperhitungkan apa yang terjadi ketika Anda membuka lemari es / freezer . Berikut ini adalah laporan dari kelompok hemat energi yang mencoba sejumlah tes (termasuk membuka pintu untuk berbagai waktu). Mereka menyimpulkan bahwa model lemari es teratas tidak menggunakan energi lebih sedikit ketika penuh , meskipun mereka mencatat dalam analisis mereka bahwa itu tidak termasuk energi tambahan yang diperlukan untuk mendinginkan makanan tambahan di tempat pertama . Tapi begitu makanan itu dingin dan lemari es sudah penuh, ada beberapamanfaat energi untuk freezer terbaik. (Berapa banyak yang tidak diketahui, karena grafik mereka tidak memiliki angka.) Untuk jenis model freezer lainnya, hasil tes dicampur, sehingga tidak ada manfaat yang jelas dari kulkas kosong vs penuh. Kesimpulan mereka: "Jadi saran kami adalah jangan khawatir tentang menjaga kulkas penuh, dan lebih fokus pada menjaga pintu tertutup."

Untuk perspektif teoretis tentang pembukaan kulkas, mari kita coba beberapa asumsi yang masuk akal:

Ukuran lemari es rata-rata di AS adalah sekitar 20 kaki ³ . Jika kita berasumsi bahwa kulkas tidak penuh dan setengah dari udara yang ada digantikan oleh udara suhu kamar ketika pintu dibuka, kira-kira 10 ft ³ , atau sekitar 0,28 m ³ .

Dengan menggunakan statistik dari sini , kita dapat menghitung bahwa pendinginan udara 10 ft ³ hingga 20 ° C (mis., Dari "suhu kamar" sekitar 25 ° C hingga 5 ° C) akan membutuhkan energi sekitar 6,8 kJ, atau 0,0019 kWh . Untuk freezer dengan ukuran yang sama, suhu udara kemungkinan harus diturunkan sekitar 40 ° C, bukan 20 ° C, sehingga angka-angka ini akan berlipat ganda.

Jika kita membuka pintu lemari es 20 kali sehari, lebih dari setahun yang akan menambah hingga sekitar 13,8 kWh untuk lemari es dengan 10 ft ³ ruang kosong, atau 27,5 kWh untuk freezer dengan jumlah ruang kosong yang sama. Statistik dalam kutipan pertama di atas memperkirakan 50 kWh / tahun untuk semua bukaan pintu lemari es, sehingga jumlahnya tampaknya berada di stadion baseball yang tepat. Pada dasarnya, biaya beberapa dolar setiap tahun dalam kehilangan energi untuk membuka kulkas.

Sekarang, misalkan kita malah mengisi 10 kaki ^{3 itu} dengan air, bukannya udara. (Ini adalah jumlah air yang sangat besar, tapi saya menggunakannya untuk menjaga volume yang ditempati sama untuk perbandingan.)

Jumlah energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan air dari suhu kamar dapat dihitung dengan cara yang sama dari angka-angka ini . Pendinginan 10 ft ³ air pada 20 ° C akan membutuhkan sekitar 23.000 kJ. Membekukannya sampai -15 ° C dari 25 ° C akan membutuhkan sekitar 120.000 kJ. (Jumlah ini secara signifikan lebih tinggi, karena kelebihan energi yang dibutuhkan untuk mengubah air cair menjadi es padat.) Efek menambahkan sejumlah besar air ditunjukkan dengan jelas dalam penelitian yang disebutkan di atas , di mana penambahan 150 lbs. air suhu kamar menyebabkan kulkas melonjak hingga sekitar 65 ° F dan membutuhkan waktu hampir satu setengah hari untuk kembali ke suhu normal.

Untuk menempatkan angka-angka ini dalam bentuk yang lebih berguna:

• Anda harus mendinginkan udara di lemari es sekitar 3500 kali untuk "membayar" jumlah energi yang dikeluarkan untuk mendinginkan volume air yang sama.

• Anda harus mendinginkan udara di dalam freezer sekitar 9000 kali untuk "membayar" jumlah energi yang dikeluarkan untuk membekukan volume air yang sama.

PEMBARUAN: Seperti yang ditunjukkan oleh Joe dengan tepat dalam komentar, saya berasumsi udara kering di sini untuk menyederhanakan perhitungan. Tetapi udara dapur nyata akan lembab, dan efeknya tidak signifikan. (Saya berasumsi bahwa kesalahannya akan kurang dari 50% atau lebih, tetapi dengan asumsi yang masuk akal, itu mungkin akan turun dengan faktor 1,5-3, tergantung pada kelembaban dapur Anda dan seberapa lembab kulkas Anda.)

Bagaimanapun, anggap kita mulai dengan kelembaban relatif 50% di dapur pada 25 ° C, dan kita asumsikan kulkas mendingin hingga 5 ° C di lemari es dan -15 ° C di dalam freezer sambil mempertahankan kelembaban relatif 50% pada suhu tersebut (yang jelas membutuhkan penghapusan uap air), berikut adalah beberapa statistik yang diperbarui:

- Anda harus mendinginkan udara di dalam lemari es sekitar 1800 kali untuk "membayar" jumlah energi yang dikeluarkan untuk mendinginkan volume air yang sama.

- Anda harus mendinginkan udara di dalam freezer sekitar 5500 kali untuk "membayar" jumlah energi yang dikeluarkan untuk membekukan volume air yang sama.

[Lihat perhitungan di bawah untuk detailnya.]

Pada dasarnya, tergantung pada seberapa sering Anda membuka lemari es dan suhu ruangan, Anda mungkin perlu mendinginkan air setidaknya selama beberapa bulan sebelum melihat penghematan energi (sama sekali). Anda mungkin perlu menyimpan air (yang sama) beku setidaknya selama setahun untuk mendapatkan penghematan energi. Bahkan kemudian, untuk jumlah air yang masuk akal (misalnya, beberapa galon), tidak mungkin Anda menghemat lebih dari beberapa dolar per tahun dalam biaya energi (dan kemungkinan lebih sedikit).

Catatan terakhir tentang lemari es penuh: bahkan seandainya Anda bisa menghemat beberapa sen per tahun dengan kulkas penuh, pengalaman praktis saya mengatakan bahwa saya menahan pintu lebih lama ketika kulkas penuh daripada saat hampir kosong, karena saya sering perlu memindahkan barang di sekitar atau mengambil barang sementara untuk mendapatkan barang-barang di belakang. Jadi, apakah penghematan teoretis ini benar-benar akan terjadi? Saya tidak tahu

Bagi yang berminat, inilah "pekerjaan" untuk perhitungan di atas. Saya berasumsi volume 10 kaki ³ = ~ 0,28 m ³ . Perhatikan bahwa berbagai perkiraan digunakan di sini untuk mendapatkan angka "rata-rata" - khususnya, kepadatan dan panas tertentu diasumsikan konstan pada kisaran suhu, yang mungkin menyebabkan kesalahan 5-10% untuk perhitungan udara, dan lebih sedikit lagi untuk perhitungan air.

(1) Pendinginan udara (kering) oleh 20 ° C

• 0,28 m ³ udara × kepadatan 1,205 kg / m ³ pada 20 ° C dari tabel = 0,337 kg
• 0,337 kg × 20 ° C [sama dengan 20 K] × panas spesifik 1,005 kJ / (kg K) = 6,8 kJ
• 6,8 kJ ÷ 3600 = 0,0019 kWh

(2) Pendinginan (kering) udara oleh 40 ° C

• Berat udara awal yang sama
• 0,337 kg × 40 ° C × 1,005 kJ / (kg K) = 13,6 kJ

(3) Air pendingin dari 25 ° C hingga 5 ° C

• Volume yang sama 0,28 m ³
• Kerapatan 0,28 m ³ × sekitar 1000 kg / m ³ = 280 kg
• 280 kg × 20 ° C × panas spesifik 4,18 kJ / (kg K) dari tabel = 23400 kJ
• CATATAN: Jelas seseorang tidak bisa dan tidak boleh mengisi lemari es rumah dengan ~ £ 600. air, tapi saya menggunakan volume yang sama di sini untuk membuat energi yang dibutuhkan untuk volume yang sebanding, karena itu menegaskan bahwa mengganti udara dengan volume air yang setara akan membuat perbedaan.

(4) Air pendingin dari 25 ° C hingga -15 ° C

• Es kurang padat daripada air, sehingga untuk mencapai volume akhir 10 m ^ 3, kita harus mulai dengan air yang lebih sedikit.
• Kerapatan es 0,28 m ³ × 916,8 kg / m ³ = 256 kg
• Dinginkan hingga 0C: 256 kg × 25 ° C × panas spesifik 4,18 kJ / (kg K) = 26800 kJ
• Bekukan: 256 kg × panas pembekuan 334 kJ / kg = 85700 kJ
• Es dingin hingga -15 ° C: 256 kg × 15 ° C × panas es spesifik 2,108 kJ / (kg K) = 8100 kJ
• Total energi pendingin: 120.700 kJ

(5) Mendinginkan jumlah air yang sama ke udara dalam lemari es = 23400 kJ ÷ 6,78 kJ = sekitar 3450 kali lebih besar

(6) Mendinginkan jumlah air yang sama ke udara dalam freezer = 120700 kJ ÷ 13,6 kJ = sekitar 8900 kali lebih besar

(7) Udara pendingin pada kelembaban relatif 50% pada 20 ° C:

• Kami mendapatkan fraksi berat uap air di udara pada kelembaban 50% dari diagram Mollier . Di sini x pada kelembaban 0,5 adalah sekitar 0,0098 kg / kg pada 25 ° C dan sekitar 0,0026 kg / kg pada 5 ° C.
• Kami kemudian mengikuti perhitungan entalpi (H) udara lembab seperti yang ditemukan di tautan Joe di sini .
• Pada 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
• Pada 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 (perubahan dalam entalpi) = 50,1 - 11,6 = 38,5 kJ / kg
• Udara lembab sedikit lebih padat daripada udara kering: menggunakan angka-angka dari sini , udara lembab sekitar 1,199 kg / m ³ pada 20 ° C.
• Massa udara yang menggunakan asumsi volume di atas 0,28 m ³ adalah 0,336 kg
• Energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan = mengubah entalpi × massa = 38,5 kJ / kg × 0,336 kg = 12,9 kJ
• Perhatikan bahwa berbagai angka di sini mungkin sedikit berbeda pada perubahan suhu, tetapi seperti pada tautan Joe, kita dapat mengasumsikan bahwa angka itu cukup konstan sehingga tidak akan mempengaruhi jawaban akhir lebih dari beberapa persen.

(8) Pendinginan udara dari 25 ° C hingga -15 ° C dalam freezer

• Menggunakan diagram Mollier yang terhubung di atas, kami mendapatkan fraksi berat sekitar 0,00055 kg / kg untuk kelembaban 50% pada -15 ° C
• Gunakan perhitungan serupa dengan di atas
• H pada -15 ° C = -13,7 kJ / kg
• delta H dari 25 ° C hingga -15 ° C = 63,8 kJ / kg
• menggunakan massa dan kepadatan seperti di atas, total energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan adalah = 21,4 kJ

(9) Kami menghitung rasio seperti di atas, berakhir dengan energi 1800 kali lebih banyak untuk mendinginkan volume air yang setara dalam lemari es, dan 5600 kali lebih banyak energi untuk membekukannya.

(10) Kelembaban relatif dapat bervariasi baik di dapur dan lemari es, sehingga perhitungan ini hanya boleh dianggap sebagai angka rata-rata, mungkin bervariasi dengan faktor 2-3 pada kedua arah dalam kasus ekstrim. Apapun, jumlah energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan bahkan udara lembab tidak signifikan dibandingkan dengan yang dibutuhkan untuk mendinginkan cairan atau makanan padat.

Satu sisi tepi adalah jika Anda menggunakan power plan yang terkontrol untuk kulkas Anda, atau memiliki smart power meter dan kulkas (keduanya sangat jarang)

Dengan paket ini Anda dapat menghemat uang, tetapi tidak secara langsung, Anda hanya menyelamatkan negara Anda dari pembangkit listrik puncak yang tidak efisien

Mungkin ada berjam-jam tanpa daya untuk lemari es Anda, jadi kulkas atau freezer yang diisi dengan baik akan memiliki suhu yang lebih sedikit, dan ini dapat meningkatkan pengawetan makanan

Ada banyak faktor. Satu faktor yang jarang dipertimbangkan orang adalah massa . Di bawah ini saya hanya mempertimbangkan faktor itu. Faktor-faktor lain, seperti pintu terbuka, mungkin memiliki efek yang lebih besar, terutama ketika dipertimbangkan secara kumulatif. Saya tidak tahu.

Jika saya memasukkan botol air suhu kamar ke dalam freezer dengan sepuluh botol air beku, suhu botol baru akan turun jauh lebih cepat daripada di freezer kosong, karena sudah ada massa yang lebih dingin. Namun ini ada biaya; suhu botol beku akan meningkat dalam hubungan langsung dengan perpindahan panas. Unit pendingin harus menggunakan energi untuk mengembalikan suhu sepuluh botol ke suhu yang benar. Jadi ya, pembekuan kita lebih cepat. Tapi tidak, hanya berdasarkan faktor ini, kita tidak memiliki lebih sedikit energi yang dikeluarkan untuk melakukan pembekuan itu.

Fungsi penting dari unit pendingin adalah untuk menjaga perbedaan panas antara bagian dalam dan luar. Semakin besar massa dari apa yang harus disimpan pada suhu yang lebih rendah, semakin besar jumlah energi yang dibutuhkan untuk melakukan itu. Udara memiliki massa yang sangat sedikit, sangat sedikit energi yang dibutuhkan untuk mengubah suhunya. Sebaliknya, botol air memiliki massa yang jauh lebih besar dan lebih banyak energi diperlukan untuk mempertahankan perbedaan panas.

Salah satu alasan energi diperlukan untuk mempertahankan suhu konstan adalah karena perpindahan panas dari suhu sekitar di luar unit pendingin dan suhu yang diinginkan di dalam (kita juga dapat menganggap ini sebagai dingin merembes ke arah yang berlawanan). Jika tidak freezer tertutup tidak akan pernah perlu setiap listrik, setelah mencapai pengaturan suhu.

Isi freezer kosong yang disimpan pada -20 ° celcius memiliki massa yang sangat rendah, sedangkan freezer yang diisi dengan botol air memiliki massa yang jauh lebih tinggi. Freezer penuh sebenarnya memiliki "lebih dingin" di dalamnya, bahkan ketika suhunya sama. Kehilangan lebih dingin ke luar dan lebih banyak energi diperlukan untuk tetap dingin.

Jadi hanya berdasarkan faktor kehilangan dingin, freezer penuh membutuhkan lebih banyak listrik.

Seberapa penting faktor tunggal ini tergantung pada banyak hal, termasuk efisiensi perisai panas freezer, suhu sekitar (perpindahan panas lebih sedikit jika suhu kamar 16 ° C dari 30 ° C), ventilasi kumparan panas, dll.

Bagaimana interplays ini dengan faktor-faktor lain menciptakan persamaan multi-faktor yang cukup rumit, dan saya kira jawabannya tidak akan sama untuk setiap unit pendingin dan setiap penggunaan.

Semua perhitungan ini bukannya sedikit akal sehat. Udara memiliki kapasitas termal seperempat air. Itu berarti setiap derajat untuk mendinginkannya air membutuhkan energi kulkas sebanyak 4 kali lebih banyak daripada udara. Jika air berada di ruangan yang hangat, (atau tergantung pada pintu kulkas terbuka) akan butuh empat kali lebih lama untuk pemanasan daripada udara. Jadi berhentilah berbicara tentang efisiensi energi, dan istilah esoteris lainnya. Pikirkan saja: Jika kulkas saya penuh, setiap kali saya membuka pintu, dan / atau memasukkan sesuatu, variasi suhu akan lebih sedikit jika penuh daripada kosong. Jadi lupakan kata "efisien" dan ganti dengan "terbaik". Pada dasarnya agar lemari es bekerja dengan baik, dengan kata lain agar suhunya bervariasi sesedikit mungkin, tetap penuh. Akhir dari cerita.

Ada juga satu faktor lain yang tidak dipertimbangkan. Air / es di lemari es akan mendinginkan udara di dalam lebih cepat ketika pintu ditutup yang mengurangi pekerjaan yang dibutuhkan oleh kompresor setelah setiap kali terjadi. Jadi, jika lemari es diisi dengan es yang dikumpulkan setelah badai salju, itu akan mengurangi konsumsi daya yang disebabkan oleh pintu yang dibuka dan biaya pendinginan 150lbs air suhu kamar tidak akan pernah terjadi. Meskipun ada yang menebak berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan kulkas penuh vs kulkas kosong, menurut saya nilai-nilai ini harus diperoleh sementara pintu tetap tertutup untuk menetapkan garis dasar konsumsi daya, kemudian pergi dari sana.

Mengisi ruang kosong di lemari es agar berjalan lebih 'efisien' atau menghemat uang sama sekali tidak benar. Pikirkan seperti ini, Anda mengendarai truk semi, apakah lebih murah untuk berjalan penuh atau kosong. Ruang kosong atau ruang penuh akan didinginkan oleh kulkas sama saja, itu jauh lebih murah untuk mendinginkan ruang kosong (udara). Sesederhana itu.