空冰箱和装满水的冰箱之间的能耗差异

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我有大约12瓶水。如果要最大程度地减少冰箱的能耗，我应该将这些瓶子放在冰箱中还是将其丢弃？

thermodynamics energy-efficiency refrigeration

— 前锋
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简短评论-我开始了更长的答案，但打了个电话-我可能会在某个时候添加它。将水倒入冰箱的瓶子中可能会稍微降低功耗，但不会大大降低正常功耗的百分比。能量损失率与温度差成正比，而不与内容物的量成正比。但是再加上12升水，将会减少冰箱中的冷空气量。当门打开时，更少的冷空气将流失，更少的热空气将进入，并且当门关闭时需要冷却。一个非常粗略的估计是，将需要少360焦耳的冷却。

— 罗素·麦克马洪

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冰箱内有更多的热量，可能会对压缩机的冷/空循环产生轻微影响。（在瓶子处于热平衡状态时，压缩机启动时可能会停留更长的时间，但是由于水的热质量意味着在通过隔热层进行相同能量损失的情况下，冰箱内部温度的变化较小，因此压缩机在两次循环之间的停机时间会更长。）但是，IDK会对效率产生任何影响。

— 彼得·科德斯

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冰箱通过将热量从内部输送到外部来工作。它需要做的工作量与进入内部的热量（以及内部和外部之间的温差）成正比。

热量进入内部有两种方式：

将温暖的物体放入冰箱。
热量从冰箱壁漏出。

当您将一瓶暖水放入冰箱时，冷却水会产生瞬时负载。但是，一旦水冷却，就不会影响冰箱必须完成的工作。

热量以与外部和内部之间的温差成比例的速率泄漏到冰箱中。此泄漏是恒定的，并且不受冰箱内部任何物体的任何影响。

因此，如果冰箱是空的，则应将其关闭。如果您想让水冷却，则应将其放入冰箱内并放开。但是，您不应该经常打开和关闭冰箱-冷却冰箱本身的内壁等会产生巨大的瞬态负载。

另外，每次打开门时，内部的一些凉风都会被外部的暖风代替。这也代表了一个小的瞬态负载，但是如果您开很多门，它可能会加起来。

— 戴夫·特威德
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这是一个很好的答案。有许多方法可以回答此类问题，但了解如何分析系统以及所涉及的能量流，对于将水瓶和冰箱的琐碎问题应用到较少琐碎的问题（与特定材料无关）至关重要空气和水的性质。

— 航

关于打开门时的空气变化的最后一部分，另一个答案指出，有更多的空间装满水的瓶子会减少冰箱中打开门时可以改变的空气量，所以如果将要打开很多门，将瓶子装在里面会减少每次可能进入的暖空气量，并有助于保持低温。不过，水具有巨大的热容量，因此，即使添加室温的水，也可能比少量的空气增加更多的热量。

— anaximander '16

那热辐射呢？

— Traubenfuchs

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如果您的冰箱中有未使用的空间，那么最好在其中填充一些东西，而不要让它晾干。这是因为每次打开门时，与房间交换的空气较少，因此再次冷却的机会也较少。

如果您不打算打开冰箱，那也没关系。正如其他人已经指出的那样，将水壶放在冰箱中代表了一次能源成本。一旦它们变冷，它们就不再消耗任何能量，并减少了门打开时损失的冷空气量。

但是，如果您确实是在减少能源消耗，并且冰箱中有多余的空间，则最好的长期解决办法是购买更小的冰箱。买一个足够大的东西来容纳需要冷藏的东西。在较小的冰箱中，冷藏箱的表面积较小，这是当一切都处于稳定温度且门未打开时热量进入的地方。在所有其他条件相同的情况下，冷藏箱表面积最小的冰箱将需要最少的功率。

当然，其他所有条件都不相同。冷却系统在成本/性能/寿命方面存在一些折衷，但主要与绝缘有关。这也是一个成本折衷，因此对于相同的冷藏箱，不同的型号具有不同的功率要求。至少在美国这里，要求卖方列出冰箱的功耗数据。寻找那些需要功率最小的冷盒。

您可以采取其他措施以最大程度地降低功耗：

确保散热器通风良好。冷却系统是一个热泵，它将热量从冷藏箱转移到冰箱的外部。散热器是消除热量的地方。如果流向散热器的气流受阻，则热泵必须更努力地工作（使散热器更热）以保持相同的冷却效果。这会耗电。

散热器通常是冰箱背面的金属网状物品。现代冰箱经过精心设计，以使空气流通的空间最小化，并且冰箱始终完全靠在墙上。将其从墙壁稍稍移开，并确保空气可以在底部流入并在顶部轻松排出，这会有所帮助。
保持散热器清洁。灰尘是一种很好的绝缘体，它将使冷却系统更加努力地将废热穿过灰尘层。
如果可以的话，将冰箱放在较冷的地方。散热器越冷，冷却系统工作的难度就越小。
尽量减少开门时间。如果您要搬进搬出几件东西，请一次打开门，快速依次移动所有物品，然后关上门。

— 奥林·拉斯罗普（Olin Lathrop）
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我从来不明白为什么人们会竭尽全力将冰箱藏在壁橱和橱柜中。它只是阻碍线圈周围的气流，收集灰尘并减少磁铁的不动产。

— 航

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这有两个方面。

首先，如果您的冰箱装满了除空气以外的任何东西，那么您每次打开门都将节省与冷空气逸出相关的能量。

但是，如果您将瓶装水放入冰箱中，则用冰箱来冷却它们所需的工作量要比等量的空气要多得多，因为室温下每升水所含热量要比室温下每升空气中所含热量多得多。在相同的温度下，冰箱要冷却一升水比冷却一升空气需要更多的工作。

如果您打算将瓶子放在冰箱的某个位置，那么现在最好将冰箱装满，而不是单独放入。但是，如果您实际上不需要冷却水，最好用空瓶或泡沫聚苯乙烯块填充备用空间。

这是因为空气和水的相对比热容。空气和水的单位质量热容分别为1 KJ / Kg·K和4 KJ / Kg·K，但是水的密度大约是水的1,000倍，因此体积的热容量相差4,000倍。

因此，很明显，与冷却相同量的水所需的工作相比，打开冰箱时由于空气损失而浪费的能源是微不足道的。

通常，每3单位制冷功率，冰箱将使用约1单位机械功率。

因此，总的来说，最大程度地减少冰箱中的自由空气有一个小优势，但这仅是通过将您想冷藏的东西或具有低容积热容量的固体（或容器或泡沫）填充到冰箱中才能做到的。

但是，这仅适用于打开门造成的损失，一旦内含物处于稳定的温度，则假设合理密封，则对实际消耗的能量没有影响。

— 克里斯·约翰斯
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在这种情况下，有许多因素起作用：
1-瓶子的形状及其材料的隔热指数。
2-如何将瓶子放在架子上：它们会促进气流流动还是会阻碍气流。
3-打开冰箱门的频率。
正如许多人提到的那样，室温瓶冷却时会有初始负荷。但在此之后，其他所有条件都相等，则归结为两种情况；由于没有设计和制造工艺的需要，以及没有瓶子的冰箱的材料热性能，热量渗透到冰箱中的情况与瓶子的作用类似冷散热器的叶片，让瞬态空气流在其周围被冲洗一样。因此，如果瓶子的形状和位置不鼓励进入的空气轻松流通，则将有助于节省能源。
最终，如果您在最初的能量选择之后将水填满了整个可用空间，则长期能源消耗将减少。
我们可以将这台冰箱看作是冷却塔的倒置。如果我们不想与周围的空气发生热相互作用，可以通过将水瓶放置在一定的位置上，以使冰箱的其他部分免受对流或通风的影响而使其变得困难。这个概念已经在中东建筑中使用了多个世纪，例如被动空调。

— 卡姆兰
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水瓶的增加重量将导致冰箱支脚和地板之间的接触面变形很小，从而使支脚和（可能较温暖的）地板之间形成更好的热接触。因此，增加水瓶将增加通过脚的热量损失，其量很小，即使是最灵敏的热通量传感器也无法检测到。

— 卡尔顿
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