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

Esta es una de esas declaraciones que encuentro con frecuencia, pero nunca he visto evidencia que lo respalde. El consejo a menudo va más allá al decir que si su refrigerador / congelador está relativamente vacío, debe agregar algo (por ejemplo, botellas de agua).

Tales declaraciones también han aparecido aquí, como en las respuestas a esta pregunta , esta pregunta , esta pregunta y, más recientemente, esta pregunta .

Supongo que puede haber algunos ahorros menores de energía en algunas circunstancias, pero ¿ es lo suficientemente significativo como para preocuparse realmente ? Además, ¿es suficiente para compensar la energía perdida en, por ejemplo, enfriar o congelar el agua (u otras cosas) solo para llenar el refrigerador?

Nota: He estado haciendo algunas de mis propias investigaciones e iba a publicarlo en la pregunta, pero creo que será más apropiado proporcionar lo que he encontrado en una respuesta a continuación. Sin embargo, si alguien tiene fuentes confiables que den una respuesta diferente (y preferiblemente mediciones o estudios reales para respaldarlo), estoy muy interesado.

EDITAR: Después de escribir mi respuesta, acabo de encontrar esto , donde Cecil Adams argumenta firmemente a favor de la hipótesis de la nevera completa. Raramente estoy en desacuerdo con Cecil, y él hace referencia a una serie de estudios, aunque no hay citas. Así que me interesa si alguien puede señalar algunos de estos estudios.

RESUMEN: A menos que me falte algo aquí o que esté haciendo cosas muy extrañas con su refrigerador, como máximo podría ahorrar un par de dólares por año al mantener su refrigerador / congelador lleno. Además, abastecerse de agua (u otras cosas) para llenar el espacio del refrigerador / congelador no le ahorrará mucho a menos que lo mantenga almacenado allí durante MUCHO tiempo, ya que cuesta mucha energía enfriar el agua. en primer lugar.

No son 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 alimentos nuevos más rápidamente, lo que a veces puede ayudar a la seguridad / conservación de los alimentos.
• Del mismo modo, tener más alimentos puede ayudar a minimizar las pequeñas fluctuaciones de temperatura al abrir la puerta con frecuencia, de nuevo tal vez ayudando a 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 tanto el encendido y apagado del ciclo (aunque empacar un refrigerador demasiado lleno también puede evitar que funcione correctamente)

Todos estos son quizás buenas razones para tener una ligera preferencia por mantener el refrigerador un poco más lleno. Pero, desde una perspectiva energética, no existe una justificación para llenar deliberadamente su refrigerador con exceso de alimentos / agua, ya que la energía requerida para enfriar cualquier sólido o líquido suele ser mucha, 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, sugiero llenarlo 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 no es necesario. (Pero nuevamente, el beneficio probable es probablemente un par de dólares por año como máximo).

Detalles abajo.

Intenté buscar algunas estadísticas confiables, y aunque encuentro muchas, muchas fuentes que hacen esta afirmación, generalmente no veo números reales con respecto al ahorro de energía o incluso un cálculo teórico para apoyar 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 para que el compresor funcione igual de bien 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 hacer una diferencia en la transferencia de calor? Mientras que 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 más ciclos podrían aumentar 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 se afirma a veces, que el refrigerador tendrá que "trabajar menos duro" de alguna manera). Obviamente, eso no tiene mucho sentido, como señala esta cita.

Sin embargo, para juzgar esto con precisión, tendremos que 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 de congelador usaban menos energía cuando estaban llenos , aunque en su análisis notaron que no incluye la energía adicional requerida para enfriar los alimentos adicionales en primer lugar . Pero una vez que la comida está fría y la nevera está llena, hay algo debeneficio energético para los mejores congeladores. (Cuánto se desconoce, 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: "Entonces, nuestro consejo es no preocuparse por mantener la nevera llena y centrarse más en mantener la puerta cerrada".

Para una perspectiva teórica sobre la apertura del refrigerador, intentemos algunos supuestos razonables:

El tamaño promedio del refrigerador en los EE. UU. Es de alrededor de 20 pies ³ . Si suponemos 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 aproximadamente 0.28 m ³ .

Usando estadísticas de aquí , podemos calcular que enfriar 10 pies ³ de aire hacia abajo en 20 ° C (por ejemplo, desde una "temperatura ambiente" de aproximadamente 25 ° C a 5 ° C) requeriría aproximadamente 6.8 kJ de energía, o 0.0019 kWh . Para un congelador de tamaño similar, la temperatura del aire probablemente debería reducirse aproximadamente 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 aproximadamente 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 aberturas de las puertas del refrigerador, por lo que los números parecen estar en el estadio correcto. Básicamente, cuesta abrir 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 volumen ocupado igual para una comparación).

La cantidad de energía requerida para enfriar el agua a temperatura ambiente se puede calcular de manera similar a partir de estos números . Enfriar 10 pies ³ de agua por 20 ° C requeriría aproximadamente 23,000 kJ. Congelarlo a -15 ° C desde 25 ° C requeriría aproximadamente 120,000 kJ. (Este número es significativamente mayor, debido al exceso de energía requerida 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 se agregaron 150 libras. de agua a temperatura ambiente causó que el refrigerador subiera a aproximadamente 65 ° F y demorara 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 enfriando el mismo volumen de agua.

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

ACTUALIZACIÓN: Como Joe señala acertadamente en los comentarios, asumí aire seco aquí para simplificar los cálculos. Pero el aire real de la cocina será húmedo y su efecto no es insignificante. (Asumí que el error sería inferior al 50% más o menos, pero bajo suposiciones razonables, probablemente sea un factor de 1.5-3, dependiendo de la humedad de su cocina y de la humedad de su refrigerador).

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

- Tendría que enfriar el aire en el refrigerador 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 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 ahorrar 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 refrigeradores llenos: incluso suponiendo que consigas ahorrar unos centavos por año con un refrigerador lleno, mi experiencia práctica me dice que mantengo la puerta abierta mucho más tiempo cuando el refrigerador está lleno que cuando está casi vacío, ya que a menudo necesita mover cosas o sacarlas temporalmente para colocarlas en la parte de atrás. Entonces, ¿este ahorro teórico se materializaría alguna vez? No lo sé.

Para aquellos que estén interesados, aquí está el "trabajo" para los cálculos anteriores. Supongo 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 supuso que las densidades y los calores específicos eran constantes en el rango de temperatura, lo que podría introducir un error de 5-10% para los cálculos del aire, y mucho menos para los cálculos del agua.

(1) Aire de enfriamiento (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 enfriamiento (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 enfriamiento de 25 ° C a 5 ° C

• Mismo volumen de 0.28 m ³
• 0.28 m ³ × densidad de aproximadamente 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 casero 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 hará la diferencia.

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

• El hielo es menos denso que el agua, por lo que para alcanzar un volumen final de 10 m ^ 3, debemos comenzar con menos agua.
• 0.28 m ³ × densidad de 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
• Hielo frío a -15 ° C: 256 kg × 15 ° C × calor específico de hielo 2.108 kJ / (kg K) = 8100 kJ
• Energía de enfriamiento total: 120,700 kJ

(5) Enfriar una cantidad similar de agua al aire en el refrigerador = 23400 kJ ÷ 6.78 kJ = aproximadamente 3450 veces mayor

(6) Enfriando una cantidad similar de agua al aire en el congelador = 120700 kJ ÷ 13.6 kJ = aproximadamente 8900 veces mayor

(7) Aire de enfriamiento al 50% de humedad relativa por 20 ° C:

• Obtenemos fracciones de peso de vapor de agua en el aire con una humedad del 50% 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 en entalpía) = 50.1 - 11.6 = 38.5 kJ / kg
• El aire húmedo es ligeramente menos denso que el aire seco: usando cifras de aquí , el aire húmedo es de aproximadamente 1.199 kg / m ³ a 20 ° C.
• La masa de aire con una suposición de volumen superior a 0.28 m ³ es 0.336 kg
• Energía requerida para enfriar = cambio en entalpía × masa = 38.5 kJ / kg × 0.336 kg = 12.9 kJ
• Tenga en cuenta que varios números aquí pueden variar ligeramente sobre el cambio de temperatura, pero como en el enlace de Joe, podemos suponer que son lo suficientemente constantes como para que no afecte la respuesta final en más de un pequeño porcentaje.

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

• Usando el diagrama de Mollier vinculado anteriormente, obtenemos una fracción de peso de aproximadamente 0.00055 kg / kg para 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 la masa y la densidad como se indicó anteriormente, la energía total requerida para enfriarse 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, tal vez variando por un factor de 2-3 en cualquier dirección en casos extremos. En cualquier caso, la cantidad de energía necesaria para enfriar incluso el aire húmedo es insignificante en comparación con la requerida para enfriar cualquier alimento líquido o sólido.

Un caso extremo es si tiene un plan de energía controlado para su refrigerador, o si 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 ineficiente generación de energía pico

Puede pasar muchas horas sin energía 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 factor que las personas rara vez toman en consideración es la masa . A continuación, considero solo ese factor. Otros factores, como las puertas abiertas, pueden tener mayores efectos, especialmente cuando se consideran de forma acumulativa. No lo sé.

Si pongo una botella de agua a temperatura ambiente en un congelador con diez botellas de agua congelada, la temperatura de la nueva botella descenderá 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 una 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. Entonces 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 hacer eso. 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 razón por la que se necesita energía para mantener una temperatura constante es por la transferencia de calor desde 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 se necesitaría ninguna electricidad, una vez que se alcance el ajuste de la temperatura.

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 más alta. De hecho, el congelador lleno 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 completo necesita más electricidad.

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

La forma en que esto interactúa con otros factores crea una ecuación multifactor 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 de un cuarto de agua. Eso significa que para cada grado de enfriamiento, el agua requiere 4 veces más energía del refrigerador que el aire. Si el agua está en una habitación cálida (o sujeta a una puerta abierta del refrigerador) tardará cuatro veces más en calentarse que el aire. Deje de hablar sobre eficiencia energética y otros términos esotéricos similares. Solo piense: si mi refrigerador está lleno, cada vez que abro la puerta y / o coloco algo, la variación de temperatura será menor si está llena que si está llena. esta vacio. Así que olvide la palabra "eficiente" y reemplácela por "mejor". Básicamente, para que un refrigerador funcione bien, en otras palabras, para que la temperatura varíe lo menos posible, manténgalo lleno. 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 se cierre la puerta, 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 lb de agua a temperatura ambiente. Aunque es una incógnita la cantidad de energía que se necesita para mantener un refrigerador lleno frente a un refrigerador vacío, me parece que estos valores deben obtenerse mientras la puerta permanece cerrada para establecer una línea de base de consumo de energía, luego ir desde allí.

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