Ist es ein Mythos, dass Flaschen mit Eis im Gefrierschrank die Leistung verbessern?

Ich möchte die Antworten von @Bort und @sammy gerbil basierend auf den unten angegebenen groben Schätzungen qualifizieren.

Denken Sie an einen Kühlschrank mit perfekter Wärmedämmung. Zunächst wird es mit Luft bei Raumtemperatur gefüllt,$T_{room}$. Lassen$V_{fridge}$Innenvolumen des Kühlschranks sein. Wenn die gesamte Luft im Kühlschrank auf eine Durchschnittstemperatur heruntergekühlt werden soll$T_{cold}<T_{room}$, dann müssen Sie Wärme entfernen

$$\begin{align} Q=\rho_{air}V_{fridge}C_{p,air}(T_{room}-T_{cold}) \end{align}$$ Da der Kühlschrank über eine perfekte Wärmedämmung verfügt, gibt es keinen Verlust, und $T_{cold}$kann auf unbestimmte Zeit aufrechterhalten werden, wenn Sie den Kühlschrank nicht öffnen. Wenn Sie den Kühlschrank öffnen $n$Mal, dann müssen Sie unter der Annahme des schlimmsten Falls, dass die gesamte kalte Luft im Kühlschrank durch Raumluft ersetzt wird, absaugen $(n+1)Q$Menge an Wärme.

Stellen Sie sich nun einen anderen identischen Kühlschrank vor, in dem Sie ihn als Bruchteil des Kühlschrankvolumens bezeichnen$\phi$, wird durch Wasser ersetzt, zunächst alles bei Raumtemperatur. Abkühlung zu$T_{cold}$erfordert Wärmeabfuhr,

$$\begin{align} Q'=[\rho_{water}~\phi V_{fridge}C_{p,water}+\rho_{air}(1-\phi)V_{fridge}C_{p,air}](T_{room}-T_{cold}) \end{align}$$ Wenn Sie den Kühlschrank öffnen $n$Zeiten wie zuvor, wobei wiederum angenommen wird, dass die gesamte Luft im Inneren durch Raumluft ersetzt wird, während auch angenommen wird, dass die Temperatur des Wassers unverändert und gleich bleibt $T_{cold}$immer müssen wir gleich wärme abführen $Q'+n(1-\phi)Q$.

So ist das Verhältnis der abzuführenden Wärmemenge in beiden Fällen

$$\begin{align} \alpha\equiv\frac{Q'+n(1-\phi)Q}{(n+1)Q} \end{align}$$ Lassen $n$die durchschnittliche Anzahl der Öffnungen des Kühlschranks zwischen dem Austausch von Wasser im Kühlschrank sein. Für alle gegeben $\phi$, Einsparungen ergeben sich, wenn $$\begin{align} \alpha & < 1 \\ \frac{Q'+n(1-\phi)Q}{(n+1)Q} & <1 \\ \frac{Q'}{Q}+n(1-\phi) & <(n+1) \\ \frac{Q'}{Q} & < 1+n\phi \\ n & >\frac{1}{\phi}(\frac{Q'}{Q}-1) \end{align}$$ Seit $\rho_{water}C_{p,water}\gg\rho_{air}C_{p,air}$, dann wenn $1\geq \phi \gg 0$Wir müssen haben $\frac{Q'}{Q}\approx\frac{\rho_{water}C_{p,water}}{\rho_{air}C_{p,air}}\gg1$. Also brauchen wir $$\begin{align} n>\frac{1}{\phi}\frac{\rho_{water}C_{p,water}}{\rho_{air}C_{p,air}}=\frac{1}{\phi}\frac{10^3\times 4.2\times 10^3}{1.2\times 1.0\times 10^3}\sim \frac{1}{\phi}10^3 \end{align}$$ Daher auch im besten Fall wo $\phi\approx 1$, müssen Sie das Wasser so lange im Kühlschrank lassen, dass Sie den Kühlschrank zwischen den Wasserwechseln tausende Male öffnen, damit Strom gespart wird. Dies liegt daran, dass die anfänglichen Kosten für das Abkühlen von Wasser viel höher sind als für Luft.

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Angesichts der ausgezeichneten Antwort von Zero sollte ich darauf hinweisen, dass meine Antwort die Frage der Energieeffizienz ignoriert und nur die Frage der Temperaturstabilität anspricht . Ich stimme Zero zu, dass diese Praxis wahrscheinlich keine Energie spart.

Eine Möglichkeit, wie ein voller Gefrierschrank die Effizienz verbessern könnte, besteht darin, die Häufigkeit zu verringern, mit der sich der Kompressor einschaltet, was einen großen Strom erfordert. Wenn die Temperatur stabiler ist, dauert es länger, sich auf die Einschalttemperatur aufzuwärmen, sodass der Kompressor weniger zyklisch läuft. Aber es gibt andere Faktoren, die die Bedeutung dieses einen überwiegen könnten.

Ursprüngliche Antwort

Viele der Lebensmittel, die Sie in den Gefrierschrank stellen, haben einen hohen Wassergehalt. Wenn Sie also den Gefrierschrank voll mit Lebensmitteln halten, brauchen Sie keine Wasserflaschen. Die Lebensmittel bieten die von Ihrem Vater empfohlene „Thermoträgheit“ und minimieren den Platz für kalte Luft, die herausfällt und durch warme, feuchte Luft mit Raumtemperatur ersetzt wird, wenn Sie die Gefrierschranktür öffnen. (Eine Gefriertruhe vermeidet das Herausfallen kalter Luft. Ebenso das Aufbewahren von Lebensmitteln in Schubladen.)

[ Hinweis : Kühlschrankhersteller empfehlen, den Kühlschrank nicht zu überfüllen. Platz für die Zirkulation kalter Luft zu lassen hilft, die Temperatur gleichmäßig zu halten.]

Aber wenn Sie nicht in der Lage sind, den Gefrierschrank voll zu halten, ist es eine ausgezeichnete Idee, aus dem Grund, den Ihr Vater nennt. Auf diese Weise sollten Sie so viel Platz wie möglich ausfüllen und gleichzeitig vermeiden, dass gefrorene Wasserflaschen entfernt werden müssen, die auftauen und später wieder eingefroren werden müssen.

Obwohl das Füllen des leeren Raums mit Blöcken aus Polystyrol (Polystyrol) Energie spart, das Problem des Warmlufteinlasses vermeidet und die Wärmeleitung in gefrorene Lebensmittel verringert, verringert es auch die Wärmeleitung aus noch nicht gefrorenen Lebensmitteln. Dadurch verlängert sich die Zeit, die zum Gefrieren von Lebensmitteln benötigt wird, was die Verschlechterung erhöht, da die Lebensmittel länger eine höhere Temperatur haben. Das Polystyrol liefert fast keine "Thermoträgheit".

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