¿Mantener un frigorífico/congelador lleno ayuda significativamente a la eficiencia energética?

RESUMEN: A menos que me esté perdiendo algo aquí o estés haciendo cosas muy extrañas con tu refrigerador, como máximo ahorrarías un par de dólares al año manteniendo tu refrigerador/congelador lleno. Además, abastecerse de agua (u otras cosas) para llenar el espacio del refrigerador/congelador no le ahorrará mucho a menos que la mantenga almacenada allí durante MUCHO tiempo, ya que cuesta mucha energía enfriar el agua. en primer lugar.

Hay razones válidas para hacer esto:

• si necesita sobrevivir a cortes de energía intermitentes (como señala TFD), tener mucho hielo o comida en el refrigerador lo mantendrá fresco por más tiempo
• una mayor cantidad de alimentos en el refrigerador/congelador hará que sea más fácil enfriar o congelar nuevos alimentos más rápidamente, lo que a veces puede ayudar a la seguridad/conservación de los alimentos
• De manera similar, tener más alimentos puede ayudar a minimizar las pequeñas fluctuaciones de temperatura cuando se abre la puerta con frecuencia, lo que quizás también ayude en la seguridad/calidad de los alimentos en algunos casos.
• Si tiene un refrigerador muy ineficiente que se enfría de manera desigual o no está bien aislado, tener más alimentos evitará que se encienda y apague tanto (aunque llenar demasiado el refrigerador también puede evitar que funcione correctamente)

Todas estas son quizás buenas razones para tener una leve preferencia por mantener el refrigerador un poco más lleno. Pero, desde una perspectiva energética, no hay razón para llenar deliberadamente el refrigerador con exceso de comida/agua, ya que la energía requerida para enfriar cualquier sólido o líquido suele ser muchas, muchas veces la cantidad necesaria para enfriar el aire.

Además, si su principal preocupación es que el aire frío "se caiga" del refrigerador cuando la puerta está abierta, le sugiero que lo llene con recipientes vacíos que solo contengan aire. Te darán el beneficio de no perder ese exceso de aire frío, pero sin el gasto de energía para enfriar un líquido que no necesitas. (Pero nuevamente, el beneficio probable es probablemente un par de dólares por año como máximo).

Detalles abajo.

Traté de buscar algunas estadísticas confiables, y aunque encontré muchas, muchas fuentes que hacen esta afirmación, generalmente no veo números reales con respecto al ahorro de energía o incluso un cálculo teórico para respaldar la lógica de la práctica.

De hecho, a veces parece aparecer en listas de "mitos" de grupos de energía, como aquí :

1. MITO: Puede ahorrar energía manteniendo su refrigerador lleno, cerrándolo rápidamente y limpiando regularmente las bobinas.

En realidad, estas tres acciones no valen la pena. En el estudio realizado por Balsnik se encontró:

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.

O de este documento (sobre la eficiencia de los congeladores de temperatura ultrabaja):

¿LEYENDA URBANA? Un congelador lleno requiere menos energía para funcionar:Una razón aparente de esta idea es que la masa térmica tarda más en calentarse, por lo que el compresor no tiene que trabajar tanto. Piénselo: si bien el contenido tarda más en calentarse, también tarda más en enfriarse, por lo que el compresor funciona el mismo tiempo todos los días. Los factores aislantes fundamentales del grosor de la pared y la integridad de la junta no cambian con un congelador lleno o vacío, entonces, ¿por qué debería marcar una diferencia en la transferencia de calor? Si bien la frecuencia del ciclo disminuirá, la duración del ciclo aumentará. El calor que ingresa al gabinete no cambiará. Hay un pico de potencia nominal al comienzo de cada ciclo del compresor, por lo que es posible que más ciclos aumenten un poco el uso de energía. Los datos no se han compartido ampliamente, por lo que permanece en estado de leyenda urbana por ahora.

La lógica de esta última referencia parece abordar la cuestión de si un congelador/refrigerador sin abrir será más eficiente cuando esté lleno (como a veces se afirma, que el refrigerador tendrá que "trabajar menos" de alguna manera). Obviamente, eso no tiene mucho sentido, como señala esta cita.

Sin embargo, para juzgar esto con precisión, debemos tener en cuenta lo que sucede cuando abre el refrigerador/congelador . Aquí hay un informe de un grupo de ahorro de energía que probó una serie de pruebas (incluida la apertura de la puerta durante varios períodos de tiempo). Llegaron a la conclusión de que los mejores modelos de refrigeradores con congelador usaban menos energía cuando estaban llenos , aunque señalaron en su análisis que no incluye la energía adicional requerida para enfriar los alimentos adicionales en primer lugar . Pero una vez que la comida se enfría y el refrigerador está lleno, hay algunosbeneficio energético para los congeladores superiores. (Se desconoce cuánto, ya que sus gráficos no tienen números). Para otros tipos de modelos de congeladores, los resultados de las pruebas fueron mixtos, por lo que no hubo un beneficio claro de un refrigerador vacío frente a uno lleno. Su conclusión: "Así que nuestro consejo es que no te preocupes por mantener la nevera llena y te concentres más en mantener la puerta cerrada".

Para tener una perspectiva teórica sobre la apertura del refrigerador, probemos algunas suposiciones razonables:

El tamaño promedio de un refrigerador en los EE. UU. es de alrededor de 20 pies ³ . Si asumimos que el refrigerador no está lleno y la mitad del aire presente se reemplaza por aire a temperatura ambiente cuando se abre la puerta, eso sería aproximadamente 10 pies ³ , o alrededor de 0,28 m ³ .

Usando las estadísticas de aquí , podemos calcular que enfriar esos 10 pies ³ de aire a 20 °C (por ejemplo, de "temperatura ambiente" de aproximadamente 25 °C a 5 °C) requeriría alrededor de 6,8 kJ de energía, o 0,0019 kWh . Para un congelador de tamaño similar, la temperatura del aire probablemente tendría que bajar unos 40 °C, en lugar de 20 °C, por lo que estos números se duplicarían.

Si abrimos la puerta del refrigerador 20 veces al día, durante un año, eso sumaría alrededor de 13,8 kWh para un refrigerador con 10 pies ³ de espacio vacío, o 27,5 kWh para un congelador con una cantidad similar de espacio vacío. Las estadísticas en la primera cita anterior estiman 50 kWh/año para todas las aperturas de las puertas del refrigerador, por lo que los números parecen estar en el estadio correcto. Básicamente, cuesta un par de dólares cada año en pérdida de energía para abrir el refrigerador.

Ahora, supongamos que cargamos esos 10 pies ³ con agua en lugar de aire. (Esta es una cantidad ridículamente grande de agua, pero la estoy usando para mantener el mismo volumen ocupado para una comparación).

La cantidad de energía requerida para enfriar el agua desde la temperatura ambiente se puede calcular de manera similar a partir de estos números . Enfriar 10 pies ³ de agua a 20 °C requeriría aproximadamente 23 000 kJ. Congelarlo a -15 °C desde 25 °C requeriría alrededor de 120 000 kJ. (Este número es significativamente más alto, debido al exceso de energía requerido para convertir el agua líquida en hielo sólido). El efecto de agregar grandes cantidades de agua se mostró claramente en el estudio mencionado anteriormente , donde la adición de 150 lbs. de agua a temperatura ambiente hizo que el refrigerador subiera a unos 65 °F y tardara casi un día y medio en volver a la temperatura normal.

Para poner estos números en una forma más útil:

• Tendría que enfriar el aire en el refrigerador unas 3500 veces para "pagar" la cantidad de energía gastada en enfriar el mismo volumen de agua.

• Tendría que enfriar el aire en el congelador unas 9000 veces para "pagar" la cantidad de energía gastada en congelar el mismo volumen de agua.

ACTUALIZACIÓN: Como bien señala Joe en los comentarios, asumí aire seco aquí para simplificar los cálculos. Pero el aire real de la cocina estará húmedo y su efecto no es insignificante. (Supuse que el error sería de menos del 50 % más o menos, pero bajo suposiciones razonables, probablemente sea un factor de 1,5 a 3, dependiendo de la humedad de la cocina y de la humedad de la nevera).

De todos modos, suponiendo que comenzamos con una humedad relativa del 50 % en la cocina a 25 °C, y suponemos que el refrigerador se enfría a 5 °C en el refrigerador y a -15 °C en el congelador mientras se mantiene una humedad relativa del 50 % a esas temperaturas. (que obviamente requeriría la eliminación del vapor de agua), aquí hay algunas estadísticas actualizadas:

- Tendrías que enfriar el aire en el frigorífico unas 1800 veces para "pagar" la cantidad de energía gastada enfriando el mismo volumen de agua.

- Tendría que enfriar el aire en el congelador unas 5500 veces para "pagar" la cantidad de energía gastada en congelar el mismo volumen de agua.

[Vea los cálculos a continuación para más detalles.]

Básicamente, dependiendo de la frecuencia con la que abra su refrigerador y la temperatura ambiente, probablemente necesitará refrigerar el agua durante al menos varios meses antes de ver algún ahorro de energía (en absoluto). Es probable que necesite mantener (la misma) agua congelada durante al menos un año para obtener ahorros de energía. Incluso entonces, para cantidades razonables de agua (por ejemplo, unos pocos galones), es poco probable que ahorre más de unos pocos dólares por año en costos de energía (y probablemente menos).

Una nota final sobre los frigoríficos llenos: incluso suponiendo que consigas ahorrar unos céntimos al año con un frigorífico lleno, mi experiencia práctica me dice que mantengo la puerta abierta mucho más tiempo cuando el frigorífico está lleno que cuando está casi vacío, ya que a menudo necesita mover cosas o sacar cosas temporalmente para poner cosas en la parte de atrás. Entonces, ¿realmente se materializaría este ahorro teórico? No sé.

Para aquellos que estén interesados, aquí está el "trabajo" para los cálculos anteriores. Asumo un volumen de 10 pies ³ = ~0,28 m ³ . Tenga en cuenta que aquí se usaron varias aproximaciones para obtener una cifra "aproximada", en particular, se asumió que las densidades y los calores específicos eran constantes en el rango de temperatura, lo que podría introducir un error del 5-10% para los cálculos del aire, y mucho menos. para los cálculos de agua.

(1) Aire de refrigeración (seco) a 20°C

• 0,28 m ³ de aire × densidad de 1,205 kg/m ³ a 20°C de la tabla = 0,337 kg
• 0,337 kg × 20 °C [igual que 20 K] × calor específico de 1,005 kJ/(kg K) = 6,8 kJ
• 6,8 kJ ÷ 3600 = 0,0019 kWh

(2) Aire de refrigeración (seco) a 40°C

• Mismo peso de aire inicial
• 0,337 kg × 40 °C × 1,005 kJ/(kg·K) = 13,6 kJ

(3) Agua de refrigeración de 25°C a 5°C

• Mismo volumen de 0,28 m ³
• 0,28 m ³ × densidad de unos 1000 kg/m ³ = 280 kg
• 280 kg × 20°C × calor específico de 4,18 kJ/(kg·K) de la tabla = 23400 kJ
• NOTA: Obviamente, uno no puede ni debe llenar un refrigerador doméstico con ~600 lbs. de agua, pero usé el mismo volumen aquí para generar la energía requerida para volúmenes comparables, ya que se afirma que reemplazar el aire por un volumen equivalente de agua marcará la diferencia.

(4) Agua de refrigeración de 25°C a -15°C

• El hielo es menos denso que el agua, por lo que para conseguir un volumen final de 10 m^3, debemos empezar con menos agua.
• 0,28 m ³ × densidad del hielo de 916,8 kg/m ³ = 256 kg
• Enfriar a 0C: 256 kg × 25 °C × calor específico 4,18 kJ/(kg K) = 26800 kJ
• Congelación: 256 kg × calor de congelación 334 kJ/kg = 85700 kJ
• Enfriar hielo a -15 °C: 256 kg × 15 °C × calor específico del hielo 2,108 kJ/(kg K) = 8100 kJ
• Energía frigorífica total: 120.700 kJ

(5) Enfriando una cantidad similar de agua al aire en el frigorífico = 23400 kJ ÷ 6,78 kJ = unas 3450 veces mayor

(6) Enfriando una cantidad similar de agua al aire en el congelador = 120700 kJ ÷ 13,6 kJ = alrededor de 8900 veces mayor

(7) Refrigeración del aire al 50 % de humedad relativa a 20 °C:

• Obtenemos fracciones de peso de vapor de agua en el aire al 50% de humedad de un diagrama de Mollier . Aquí, x a una humedad de 0,5 es aproximadamente 0,0098 kg/kg a 25 °C y aproximadamente 0,0026 kg/kg a 5 °C.
• Luego seguimos el cálculo de la entalpía (H) del aire húmedo como se encuentra en el enlace de Joe aquí .
• A 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
• A 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 (cambio de entalpía) = 50,1 - 11,6 = 38,5 kJ/kg
• El aire húmedo es ligeramente menos denso que el aire seco: usando las cifras de aquí , el aire húmedo es de aproximadamente 1,199 kg/m ³ a 20 °C.
• La masa de aire utilizando la suposición de volumen anterior de 0,28 m ³ es 0,336 kg
• Energía necesaria para enfriar = cambio de entalpía × masa = 38,5 kJ/kg × 0,336 kg = 12,9 kJ
• Tenga en cuenta que varios números aquí pueden variar ligeramente con el cambio de temperatura, pero como en el enlace de Joe, podemos suponer que son lo suficientemente constantes como para que no afecten la respuesta final en más de un pequeño porcentaje.

(8) Aire de refrigeración de 25°C a -15°C en congelador

• Utilizando el diagrama de Mollier vinculado anteriormente, obtenemos una fracción de peso de aproximadamente 0,00055 kg/kg para un 50 % de humedad a -15 °C
• Use cálculos similares a los anteriores
• H a -15°C = -13,7 kJ/kg
• delta H de 25°C a -15°C = 63,8 kJ/kg
• usando masa y densidad como arriba, la energía total requerida para enfriar es = 21.4 kJ

(9) Calculamos las proporciones como arriba, terminando con 1800 veces más energía para enfriar un volumen equivalente de agua en el refrigerador y 5600 veces más energía para congelarla.

(10) La humedad relativa puede variar tanto en la cocina como en el refrigerador, por lo que estos cálculos solo deben tomarse como una cifra aproximada, quizás variando en un factor de 2-3 en cualquier dirección en casos extremos. Independientemente, la cantidad de energía necesaria para enfriar incluso el aire húmedo es insignificante en comparación con la necesaria para enfriar cualquier alimento líquido o sólido.

Un caso extremo es si tiene un plan de energía controlado para su refrigerador, o tiene un medidor de energía inteligente y un refrigerador (ambos muy raros)

Con estos planes, puede ahorrar dinero, pero no energía directamente, solo está salvando a su país de la generación de energía pico ineficiente.

Pueden pasar muchas horas sin electricidad para su refrigerador, por lo que un refrigerador o congelador bien abastecido tendrá menos cambios de temperatura, y esto puede mejorar la conservación de los alimentos.

Hay muchos factores. El único factor que la gente rara vez tiene en cuenta es la masa . A continuación estoy considerando sólo ese factor. Otros factores, como las puertas abiertas, pueden tener efectos mayores, especialmente cuando se consideran de forma acumulativa. No sé.

Si meto una botella de agua a temperatura ambiente en un congelador con diez botellas de agua congelada, la temperatura de la nueva botella bajará mucho más rápido que en un congelador vacío, porque ya hay más masa fría. Sin embargo esto tiene un costo; la temperatura de las botellas congeladas aumentará en relación directa con la transferencia de calor. La unidad de refrigeración tendrá que usar energía para devolver la temperatura de las diez botellas a su temperatura correcta. Así que sí, tenemos una congelación más rápida. Pero no, basándonos solo en este factor, no tenemos menos energía gastada para hacer esa congelación.

La función esencial de una unidad de refrigeración es mantener un diferencial de calor entre el interior y el exterior. Cuanto mayor sea la masa de lo que debe mantenerse a una temperatura más baja, mayor será la cantidad de energía necesaria para hacerlo. El aire tiene muy poca masa, se necesita muy poca energía para cambiar su temperatura. Por el contrario, una botella de agua tiene una masa mucho mayor y se necesitará mucha más energía para mantener un diferencial de calor.

Una de las razones por las que se necesita energía para mantener una temperatura constante es por la transferencia de calor de la temperatura ambiente fuera de la unidad de refrigeración y la temperatura deseada en el interior (también podemos pensar en esto como el frío que se filtra en la dirección opuesta). De lo contrario, un congelador cerrado nunca necesitaríaelectricidad, una vez que alcance la temperatura establecida.

El contenido de un congelador vacío mantenido a -20° centígrados tiene una masa muy baja, mientras que el de un congelador lleno de botellas de agua tiene una masa mucho mayor. El congelador lleno, de hecho, tiene "más frío" en el interior, incluso cuando la temperatura es la misma. Pierde más frío al exterior y se necesita más energía para mantenerlo frío.

Entonces, basado solo en el factor de pérdida de frío, un congelador lleno necesita más electricidad.

La importancia de este único factor depende de muchas cosas, incluida la eficiencia de la protección térmica del congelador, la temperatura ambiente (menos transferencia de calor si la temperatura ambiente es de 16 °C que de 30 °C), la ventilación de los serpentines de calor, etc.

La forma en que esto interactúa con otros factores crea una ecuación multifactorial bastante complicada, y sospecho que la respuesta no será la misma para cada unidad de refrigeración y cada uso.

Todos estos cálculos en lugar de un poco de sentido común. El aire tiene una capacidad térmica una cuarta parte del agua. Eso significa que por cada grado para enfriarlo, el agua requiere 4 veces más energía de refrigeración que el aire. Si el agua está en una habitación cálida (o sujeta a la puerta de un refrigerador abierta), tardará cuatro veces más en calentarse que el aire. Así que deja de hablar de eficiencia energética y otros términos esotéricos. Solo piensa: si mi refrigerador está lleno, cada vez que abro la puerta y/o coloco algo, la variación de temperatura será menor si está lleno que si está lleno. esta vacio. Así que olvídate de la palabra "eficiente" y reemplázala por "mejor". Básicamente, para que una nevera funcione bien, es decir, para que la temperatura varíe lo mínimo posible, mantenla llena. Fin de la historia.

También hay otro factor que no se consideró. El agua/hielo en un refrigerador enfriará el aire interior más rápidamente cuando la puerta se cierre, lo que reduce el trabajo requerido por el compresor después de cada ocurrencia. Por lo tanto, si el refrigerador se llenara con hielo recolectado después de una tormenta de nieve, disminuiría el consumo de energía causado por la apertura de la puerta y nunca se produciría el gasto de enfriar 150 libras de agua a temperatura ambiente. Aunque nadie sabe cuánta energía se requiere para mantener un refrigerador lleno frente a uno vacío, me parece que estos valores deben obtenerse mientras la puerta permanece cerrada para establecer una línea de base de consumo de energía y luego continuar desde allí.

Llenar el espacio vacío en un refrigerador para que funcione de manera más "eficiente" o para ahorrar dinero simplemente no es correcto. Piénselo de esta manera, si conduce un camión, ¿es más barato correr lleno o vacío? El refrigerador enfriará el espacio vacío o el espacio lleno de la misma manera, es mucho más barato enfriar el espacio vacío (aire). Es tan simple como eso.