sciencetalk

Op meerdere internetpagina's is te lezen dat een vriezer waarin veel ijs zit (bijv. doordat de vriezer lange tijd niet ontdooid is) meer energie verbruikt. Echter staat er nergens waarom dit het geval is. Kan iemand mij dat uitleggen?

Omdat het ijs ook op -18°C gehouden wordt in plaats van de lucht die tegen de wanden van een ontdooide vriezer zit. De soortelijke warmte van water is 233 J/mol.K, terwijl die van lucht hangt rond de waarde van de gasconstante, 8.31 J/mol.K.

Bedankt voor de snelle reactie.

Dus als ik het goed begrijp, zou een niet-ontdooide vriezer niet meer energie kosten als de soortelijke wartme van water en ijs gelijk zouden zijn? Of kun je dat niet zo zeggen?

Dat zou je inderdaad kunnen zeggen. Het komt erop neer dat er in het geval van een onontdooide vriezer meer warmte aan het systeem moet worden onttrokken om dit systeem op de gewenste temperatuur te houden.

Bedankt voor de uitleg!

Wanneer het geheel is gekoeld tot -18 graden Celsius en het op die temperatuur gehouden wordt,
dan doet de soortelijke warmte er toch niet meer toe?
Het is dan de thermische geleidbaarheid van ijs die zo'n 100 maal hoger is.

Fuzzwood schreef: Dat zou je inderdaad kunnen zeggen. Het komt erop neer dat er in het geval van een onontdooide vriezer meer warmte aan het systeem moet worden onttrokken om dit systeem op de gewenste temperatuur te houden.

die snap ik niet. 
Iets op een bepaalde temperatuur houden kost in principe geen energie. 
 
Het enige dat een (gesloten) vriezer (in evenwichtstoestand) doet is de warmte afvoeren die door de wanden van de vriezer naar binnen lekt als gevolg van het temperatuurverschil tussen binnen en buiten. Of die vriezer dan geheel leeg is, of gevuld met allerlei etenswaar, of voor mijn part potjes water, maakt daarbij geen verschil. 
 
Wel, om die lekwarmte te kunnen afvoeren moet die lekwarmte naar de koelelementen kunnen stromen. Om warmte te transporteren is er een temperatuursverschil nodig. Warmte stroom minder snel in geval van isolatie. Een ijslaag isoleert.
 
(in het volgende voorbeeld zijn de genoemde temperaturen slechts een educated guess)
Stel, je wil op het oppervlak waar de warmte wordt afgevoerd -die gekrulde buizen binnenin- een temperatuur van -20°C hebben zodat ook nabij de onvermijdelijk warmtelekkende wanden de temperatuur nog zeker -17°C is en de inhoud dus gemiddeld op ongeveer -18°C kan blijven. 
 
Is je element "schoon", dan is een koelvloeistoftemperatuur in dat element van -20°C voldoende. 
Maar zit dat element ingeijsd (en denk erom dat dat een beetje sneeuwig ijs is met luchtinsluitsels) dan wil ik die -20°C hebben aan dat ijsoppervlak, en zal, om warmte voldoende vlot dóór dat ijs te transporteren mijn koelvloeistoftemperatuur al -23°C moeten zijn, en, hoe dikker die ijslaag, hoe verder ik mijn koelgastemperatuur moet laten zakken. Om toch voldoende vloeistof te laten verdampen moet de druk IN het element dus omlaag, en moet er dus een groter drukverschil overwonnen richting de condensor. Dat kost energie.
 
Alternatief: accepteren dat het ijsoppervlak wat minder koud is. Dat betekent echter een geringer temperatuursverschil en dus een geringere warmtestroom per seconde: oplossing: de compressor moet vaker aanschakelen (en/of langer aangeschakeld blijven) om per dag dezelfde hoeveelheid warmte te kunnen afvoeren.  Effecten voor de energierekening spreken voor zich. 
 
Of natuurlijk een combinatie van beide opties. Wat er werkelijk precies gebeurd in een keukendiepvries weet ik eigenlijk niet. 
 
In grote koelcellen wordt de temperatuur van de cellucht (die dan actief door ventilatoren langs de verdamper wordt geblazen) zowel vóór als ná die verdamper gemeten en vergeleken. Wordt dat verschil kleiner dan een grenswaarde dan wordt er automatisch een ontdooicyclus gestart. (dat verschil kan trouwens nog op verschillende wijzen "gestuurd" worden om de luchtvochtigheid in de cel te regelen, maar dan gaan we wel diep de koeltechniek in)

Met Jan eens dat een eenmaal afgekoelde vriezer niet meer energie gebruikt als hij vol (met waterijs of roomspinazie) is of leeg is.
De isolerende werking van ijs rond het koelelement lijkt mij ook de factor, maar hoe belangrijk die precies is, is voor mij nog de vraag.
 
Het zal langer duren voor de warmte door de isolerende ijslaag heen naar het koelelement wordt afgevoerd, en dus blijft de compressor langer draaien. Maar stopt de compressor dan is de inhoud van de vriezer zeg eens min 18, en de kern van het ijs rond de elementen bijvoorbeeld -25 graden, er is meer warmte afgevoerd dan nodig is. Het zal dan echter ook langer duren voor de compressor weer aan slaat, er is immers een reserve aan kou aanwezig in het ijs.
 
Nu denk ik dat er geen lineaire relatie is tussen temperatuur en energieverbruik, de compressor kent immers zijn temperatuurgrenzen. Dus zal het waarschijnlijk minder efficiënt zijn de elementen en het ijs erop tot die min 25 graden (misschien is het wel lager) te moeten koelen, en dan kost ijs op de elementen per saldo toch extra energie.
 
Zou de compressor geen efficiëntieverloop hebben, dan zou het per saldo geen klap uit moeten maken, maar dat is een hypothetische situatie.

Ik denk dat bovenstaande twee verklaringen mogelijk wel voorzien een een -iets- hoger energieverbruik, maar spectaculair zal het verschil m.i. niet zijn: Zo'n bonk ijs heeft enige thermische weerstand, maar afgezien daarvan fungeert het als een soort thermische buffer, eigenlijk net als de inhoud van een volle vriezer doet. 
 
Ergens vermoed ik dat er sprake is van een beetje een mythe: Het is niet zozeer de vriezer of koelkast met veel ijsafzetting die meer energie verbruikt, maar het apparaat waarin die ijsafzetting plaatsvindt. Bedenk wel dat dat ijs -ergens- vandaan moet komen, en dat ergens zal vermoeddelijk vocht uit de lucht zijn dat bijvoorbeeld binnenkomt telkens als je de deur opent. 
 
Als je nu een vriezer of koelkast hebt waarvan de deur niet goed sluit dan gaat dit proces continu door, en dat kost energie. De overmatige afzetting van ijs is een symptoom van dat lek. Dat apparaten met een grote hoeveelheid ijsafzet meer energie gebruiken komt m.i. voornamelijk omdat er bijvoorbeeld (relatief warme) lucht naar binnen lekt, niet door de aanwezige hoeveelheid ijs. 

..//.. Maar stopt de compressor dan is de inhoud van de vriezer zeg eens min 18, en de kern van het ijs rond de elementen bijvoorbeeld -25 graden, er is meer warmte afgevoerd dan nodig is. Het zal dan echter ook langer duren voor de compressor weer aan slaat, er is immers een reserve aan kou aanwezig in het ijs. ..//..

Maar het kost ook meer compressortijd om na het weer aanslaan die "koudereserve" op te bouwen, dus daar zijn we weer waar we waren.
 
Een fors aangevroren vriezer zal misschien een liter of twee aan ijsaanslag bevatten? (ik heb vaker een vriezer ontdooid en stel me niet voor dat dat meer is, eerder minder).
 
2 kg die zeg gemiddeld 3° kouder zijn gemaakt dan nodig bevatten een "koudereserve" van 2 x 2200 x 3 = 13 kJ. 
Als we even aannemen dat zo'n huisding toch 1 kW koelvermogen haalt voor 1 kW elektrisch vermogen . 130 W is een vrij normaal vermogen voor een huisvriezer,  dan "bespaart" de "koudereserve" in de ijslaag welgeteld 100 seconden draaitijd (maar kost het dus ook 100 seconden draaitijd om die reserve op te bouwen bij aanslaan)  
 

Dus zal het waarschijnlijk minder efficiënt zijn de elementen en het ijs erop tot die min 25 graden (misschien is het wel lager) te moeten koelen, .

Dat moet wel, want wat de compressor merkt is een groter temperatuurverschil tussen verdamper en condensor. 

Zo'n bonk ijs heeft enige thermische weerstand, maar afgezien daarvan fungeert het als een soort thermische buffer,

dat "thermische buffer"verhaal heb ik m.i. hierboven gedebunked 

Het blijft een lastige. Het alternatief is namelijk een vriezer zonder enige ijsafzet, waarvan de -inhoud- op bijv -20 moet komen. Even veronderstelt dat die inhoud niet op het koelelement staat maar bijv in een lade eronder ligt, zit er een behoorlijke laag lucht tussen het element en die inhoud. Daardoor moet het koelelement ook een temperatuur lager dan -20 bereiken wil het ooit de producten op -20 krijgen.

Vraag is dan: wat geeft meer thermische weerstand, een laag lucht of een plak ijs. Voor de plak ijs is het nog wel uit te rekenen, maar voor de lucht is het een lastige: hoeveel circulatie heb je? Van straling of geleiding moet je het echt niet hebben, dus hangt het er domweg vanaf hoe die vriezer is ingedeeld.