Le fait de garder un réfrigérateur / congélateur plein contribue-t-il considérablement à l'efficacité énergétique?

C'est l'une de ces déclarations que je rencontre fréquemment, mais je n'ai jamais vraiment vu de preuves à l'appui. Le conseil va souvent encore plus loin en disant que si votre réfrigérateur / congélateur est relativement vide, vous devez ajouter quelque chose (par exemple, des bouteilles d'eau).

De telles déclarations sont apparues ici aussi, comme dans les réponses à cette question , cette question , cette question , et plus récemment cette question .

Je suppose qu'il peut y avoir des économies d'énergie mineures dans certaines circonstances, mais est-ce suffisamment important pour vraiment s'en soucier ? De plus, est-ce suffisant pour compenser l'énergie perdue dans, par exemple, l'eau de refroidissement ou de congélation (ou d'autres choses) juste pour remplir le réfrigérateur?

Remarque: J'ai fait certaines de mes propres recherches et j'allais l'afficher dans la question, mais je pense qu'il serait plus approprié de fournir ce que j'ai trouvé dans une réponse ci-dessous. Cependant, si quelqu'un a des sources fiables qui donnent une réponse différente (et de préférence des mesures ou des études réelles pour le confirmer), je suis très intéressé.

EDIT: Après avoir écrit ma réponse, je viens de trouver ceci , où Cecil Adams plaide fortement en faveur de l'hypothèse du frigo plein. Je suis rarement en désaccord avec Cecil, et il fait référence à un certain nombre d'études, mais pas de citations. Je suis donc intéressé si quelqu'un peut indiquer certaines de ces études.

RÉSUMÉ: À moins que je manque quelque chose ici ou que vous fassiez des choses très étranges avec votre réfrigérateur, vous économiserez tout au plus quelques dollars par an en gardant votre réfrigérateur / congélateur plein. De plus, faire le plein d'eau (ou d'autres choses) pour remplir l'espace réfrigérateur / congélateur ne vous économisera pas du tout à moins que vous ne le conserviez très longtemps, car cela coûte tellement d'énergie pour refroidir l'eau en premier lieu.

Il y a des raisons valables de le faire:

• si vous devez survivre à des pannes de courant intermittentes (comme le note TFD), avoir beaucoup de glace ou de nourriture dans le réfrigérateur le gardera au frais plus longtemps
• une plus grande quantité de nourriture dans le réfrigérateur / congélateur facilitera le refroidissement ou la congélation de nouveaux aliments plus rapidement, ce qui peut parfois contribuer à la sécurité / conservation des aliments
• de même, avoir plus de nourriture peut aider à minimiser les petites fluctuations de température lors de l'ouverture fréquente de la porte, ce qui peut également aider à la sécurité / qualité des aliments dans certains cas
• si vous avez un réfrigérateur très inefficace qui se refroidit de façon inégale ou n'est pas bien isolé, avoir plus de nourriture empêchera autant d'allumer et d'éteindre le vélo (bien que l'emballage d'un réfrigérateur trop plein puisse également l'empêcher de fonctionner correctement)

Toutes ces raisons sont peut-être de bonnes raisons d'avoir une légère préférence pour garder le réfrigérateur un peu plus plein. Mais, d'un point de vue énergétique, il n'y a pas de raison de remplir délibérément votre réfrigérateur avec un excès de nourriture / d'eau, car l'énergie nécessaire pour refroidir les solides ou les liquides est généralement beaucoup, plusieurs fois la quantité nécessaire pour refroidir l'air.

De plus, si votre principale préoccupation est que l'air froid «tombe» du réfrigérateur lorsque la porte est ouverte, je vous suggère de le remplir de conteneurs vides qui ne contiennent que de l'air. Ils vous donneront l'avantage de ne pas perdre cet excès d'air froid, mais sans la dépense d'énergie pour refroidir un liquide dont vous n'avez pas besoin. (Mais encore une fois, l'avantage probable est probablement au maximum de quelques dollars par an.)

Détails ci-dessous.

J'ai essayé de rechercher des statistiques fiables, et bien que je trouve de nombreuses sources qui font cette affirmation, je ne vois généralement pas de chiffres réels concernant les économies d'énergie ou même un calcul théorique pour soutenir la logique de la pratique.

En fait, il semble parfois apparaître sur des listes "mythes" de groupes énergétiques, comme ici :

1. MYTHE: Vous pouvez économiser de l'énergie en gardant votre réfrigérateur plein, en le fermant rapidement et en nettoyant régulièrement les serpentins.

En fait, ces trois actions ne valent pas la peine. Dans l'étude réalisée par Balsnik, il a été constaté:

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.

Ou à partir de ce document (sur l'efficacité des congélateurs à très basse température):

LÉGENDE URBAINE? Un congélateur plein prend moins d'énergie pour fonctionner:Une raison apparente de cette idée est que la masse thermique prend plus de temps à se réchauffer, donc le compresseur n'a pas à travailler aussi dur. Pensez-y: bien que le contenu prenne plus de temps à se réchauffer, il prend également plus de temps à le refroidir pour que le compresseur fonctionne tout aussi longtemps chaque jour. Les facteurs isolants fondamentaux de l'épaisseur de la paroi et de l'intégrité du joint ne changent pas avec un congélateur plein ou vide, alors pourquoi devrait-il faire une différence dans le transfert de chaleur? Alors que la fréquence du cycle diminuera, la durée du cycle augmentera. La chaleur pénétrant dans l'armoire ne changera pas. Il y a une pointe de puissance nominale au début de chaque cycle de compresseur, donc plus de cycles pourraient augmenter légèrement la consommation d'énergie. Les données n'ayant pas été largement partagées, elles restent pour l'instant dans le statut de légende urbaine.

La logique de cette dernière référence semble répondre à la question de savoir si un congélateur / réfrigérateur non ouvert sera plus efficace lorsqu'il est plein (comme on le prétend parfois - que le réfrigérateur devra "travailler moins dur" d'une manière ou d'une autre). Évidemment, cela n'a pas beaucoup de sens, comme le note cette citation.

Cependant, pour juger cela avec précision, nous devons tenir compte de ce qui se passe lorsque vous ouvrez le réfrigérateur / congélateur . Voici un rapport d'un groupe d'économies d'énergie qui a essayé un certain nombre de tests (y compris l'ouverture de la porte pendant plusieurs périodes). Ils ont conclu que les modèles de réfrigérateurs à congélateur supérieur utilisaient moins d'énergie lorsqu'ils étaient pleins , bien qu'ils notent dans leur analyse qu'il n'inclut pas l'énergie supplémentaire requise pour refroidir les aliments supplémentaires en premier lieu . Mais une fois que la nourriture est fraîche et le frigo est plein, il y a un certainavantage énergétique pour les congélateurs supérieurs. (Le montant est inconnu, car leurs graphiques n'ont pas de chiffres.) Pour les autres types de modèles de congélateurs, les résultats des tests étaient mitigés, il n'y avait donc aucun avantage évident d'un réfrigérateur vide par rapport à un réfrigérateur plein. Leur conclusion: "Donc, nous vous conseillons de ne pas vous soucier de garder le réfrigérateur plein et de vous concentrer davantage sur la fermeture de la porte."

Pour une perspective théorique sur l'ouverture du réfrigérateur, essayons quelques hypothèses raisonnables:

Aux États-Unis, la taille moyenne d'un réfrigérateur est d'environ 20 pi ³ . Si nous supposons que le réfrigérateur n'est pas plein et que la moitié de l'air présent est remplacée par de l'air à température ambiante lorsque la porte est ouverte, cela représenterait environ 10 pi ³ , soit environ 0,28 m ³ .

En utilisant les statistiques d' ici , nous pouvons calculer que le refroidissement de 10 pi ³ d'air par 20 ° C (par exemple, de la «température ambiante» d'environ 25 ° C à 5 ° C) nécessiterait environ 6,8 kJ d'énergie, soit 0,0019 kWh . Pour un congélateur de taille similaire, la température de l'air devrait probablement être abaissée d'environ 40 ° C, plutôt que de 20 ° C, de sorte que ces chiffres seraient doublés.

Si nous ouvrons la porte du réfrigérateur 20 fois par jour, sur une année, cela représenterait environ 13,8 kWh pour un réfrigérateur avec 10 pi ³ d'espace vide, ou 27,5 kWh pour un congélateur avec une quantité d'espace vide similaire. Les statistiques de la première citation ci-dessus estiment à 50 kWh / an pour toutes les ouvertures de porte de réfrigérateur, donc les chiffres semblent être dans le bon stade. Fondamentalement, cela coûte quelques dollars chaque année en perte d'énergie pour ouvrir le réfrigérateur.

Supposons maintenant que nous ayons plutôt chargé ces 10 pieds ³ d'eau au lieu d'air. (Il s'agit d'une quantité d'eau ridiculement grande, mais je l'utilise pour garder le volume occupé le même pour une comparaison.)

La quantité d'énergie requise pour refroidir l'eau à partir de la température ambiante peut être calculée de manière similaire à partir de ces chiffres . Le refroidissement de 10 pi ³ d'eau à 20 ° C nécessiterait environ 23 000 kJ. La congélation à -15 ° C à partir de 25 ° C nécessiterait environ 120 000 kJ. (Ce nombre est significativement plus élevé, en raison de l'excès d'énergie nécessaire pour transformer l'eau liquide en glace solide.) L'effet de l'ajout de grandes quantités d'eau a été clairement montré dans l'étude mentionnée ci-dessus , où l'ajout de 150 livres. de l'eau à température ambiante a fait grimper le réfrigérateur à environ 65 ° F et mettre presque un jour et demi pour revenir à la température normale.

Pour mettre ces chiffres sous une forme plus utile:

• Il faudrait refroidir l'air dans le réfrigérateur environ 3 500 fois pour «payer» la quantité d'énergie dépensée pour refroidir le même volume d'eau.

• Il faudrait refroidir l'air dans le congélateur environ 9 000 fois pour «payer» la quantité d'énergie dépensée pour congeler le même volume d'eau.

MISE À JOUR: Comme Joe le souligne à juste titre dans les commentaires, j'ai supposé de l'air sec ici pour simplifier les calculs. Mais l'air réel de la cuisine sera humide et son effet n'est pas négligeable. (J'ai supposé que l'erreur serait inférieure à 50% environ, mais selon des hypothèses raisonnables, elle est probablement désactivée par un facteur de 1,5 à 3, en fonction de l'humidité de votre cuisine et de l'humidité de votre réfrigérateur.)

Quoi qu'il en soit, en supposant que nous commençons avec une humidité relative de 50% dans la cuisine à 25 ° C, et nous supposons que le réfrigérateur refroidit à 5 ° C dans le réfrigérateur et à -15 ° C dans le congélateur tout en maintenant 50% d'humidité relative à ces températures (ce qui nécessiterait évidemment l'élimination de la vapeur d'eau), voici quelques statistiques mises à jour:

- Il faudrait refroidir l'air du réfrigérateur environ 1800 fois pour «payer» la quantité d'énergie dépensée pour refroidir le même volume d'eau.

- Il faudrait refroidir l'air dans le congélateur environ 5500 fois pour "payer" la quantité d'énergie dépensée pour congeler le même volume d'eau.

[Voir les calculs ci-dessous pour plus de détails.]

Fondamentalement, selon la fréquence à laquelle vous ouvrez votre réfrigérateur et la température de la pièce, vous devrez probablement réfrigérer l'eau pendant au moins plusieurs mois avant de voir des économies d'énergie (du tout). Vous auriez probablement besoin de garder (la même) eau gelée pendant au moins un an pour obtenir des économies d'énergie. Même alors, pour des quantités raisonnables d'eau (par exemple, quelques gallons), il est peu probable que vous économisiez plus de quelques dollars par an en coûts d'énergie (et probablement moins).

Une dernière remarque sur les réfrigérateurs pleins: même en supposant que vous parveniez à économiser quelques centimes par an avec un réfrigérateur plein, mon expérience pratique me dit que je garde la porte ouverte beaucoup plus longtemps lorsque le réfrigérateur est plein que lorsqu'il est presque vide, car souvent besoin de déplacer des choses ou de retirer des choses temporairement pour les mettre dans le dos. Alors, ces économies théoriques se matérialiseraient-elles jamais? Je ne sais pas.

Pour ceux qui sont intéressés, voici le "travail" pour les calculs ci-dessus. Je suppose un volume de 10 pi ³ = ~ 0,28 m ³ . Notez que diverses approximations ont été utilisées ici pour obtenir un chiffre "approximatif" - en particulier, les densités et les chaleurs spécifiques étaient supposées constantes sur la plage de température, ce qui pourrait introduire une erreur de 5 à 10% pour les calculs de l'air, et beaucoup moins pour les calculs d'eau.

(1) Air de refroidissement (sec) à 20 ° C

• 0,28 m ³ d'air × densité de 1,205 kg / m ³ à 20 ° C du tableau = 0,337 kg
• 0,337 kg × 20 ° C [comme 20 K] × chaleur spécifique de 1,005 kJ / (kg K) = 6,8 kJ
• 6,8 kJ ÷ 3600 = 0,0019 kWh

(2) Refroidissement (sec) de l'air à 40 ° C

• Même poids d'air initial
• 0,337 kg × 40 ° C × 1,005 kJ / (kg K) = 13,6 kJ

(3) Eau de refroidissement de 25 ° C à 5 ° C

• Même volume de 0,28 m ³
• 0,28 m ³ × densité d'environ 1000 kg / m ³ = 280 kg
• 280 kg × 20 ° C × chaleur spécifique de 4,18 kJ / (kg K) du tableau = 23400 kJ
• REMARQUE: Évidemment, on ne peut pas et ne doit pas remplir un réfrigérateur domestique avec environ 600 lb. d'eau, mais j'ai utilisé le même volume ici pour produire l'énergie requise pour des volumes comparables, car il est affirmé que le remplacement de l'air par un volume équivalent d'eau fera une différence.

(4) Eau de refroidissement de 25 ° C à -15 ° C

• La glace est moins dense que l'eau, donc pour atteindre un volume final de 10 m ^ 3, il faut commencer avec moins d'eau.
• 0,28 m ³ × densité de glace de 916,8 kg / m ³ = 256 kg
• Refroidir à 0 ° C: 256 kg × 25 ° C × chaleur spécifique 4,18 kJ / (kg K) = 26800 kJ
• Congélation: 256 kg × chaleur de congélation 334 kJ / kg = 85700 kJ
• Glace fraîche à -15 ° C: 256 kg × 15 ° C × chaleur spécifique de glace 2,108 kJ / (kg K) = 8100 kJ
• Énergie de refroidissement totale: 120 700 kJ

(5) Refroidissement d'une quantité similaire d'eau et d'air dans le réfrigérateur = 23400 kJ ÷ 6,78 kJ = environ 3450 fois plus

(6) Refroidissement d'une quantité similaire d'eau et d'air dans le congélateur = 120700 kJ ÷ 13,6 kJ = environ 8900 fois plus

(7) Air de refroidissement à 50% d'humidité relative de 20 ° C:

• Nous obtenons des fractions de poids de vapeur d'eau dans l'air à 50% d'humidité à partir d'un diagramme de Mollier . Ici, x à une humidité de 0,5 est d'environ 0,0098 kg / kg à 25 ° C et d'environ 0,0026 kg / kg à 5 ° C.
• Nous suivons ensuite le calcul de l'enthalpie (H) de l'air humide comme indiqué sur le lien de Joe ici .
• À 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
• À 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 (changement d'enthalpie) = 50,1 - 11,6 = 38,5 kJ / kg
• L'air humide est légèrement moins dense que l'air sec: d'après les chiffres d' ici , l'air humide est d'environ 1,199 kg / m ³ à 20 ° C.
• La masse d'air utilisant une hypothèse de volume supérieure à 0,28 m ³ est de 0,336 kg
• Énergie nécessaire pour refroidir = changement d'enthalpie × masse = 38,5 kJ / kg × 0,336 kg = 12,9 kJ
• Notez que divers nombres ici peuvent varier légèrement au cours du changement de température, mais comme dans le lien de Joe, nous pouvons supposer qu'ils sont suffisamment constants pour ne pas affecter la réponse finale de plus de quelques pour cent.

(8) Air de refroidissement de 25 ° C à -15 ° C dans le congélateur

• En utilisant le diagramme de Mollier lié ci-dessus, nous obtenons une fraction de poids d'environ 0,00055 kg / kg pour 50% d'humidité à -15 ° C
• Utilisez des calculs similaires à ceux ci-dessus
• H à -15 ° C = -13,7 kJ / kg
• delta H de 25 ° C à -15 ° C = 63,8 kJ / kg
• en utilisant la masse et la densité comme ci-dessus, l'énergie totale nécessaire pour refroidir est = 21,4 kJ

(9) Nous calculons les ratios comme ci-dessus, avec 1800 fois plus d'énergie pour refroidir un volume équivalent d'eau dans le réfrigérateur et 5600 fois plus d'énergie pour le congeler.

(10) L'humidité relative peut varier à la fois dans la cuisine et dans le réfrigérateur, donc ces calculs ne doivent être pris que comme un chiffre approximatif, variant peut-être d'un facteur 2-3 dans les deux sens dans les cas extrêmes. Quoi qu'il en soit, la quantité d'énergie nécessaire pour refroidir même l'air humide est insignifiante par rapport à celle requise pour refroidir tout aliment liquide ou solide.

Un cas de bord est si vous êtes sur un plan d'alimentation contrôlé pour votre réfrigérateur, ou si vous avez un wattmètre intelligent et un réfrigérateur (tous deux très rares)

Avec ces plans, vous pouvez économiser de l'argent, mais pas directement de l'énergie, vous sauvez simplement votre pays d'une production d'énergie de pointe inefficace

Il peut y avoir de nombreuses heures sans courant pour votre réfrigérateur, donc un réfrigérateur ou un congélateur bien approvisionné aura moins d'oscillation de température, ce qui peut améliorer la conservation des aliments

Il y a plusieurs facteurs. Le facteur que les gens prennent rarement en considération est la masse . Ci-dessous, je ne considère que ce facteur. D'autres facteurs, tels que les portes ouvertes, peuvent avoir des effets plus importants, surtout lorsqu'ils sont pris en compte de manière cumulative. Je ne sais pas.

Si je mets une bouteille d'eau à température ambiante dans un congélateur avec dix bouteilles d'eau congelée, la température de la nouvelle bouteille descendra beaucoup plus rapidement que dans un congélateur vide, car il y a déjà plus de masse froide. Cependant, cela a un coût; la température des bouteilles congelées augmentera en relation directe avec le transfert de chaleur. L'unité de réfrigération devra utiliser de l'énergie pour ramener la température des dix bouteilles à leur température correcte. Alors oui, nous avons un gel plus rapide. Mais non, basé uniquement sur ce facteur, nous n'avons pas moins d'énergie dépensée pour faire ce gel.

La fonction essentielle d'une unité de réfrigération est de maintenir un différentiel de chaleur entre l'intérieur et l'extérieur. Plus la masse de ce qui doit être conservé à une température inférieure est élevée, plus la quantité d'énergie nécessaire pour le faire est grande. L'air a très peu de masse, très peu d'énergie est nécessaire pour changer sa température. En revanche, une bouteille d'eau a une masse beaucoup plus grande et beaucoup plus d'énergie sera nécessaire pour maintenir un différentiel de chaleur.

Une raison pour laquelle l' énergie est nécessaire pour maintenir une température constante est due au transfert de chaleur de la température ambiante à l'extérieur de l'unité de réfrigération et de la température souhaitée à l'intérieur (nous pouvons également penser à cela comme du froid qui s'infiltre dans la direction opposée). Sinon, un congélateur fermé n'aurait jamais besoin d' électricité, une fois qu'ilauraatteint le réglage de température.

Le contenu d'un congélateur vide maintenu à -20 ° C a une masse très faible, alors que celui d'un congélateur rempli de bouteilles d'eau a une masse beaucoup plus élevée. Le congélateur plein a en effet "plus de froid" à l' intérieur, même lorsque la température est la même. Il perd plus de froid à l'extérieur et plus d'énergie est nécessaire pour le garder froid.

Donc, basé uniquement sur le facteur de perte de froid, un congélateur plein a besoin de plus d'électricité.

L'importance de ce facteur dépend de plusieurs facteurs, notamment l'efficacité du blindage thermique du congélateur, la température ambiante (moins de transfert de chaleur si la température ambiante est de 16 ° C à 30 ° C), la ventilation des serpentins thermiques, etc.

Comment cette interaction avec d'autres facteurs crée une équation multifactorielle assez compliquée, et je soupçonne que la réponse ne sera pas la même pour chaque unité de réfrigération et chaque utilisation.

Tous ces calculs au lieu d'un peu de bon sens. L'air a une capacité thermique d'un quart de l'eau. Cela signifie que pour chaque degré de refroidissement, l'eau nécessite 4 fois plus d'énergie pour le réfrigérateur que l'air. Si l'eau se trouve dans une pièce chaude (ou si la porte du réfrigérateur est ouverte), il faudra quatre fois plus de temps pour se réchauffer que l'air. Alors arrêtez de parler d'efficacité énergétique et d'autres termes ésotériques. Pensez simplement: si mon réfrigérateur est plein, chaque fois que j'ouvre la porte et / ou que je mets quelque chose, la variation de température sera moindre si elle est pleine que si elle est pleine. est vide. Oubliez donc le mot «efficace» et remplacez-le par «meilleur». Fondamentalement, pour qu'un réfrigérateur fonctionne bien, c'est-à-dire pour que la température varie le moins possible, gardez-le plein. Fin de l'histoire.

Il y a aussi un autre facteur qui n'a pas été pris en compte. L'eau / glace dans un réfrigérateur refroidira l'air intérieur plus rapidement lorsque la porte se ferme, ce qui réduit le travail requis par le compresseur après chaque occurrence. Donc, si le réfrigérateur était rempli de glace collectée après une tempête de neige, cela diminuerait la consommation d'énergie causée par l'ouverture de la porte et les frais de refroidissement de 150 lb d'eau à température ambiante ne se produiraient jamais. Bien que quiconque sache combien d'énergie est nécessaire pour maintenir un réfrigérateur plein par rapport à un réfrigérateur vide, il me semble que ces valeurs doivent être obtenues pendant que la porte reste fermée pour établir une référence de consommation d'énergie, puis allez-y.

Remplir l'espace vide dans un réfrigérateur pour le rendre plus «efficace» ou pour économiser de l'argent n'est tout simplement pas correct. Pensez-y de cette façon, conduire un semi-remorque est moins cher à rouler plein ou à vide. L'espace vide ou l'espace plein sera refroidi par le réfrigérateur de la même manière, il est beaucoup moins cher de refroidir un espace vide (air). C'est aussi simple que ça.