Это миф, что наличие бутылок со льдом в морозильной камере повышает производительность?

Я хотел бы уточнить ответы, предложенные @Bort и @sammy gerbil, на основе грубых оценок, приведенных ниже.

Рассмотрим холодильник с идеальной теплоизоляцией. Первоначально он заполнен воздухом комнатной температуры,$T_{room}$. Позволять$V_{fridge}$быть внутренний объем холодильника. Если весь воздух внутри холодильника нужно охладить до некоторой средней температуры$T_{cold}<T_{room}$, то надо отводить тепло

$$\begin{align} Q=\rho_{air}V_{fridge}C_{p,air}(T_{room}-T_{cold}) \end{align}$$ Так как холодильник имеет идеальную теплоизоляцию, потерь нет, а $T_{cold}$может длиться бесконечно, если не открывать холодильник. Если открыть холодильник $n$раз, то при наихудшем сценарии, когда весь холодный воздух внутри холодильника заменяется комнатным воздухом, вам необходимо извлечь $(n+1)Q$количество тепла.

Теперь рассмотрим другой такой же холодильник, часть объема которого назовем$\phi$, заменяется водой, изначально все комнатной температуры. Охлаждение до$T_{cold}$требует отвода тепла,

$$\begin{align} Q'=[\rho_{water}~\phi V_{fridge}C_{p,water}+\rho_{air}(1-\phi)V_{fridge}C_{p,air}](T_{room}-T_{cold}) \end{align}$$ Если открыть холодильник $n$раз, как и раньше, снова предполагая, что весь воздух внутри замещен комнатным воздухом, а также предполагая, что температура воды остается неизменной и равной $T_{cold}$всегда, нам нужно отвести теплоту, равную $Q'+n(1-\phi)Q$.

Таким образом, отношение количества теплоты, которое необходимо отвести в обоих случаях, равно

$$\begin{align} \alpha\equiv\frac{Q'+n(1-\phi)Q}{(n+1)Q} \end{align}$$ Позволять $n$среднее количество раз, когда вы открываете холодильник между заменами воды внутри холодильника. Для любого заданного $\phi$, экономия получится, если $$\begin{align} \alpha & < 1 \\ \frac{Q'+n(1-\phi)Q}{(n+1)Q} & <1 \\ \frac{Q'}{Q}+n(1-\phi) & <(n+1) \\ \frac{Q'}{Q} & < 1+n\phi \\ n & >\frac{1}{\phi}(\frac{Q'}{Q}-1) \end{align}$$ С $\rho_{water}C_{p,water}\gg\rho_{air}C_{p,air}$, то если $1\geq \phi \gg 0$мы должны иметь $\frac{Q'}{Q}\approx\frac{\rho_{water}C_{p,water}}{\rho_{air}C_{p,air}}\gg1$. Таким образом, нам нужно $$\begin{align} n>\frac{1}{\phi}\frac{\rho_{water}C_{p,water}}{\rho_{air}C_{p,air}}=\frac{1}{\phi}\frac{10^3\times 4.2\times 10^3}{1.2\times 1.0\times 10^3}\sim \frac{1}{\phi}10^3 \end{align}$$ Поэтому даже в лучшем случае, когда $\phi\approx 1$, вам нужно держать воду внутри холодильника достаточно долго, чтобы вы открывали холодильник тысячи раз между заменами воды, чтобы произошла экономия энергии. Это происходит потому, что первоначальные затраты на охлаждение воды намного выше, чем на воздух.

Обновлять

Ввиду отличного ответа Зеро, я должен отметить, что мой ответ игнорирует вопрос энергоэффективности и касается только вопроса температурной стабильности . Я согласен с Зеро в том, что эта практика вряд ли сэкономит энергию.

Одним из способов повышения эффективности полной морозильной камеры является снижение частоты включения компрессора, что требует большой силы тока. Если температура более стабильна, потребуется больше времени для прогрева до температуры «включено», поэтому компрессор будет реже включаться. Но есть и другие факторы, которые могут перевесить значение этого.

Оригинальный ответ

Большая часть продуктов, которые вы помещаете в морозильную камеру, будет содержать много воды, поэтому, если вы держите морозильную камеру полной продуктов, вам не нужны бутылки с водой. Еда обеспечивает «термоинерцию», которую рекомендует ваш папа, и сводит к минимуму пространство для холодного воздуха, который выпадает наружу и заменяется теплым влажным воздухом комнатной температуры, когда вы открываете дверцу морозильной камеры. (Наличие морозильного ларя позволяет избежать выпадения холодного воздуха. Так же, как и хранение продуктов в ящиках.)

[ Примечание : производители холодильников рекомендуют не переполнять. Наличие пространства для циркуляции холодного воздуха помогает поддерживать однородную температуру.]

Но если вы не в состоянии держать морозильник полным, это отличная идея по той причине, которую дал ваш папа. Таким образом вы должны заполнить как можно больше места, стараясь при этом не убирать замороженные бутылки с водой, которые оттаивают, и позже их придется замораживать повторно.

Хотя заполнение пустого пространства блоками из полистирола (полистирола) позволит сэкономить энергию, избежать проблем с забором теплого воздуха и уменьшить передачу тепла замороженным продуктам, это также уменьшит передачу тепла от продуктов, которые еще не заморожены. Это увеличивает время, необходимое для замораживания продуктов, что увеличивает их порчу, поскольку продукты дольше находятся при более высокой температуре. Полистирол практически не даст «термоинерции».

Другие полезные обсуждения:

Опытный совет SE : Помогает ли полная загрузка морозильной камеры значительно повысить энергоэффективность
Скептики SE : Повышает ли заполнение холодильника или морозильной камеры потребление энергии?
Physics SE : Пустому холодильнику требуется больше энергии, чтобы оставаться холодным, чем полному?
The Straight Dope: охлаждает ли холодильник более эффективно, когда он полон?