냉장고 / 냉장고를 가득 채우는 것이 에너지 효율에 큰 도움이됩니까?

이것은 내가 자주 겪는 진술 중 하나이지만, 그것을 뒷받침하는 증거를 본 적이 없습니다. 냉장고 / 냉동고가 상대적으로 비어있는 경우 무언가 (예 : 물병)를 추가해야한다고 조언하는 경우가 많습니다.

이러한 질문 , 이 질문 , 이 질문 및 가장 최근 에이 질문 에 대한 답변에서와 같이 그러한 진술도 여기에 등장했습니다 .

어떤 상황에서는 약간의 에너지 절약이있을 수 있다고 가정하고 있지만 실제로 걱정할만큼 중요 합니까? 또한 냉장고를 채우기 위해 냉각수 나 냉동 수 (또는 다른 것)와 같이 손실 된 에너지를 상쇄하기에 충분합니까?

참고 : 나는 내 자신의 연구 중 일부를 수행하고 질문에 게시하려고했지만 아래 답변에서 찾은 것을 제공하는 것이 더 적절할 것이라고 생각합니다. 그러나 누군가가 다른 답변을 제공하는 신뢰할만한 출처를 가지고 있다면 (그리고 바람직하게는 실제 측정이나 백업을위한 연구), 나는 매우 관심이 있습니다.

편집 : 내 대답을 작성한 후, 나는 Cecil Adams가 완전 냉장고 가설을 강력하게 주장하는 곳 에서 이것을 발견 했습니다 . 나는 Cecil에 거의 동의하지 않으며 인용은 없지만 많은 연구를 언급합니다. 누군가가이 연구들 중 일부를 지적 할 수 있다면 관심이 있습니다.

요약 : 여기에 뭔가 빠졌거나 냉장고로 이상한 일을하지 않는 한, 냉장고 / 냉장고를 가득 채워두면 매년 2 달러를 절약 할 수 있습니다. 또한, 냉장고 / 냉장고 공간을 채우기 위해 물 (또는 다른 것)을 비축하면 물을 식히는 데 너무 많은 에너지가 들기 때문에 매우 오랫동안 보관하지 않으면 절약 할 수 없습니다. 처음에.

이를 수행 할 수 있는 유효한 이유 가 있습니다 .

• 간헐적 인 정전 (TFD 메모)에서 살아남 아야하는 경우 냉장고에 얼음이나 음식을 많이 넣으면 더 오래 식을 수 있습니다
• 냉장고 / 냉장고에 많은 양의 음식을 넣으면 새로운 음식을 더 빨리 식히거나 더 빨리 얼릴 수있어 식품 안전 / 보존에 도움이 될 수 있습니다
• 마찬가지로, 더 많은 음식을 섭취하면 문을 자주 열 때 작은 온도 변동을 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 불균일하게 냉각되거나 단열이 잘되지 않는 매우 비효율적 인 냉장고가있는 경우, 음식을 더 많이 섭취하면 자전거를 너무 많이 켜고 끄는 것을 막을 수 있습니다 ( 냉장고를 너무 가득 채우면 냉장고가 제대로 순환되지 않을 수 있습니다)

이 모든 것들은 아마도 냉장고를 좀 더 가득 채우는 것을 선호하는 좋은 이유 일 것입니다. 그러나 에너지 관점에서 보면 고형물이나 액체를 식히는 데 필요한 에너지가 일반적으로 공기를 식히는 데 필요한 양의 여러 배이기 때문에 냉장고에 과량의 음식 / 물 을 고의적으로 채우는 근거는 없습니다 .

또한 주 문이 열려있을 때 냉장고의 차가운 공기가 "떨어지는"경우, 공기가 들어 있는 빈 용기로 채우십시오 . 그들은 과도한 냉기를 잃지 않고 액체를 식히기위한 에너지 소비없이 당신에게 필요하지 않은 이점을 줄 것입니다. (그러나 다시 한 번, 아마도 혜택은 최대 몇 달러 일 것입니다.)

자세한 내용은 아래를 참조하십시오.

나는 신뢰할 수있는 통계를 찾으려고 노력했지만이 주장을하는 많은 출처를 찾았지만 실제로 에너지 절약 또는 실제 논리를 뒷받침하는 이론적 계산에 관한 실제 수치는 보이지 않습니다.

사실, 때로는 같은 "신화"에너지 그룹 목록에 나타날 것 같다 여기 :

1. 오해 : 냉장고를 가득 채우고 빨리 닫고 정기적으로 코일을 청소하면 에너지를 절약 할 수 있습니다.

실제로,이 세 가지 조치 모두 문제가되지 않습니다. Balsnik이 수행 한 연구에서 다음과 같이 발견되었습니다.

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.

또는이 문서에서 (초저온 냉동고 효율) :

도시 전설? 완전 냉동실은 작동하는 데 더 적은 에너지를 소비합니다.이 아이디어의 명백한 이유는 열 질량이 예열하는 데 시간이 오래 걸리기 때문에 압축기가 열심히 작동 할 필요가 없기 때문입니다. 생각해보십시오. 내용물이 예열되는 데 시간이 오래 걸리지 만 냉각하는 데 시간이 더 걸리므로 압축기가 매일 오래 작동합니다. 벽 두께 및 개스킷 무결성의 기본 단열 요소는 전체 또는 비어있는 냉동고에서 변경되지 않으므로 열 전달과 다른 이유는 무엇입니까? 사이클 주파수는 감소하지만 사이클 지속 시간은 증가합니다. 캐비닛에 들어가는 열은 변하지 않습니다. 각 압축기 사이클이 시작될 때 공칭 전력 스파이크가 발생하므로 더 많은 사이클이 에너지 사용량을 약간 증가시킬 수 있습니다. 데이터는 널리 공유되지 않았으므로 현재 도시의 전설적인 상태로 남아 있습니다.

이 마지막 참조의 논리는 개봉되지 않은 냉동고 / 냉장고가 가득 차면 더 효율적 일지에 대한 문제를 다루는 것 같습니다 (때때로 주장하는 것처럼 냉장고는 어떻게 든 "열심히 작동해야"합니다). 이 인용문에서 알 수 있듯이 분명히 그다지 의미가 없습니다.

그러나이를 정확하게 판단 하려면 냉장고 / 냉동고를 열 때 발생하는 상황을 고려해야합니다 . 다음 은 다양한 시간 동안 문을 여는 것을 포함하여 여러 가지 테스트를 시도한 에너지 절약 그룹 의 보고서 입니다. 그들은 그 결론을 내렸다 냉장고 상단 냉동고 모델은 적은 에너지를 사용했을 때 전체 , 그들이 그것을 그들의 분석에 유의하지만 처음에 여분의 음식을 냉각하는 데 필요한 추가 에너지를 포함하지 않는다 . 그 음식이 멋진이며 냉장고가 가득하지만, 일단이 일부최고 냉동고를위한 에너지 혜택. (그래프에는 숫자가 없기 때문에 얼마나 알려지지 않았습니까?) 다른 유형의 냉동고 모델의 경우 테스트 결과가 혼합되어 있으므로 빈 냉장고와 전체 냉장고의 이점은 명확하지 않았습니다. "우리의 조언은 냉장고를 가득 채우는 것에 대해 걱정하지 말고 문을 닫아 두는 데 더 집중하는 것입니다."

냉장고 개방에 대한 이론적 관점을 위해 합리적인 가정을 시도해 봅시다.

미국의 평균 냉장고 크기는 약 20 ft ³ 입니다. 냉장고가 가득 차 있지 않고 문을 열었을 때 존재하는 공기의 절반이 상온의 공기로 대체되는 것으로 가정하면 약 10 ft ³ 또는 약 0.28 m ³ 입니다.

여기 에서 통계를 사용하여 20 ° C (예 : 약 25 ° C ~ 5 ° C의 "실내 온도")로 10 ft ³ 의 공기 를 냉각하는 데 약 6.8 kJ의 에너지 또는 0.0019 kWh가 필요한 것으로 계산할 수 있습니다 . 비슷한 크기의 냉동고의 경우, 공기 온도는 20 ° C가 아닌 약 40 ° C로 낮아져 야하므로이 수는 두 배가됩니다.

냉장고 문을 하루에 20 번 열면 1 년에 걸쳐 빈 공간 이 10 피트 ³ 인 냉장고의 경우 약 13.8kWh , 비슷한 양의 빈 공간이있는 냉동고의 경우 27.5kWh가 추가됩니다. 위의 첫 번째 견적의 통계는 모든 냉장고 문 개구부에 대해 연간 50kWh를 추정하므로 그 수치는 올바른 야구장에있는 것으로 보입니다. 기본적으로 냉장고를 여는 데 매년 2 달러의 에너지 손실이 발생합니다.

이제 공기 대신 물로 10 ft ³ 를 적재했다고 가정 해 봅시다 . (이것은 엄청나게 많은 양의 물이지만 비교를 위해 점유 된 양을 동일하게 유지하기 위해 사용하고 있습니다.)

실온에서 물을 식히는 데 필요한 에너지의 양은 이 숫자들 과 비슷하게 계산할 수 있습니다 . 10 피트 ³ 의 물을 20 ° C 냉각 하려면 약 23,000 kJ가 필요합니다. 25 ° C에서 -15 ° C로 동결하려면 약 120,000kJ가 필요합니다. (이 숫자는 액체 물을 고형 얼음으로 바꾸는 데 필요한 과잉 에너지로 인해 훨씬 ​​더 높습니다.) 많은 양의 물을 첨가하는 효과는 위에서 언급 한 연구에서 명확하게 나타났습니다 . 실온의 물로 인해 냉장고가 약 65 ° F로 급격히 상승하고 거의 하루 반이 걸리며 상온으로 돌아옵니다.

이 숫자를보다 유용한 형태로 넣으려면 :

• 같은 양의 물을 식히는 데 소비되는 에너지의 양을 "지불"하려면 냉장고의 공기를 3500 배 정도 식혀 야합니다.

• 같은 양의 물을 얼릴 때 소비되는 에너지의 양을 "지불"하려면 냉동실의 공기를 약 9000 배 정도 식혀 야합니다.

업데이트 : Joe가 의견에서 올바르게 지적했듯이 계산을 단순화하기 위해 건조한 공기를 가정했습니다. 그러나 실제 주방 공기는 촉촉하며 그 효과는 중요하지 않습니다. (나는 오류가 50 % 이하라고 가정했지만 합리적인 가정하에 부엌 습도와 냉장고의 습도에 따라 1.5-3 배 정도 떨어질 수 있습니다.)

어쨌든, 우리가 25 ° C에서 주방에서 50 %의 상대 습도로 시작한다고 가정하면 냉장고는 냉장고에서 5 ° C로 냉각되고 냉장고에서는 -15 ° C로 냉각되고 그 온도에서 50 % 상대 습도를 유지 한다고 가정합니다 (물론 수증기를 제거해야 함) 업데이트 된 통계는 다음과 같습니다.

-같은 양의 물을 식히는 데 소비되는 에너지의 양을 "지불"하려면 냉장고의 공기를 약 1800 배 정도 식혀 야합니다.

-같은 양의 물을 얼릴 때 소비되는 에너지의 양을 "지불"하려면 냉동실의 공기를 약 5500 배 정도 식혀 야합니다.

[자세한 내용은 아래 계산을 참조하십시오.]

기본적으로 냉장고와 실내 온도를 얼마나 자주 열 었는지에 따라 에너지 절약을보기 전에 적어도 몇 달 동안 물을 냉장해야합니다. 에너지 절약을 위해 최소한 1 년 동안 같은 물을 얼려 야합니다. 그럼에도 불구하고 합리적인 양의 물 (예 : 몇 갤런)의 경우, 연간 몇 달러 이상의 에너지 비용을 절약 할 수는 없습니다.

완전 냉장고에 대한 마지막 참고 사항 : 냉장고를 가득 채우면 연간 몇 센트를 절약 할 수 있다고 가정 할 때, 실제 경험에 따르면 냉장고가 거의 비었을 때보 다 냉장고가 가득 차면 문을 훨씬 더 길게 열 수 있다고합니다. 물건을 뒤로 이동 시키거나 물건을 뒤로 가져 가려면 물건을 옮기거나 일시적으로 꺼내야합니다. 그렇다면이 이론적 인 절약이 실제로 실현 될까요? 모르겠어요

관심있는 사람들을 위해 위의 계산을위한 "작업"이 있습니다. 나는 10 ft ³ = ~ 0.28 m ³ 의 부피를 가정합니다 . 여기서는 "축구장 (ballpark)"수치를 얻기 위해 다양한 근사치를 사용했습니다. 특히 밀도와 비열은 온도 범위에서 일정하다고 가정하여 공기 계산에 5-10 %의 오차가 발생할 수 있습니다. 물 계산을 위해.

(1) 20 ° C로 공기를 건조 (건조)

• 0.28 m ⁽³⁾ 1.205 kg / m의 공기의 밀도 × ³ ~ 20 ° C에서 테이블 = 0.337 kg
• 0.337 kg × 20 ° C [20 K와 동일] × 비열 1.005 kJ / (kg K) = 6.8 kJ
• 6.8 kJ ÷ 3600 = 0.0019kWh

(2) 40 ° C로 공기를 건조 (건조)

• 초기 공기의 동일한 무게
• 0.337 kg × 40 ° C × 1.005 kJ / (kg K) = 13.6 kJ

(3) 25 ° C에서 5 ° C로 냉각수

• 동일한 부피의 0.28 m ³
• 0.28 m ³ × 밀도 약 1000 kg / m ³ = 280 kg
• 280 kg × 20 ° C × 비표 4.18 kJ / (kg K) = 표 에서 23400 kJ
• 참고 : 분명히 ~ 600 파운드의 가정용 냉장고를 채울 수 없으며 채울 수 없습니다. 그러나 물을 같은 양 의 물로 대체 하면 차이가 생길 것이기 때문에 필자는 여기에서 동일한 부피를 사용하여 비슷한 부피에 필요한 에너지를 만들었습니다 .

(4) 25 ° C ~ -15 ° C의 냉각수

• 얼음은 물보다 밀도가 낮으므로 최종 부피 10 m ^ 3을 달성하려면 물을 적게 사용해야합니다.
• 0.28 m ³ × 916.8 kg / m ³ 의 얼음 밀도 = 256 kg
• 0C까지 냉각 : 256kg × 25 ° C × 비열 4.18kJ / (kg K) = 26800kJ
• 동결 : 256 kg × 동결 열 334 kJ / kg = 85700 kJ
• 얼음을 -15 ° C로 냉각 : 256kg × 15 ° C × 얼음의 비열 2.108 kJ / (kg K) = 8100 kJ
• 총 냉각 에너지 : 120,700 kJ

(5) 냉장고에서 비슷한 양의 물을 공기로 냉각 = 23400 kJ ÷ 6.78 kJ = 약 3450 배

(6) 냉동실에서 비슷한 양의 물을 공기로 냉각 = 120700 kJ ÷ 13.6 kJ = 약 8900 배

(7) 50 % 상대 습도에서 20 ° C로 냉각 공기 :

• 우리는 Mollier 도표 에서 50 % 습도에서 공기 중 수증기의 중량 분율을 얻습니다 . 여기서 0.5의 습도에서 x는 25 ℃에서 약 0.0098 kg / kg이고 5 ℃에서 약 0.0026 kg / kg이다.
• 조의 링크에서 발견 우리는 습한 공기의 엔탈피 (H)의 계산에 따라 여기 .
• 25 ° C에서 : H = (1.005kJ / kg ° C) (25 ° C) + (0.0098kg / kg) [(1.84kJ / kg ° C) (25 ° C) + (2501kJ / kg)] = 50.1 kJ / kg
• 5 ° C에서 : H = (1.005kJ / kg ° C) (5 ° C) + (0.0026kg / kg) [(1.84kJ / kg ° C) (5 ° C) + (2501kJ / kg)] = 11.6 kJ / kg
• 델타 H (엔탈피 변화) = 50.1-11.6 = 38.5 kJ / kg
• 습한 공기는 건조한 공기보다 밀도가 낮습니다. 여기의 수치를 사용 하면 습한 공기는 20 ° C에서 약 1.199 kg / m ³ 입니다.
• 0.28 m ³ 이상의 부피 가정을 사용한 공기 질량 은 0.336 kg
• 냉각에 필요한 에너지 = 엔탈피 × 질량 변화 = 38.5 kJ / kg × 0.336 kg = 12.9 kJ
• 여기의 다양한 숫자는 온도 변화에 따라 약간 다를 수 있지만 Joe의 링크에서와 같이 최종 응답에 몇 퍼센트 이상 영향을 미치지 않을 정도로 일정하다고 가정 할 수 있습니다.

(8) 냉동실에서 25 ° C에서 -15 ° C로 냉각 공기

• 위에 링크 된 Mollier 다이어그램을 사용하여 -15 ° C에서 50 % 습도에서 약 0.00055 kg / kg의 중량 비율을 얻습니다.
• 위와 비슷한 계산법 사용
• -15 ° C에서 H = -13.7kJ / kg
• 25 ° C ~ -15 ° C의 델타 H = 63.8 kJ / kg
• 위와 같이 질량과 밀도를 사용하는 경우 냉각에 필요한 총 에너지는 = 21.4kJ입니다.

(9) 우리는 위와 같이 비율을 계산하여 냉장고에서 동등한 양의 물을 식히기 위해 1800 배 더 많은 에너지로 끝나고 냉동하기 위해 5600 배 더 많은 에너지로 끝납니다.

(10) 상대 습도는 부엌과 냉장고에서 다를 수 있으므로 이러한 계산은 야구장 수치로만 간주해야하며 극단적 인 경우 두 방향으로 2-3 배 정도 차이가있을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 습한 공기조차도 식히는 데 필요한 에너지의 양은 액체 또는 고체 음식 을 식히는 데 필요한 양과 비교하여 중요하지 않습니다 .

냉장고의 통제 된 전력 계획을 세우거나 스마트 전력계와 냉장고가있는 경우 (가장 드문 경우)

이러한 계획을 통해 비용을 절감 할 수는 있지만 직접 전력을 소비 할 수는 없습니다.

냉장고에 전원이 공급되지 않으면 몇 시간이 걸릴 수 있으므로 잘 보관 된 냉장고 또는 냉동고의 온도 변동이 적어 식품 보존이 향상 될 수 있습니다.

많은 요인이 있습니다. 사람들이 거의 고려하지 않는 한 가지 요소는 질량 입니다. 아래에서는 그 요소 만 고려 하고 있습니다. 열린 문과 같은 다른 요소는 특히 누적 적으로 고려할 때 더 큰 영향을 줄 수 있습니다. 나도 몰라.

냉동실에 물 10 병을 넣은 상온의 물병을 ​​냉동실에 넣으면 이미 차가운 덩어리가 많기 때문에 새 병의 온도가 빈 냉동실보다 훨씬 빠르게 내려갑니다. 그러나 이것은 비용이 든다. 냉동 병의 온도는 열 전달과 직접적인 관련이 있습니다. 냉장 장치는 10 병의 온도를 정확한 온도로 되돌리기 위해 에너지를 사용해야합니다. 그렇습니다, 우리는 더 빨리 얼게됩니다. 그러나 아닙니다.이 요인에 기초하여, 우리는 그 동결을 위해 소비되는 에너지가 적지 않습니다.

냉장 장치의 필수 기능은 내부와 외부 의 열차 를 유지하는 것 입니다. 더 낮은 온도에서 보관해야하는 물질의 질량이 클수록 더 많은 에너지가 필요합니다. 공기는 질량이 거의 없으며 온도를 변경하는 데 에너지가 거의 필요하지 않습니다. 대조적으로, 물병은 질량이 훨씬 크며 열차를 유지하기 위해서는 훨씬 더 많은 에너지가 필요하다.

일정한 온도를 유지하기 위해 에너지가 필요한 한 가지 이유 는 냉장 장치 외부의 주변 온도에서 열이 전달되고 내부의 원하는 온도로 인해 발생하기 때문입니다 (우리는 이것을 반대 방향으로 나오는 차가운 것으로 생각할 수도 있습니다). 그렇지 않으면 밀폐 된 냉동고가온도 설정에 도달하면 전기가 필요 하지 않습니다.

-20 ° C로 유지 된 빈 냉동고의 함량은 질량이 매우 낮은 반면, 물병으로 채워진 냉동고의 함량은 질량이 훨씬 높습니다. 완전 냉동기 는 온도가 같은 경우에도 내부에 "더 차갑습니다" . 외부로 추워지고 추워지기 위해 더 많은 에너지가 필요합니다.

그래서 기반 에만 차가운 손실의 요인에, 전체 냉장고는 더 많은 전기를 필요로한다.

이 단일 요인의 중요성은 냉동기의 열 차폐 효율, 주변 온도 (실온이 16 ° C보다 30 ° C보다 낮은 경우 열 전달이 적음), 열 코일의 환기 등을 포함하여 많은 요소에 달려 있습니다.

이것이 다른 요인들과 상호 작용하는 방식은 매우 복잡한 다중 요인 방정식을 생성하며 모든 냉동 장치 및 모든 사용법에 대한 답이 같지 않을 것입니다.

이 모든 계산은 간단한 상식 대신에 수행됩니다. 공기의 열 용량은 1/4입니다. 즉, 물을 식히기 위해서는 어느 정도 나 공기보다 냉장고 에너지의 4 배가 필요합니다. 물이 따뜻한 방에 있거나 냉장고 문이 열려있는 경우 공기보다 예열하는 데 4 배가 걸립니다. 생각하십시오 : 냉장고가 가득 찬 경우 문을 열거 나 무언가를 넣을 때마다 온도가 가득 차면 온도 변화가 적습니다. 비었다. 따라서 "효율적"이라는 단어를 잊고 "최고"로 바꾸십시오. 기본적으로 냉장고가 잘 작동하려면, 즉 온도가 가능한 한 조금 달라 지려면 냉장고를 가득 채우십시오. 이야기의 끝.

고려되지 않은 다른 요소도 있습니다. 냉장고의 물 / 얼음은 도어가 닫힐 때 내부 공기를 더 빨리 냉각시켜 각 발생 후 압축기에 필요한 작업을 줄입니다. 따라서 눈보라 후에 냉장고에 얼음이 모이면 문이 열리면 전력 소비가 줄어들고 150lbs의 상온의 물 냉각 비용은 발생하지 않습니다. 전체 냉장고와 빈 냉장고를 유지하는 데 필요한 에너지 양에 대해서는 누구나 추측 할 수 있지만, 전력 소비 기준을 설정하기 위해 문을 닫은 채로이 값을 가져 와야합니다.

냉장고의 빈 공간을 채우면 더 효율적으로 작동하거나 비용을 절약 할 수 있습니다. 세미 트럭을 운전할 때 이런 식으로 생각하십시오. 빈 공간 또는 전체 공간은 냉장고에 의해 동일하게 냉각되며 빈 공간 (공기)을 식히는 것이 훨씬 저렴합니다. 그렇게 간단합니다.