Câu này thuộc dạng "rất dễ để hỏi" nhưng việc tìm đáp án chính xác cho nó thì lại không hề đơn giản. Tôi đã đem vấn đề này đi hỏi trên nhiều diễn đàn quốc tế và nhận được kha khá những hồi đáp thú vị:
Donald Poindexter, cựu Kỹ thuật viên Vệ tinh (Iraq, Afghanistan) (2004-2013):
Lấy hai tủ lạnh giống hệt nhau, một cái chứa đầy thực phẩm (A) và để trống cái kia (B). Hãy chắc chắn rằng bạn xếp đồ trong tủ A một cách hợp lý sao cho xung quanh thực phẩm có khoảng trống và không khí được lưu thông thích hợp.
Khi cả hai chiếc tủ lạnh đều đã đạt đến nhiệt độ làm lạnh cài đặt thì chúng sẽ sử dụng cùng một lượng năng lượng nếu cửa tủ được đóng kín.
Những chiếc tủ lạnh sẽ sử dụng năng lượng để phục vụ duy nhất một mục đích: bù đắp cho nhiệt năng truyền từ bên ngoài vào bên trong thông qua lớp vỏ bọc cách nhiệt.
Vì cả hai chiếc tủ lạnh giống hệt nhau nên tốc độ truyền nhiệt phải giống nhau.
Giả sử cứ sau mỗi nửa giờ chúng ta lại mở cửa cả 2 chiếc tủ lạnh (với tần suất như nhau) trong 10 giây thì chiếc tủ lạnh trống (B) sẽ bị thất thoát toàn bộ không khí lạnh (toàn bộ thể tích của tủ lạnh), và không gian bên trong tủ sẽ được thay thế bằng không khí ở nhiệt độ phòng.
Trong khi đó, tủ lạnh đầy (A) sẽ chỉ bị mất đi lượng không khí bao quanh thực phẩm.
Sau khi đóng cửa, cả hai chiếc tủ lạnh sẽ đều phải làm mát số không khí mới – vốn ấm hơn nhiệt độ cài đặt.
Một điều hiển nhiên là lượng không khí lớn trong tủ lạnh trống (B) sẽ tốn nhiều năng lượng để làm mát hơn là làm mát lượng không khí nhỏ trong tủ lạnh đầy (A).
Như vậy, về lý thuyết mà nói thì: Tủ lạnh đầy hơn sẽ sử dụng ít điện hơn trong điều kiện sử dụng bình thường.
Bradford White, Kỹ sư chuyên ngành HVAC (Heating, ventilation and air conditioning) và Năng lượng (1977-nay):
Thông thường, một chiếc tủ lạnh đầy (hoặc tủ đông đóng kín) sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn so với cũng chiếc tủ lạnh đó nhưng rỗng ruột hoặc chứa ít đồ hơn khi tất cả thực phẩm được lưu trữ ở nhiệt độ mong muốn.
Năng lượng âm tích trữ trong những thực phẩm đó giúp giảm tải cho máy nén và chu trình làm lạnh. Nói cách khác, nhiệt dung riêng của toàn bộ khối thực phẩm đó lớn hơn nhiệt dung riêng của khối không khí mà nó chiếm chỗ.
Ví dụ, một tủ đông 20 feet khối (566 lít) rỗng ở 0 độ F (-17,78 oC) chứa 1,725 lbs (0,78 kg) không khí với sự chênh lệch thế năng với điểm đóng băng của nước (32 độ F hay 0 oC) là 13,25 BTU.
Cùng chiếc tủ lạnh đó nhưng chứa đầy đậu Hà Lan đông lạnh (nặng 1,034 lbs – tương đương 469 kg) và ở 0 độ F (-17,78 oC) sẽ có sự chênh lệch thế năng so với điểm đóng băng của nước (32 độ F hay 0 oC) là 7613 BTU, tức là gấp 574 lần so với tủ lạnh rỗng.
Mấy đứa con nít nhà tôi có thói quen mở cửa tủ lạnh ra rồi đứng tần ngần nhìn vào trong nên tôi vẫn thường phải dặn chúng rằng: "Đó là cái tủ lạnh chứ không phải tivi". Vì vậy, các bạn hãy nhớ luôn giữ cho cửa tủ đóng chặt.
Ronald Kovacs, chuyên gia quản lý tài sản
Khi ta đặt đồ còn ấm vào tủ lạnh thì năng lượng sẽ bị tiêu hao để làm lạnh chúng.
Việc so sánh tủ lạnh đầy và rỗng yêu cầu tất cả các yếu tố phải bình đẳng. Trong cả hai trường hợp, giả sử tủ lạnh vẫn hoạt động đủ lâu để duy trì nhiệt độ bên trong và cửa không bị mở ra trong 24 giờ sau khi nhiệt độ đã ổn định thì rõ ràng là chiếc tủ lạnh chứa lượng thực phẩm lớn sẽ cần nhiều thời gian hơn và nhiều năng lượng hơn để LÀM LẠNH TỪ ĐẦU.
Vì vậy, khi cả 2 chiếc tủ lạnh đã đạt đến nhiệt độ ổn định như nhau (số thực phẩm trong tủ lạnh đầy và các bộ phận bên trong tủ lạnh trống) thì vấn đề cần xem xét tiếp theo là sự xâm nhập nhiệt từ bên ngoài.
Giả sử chúng ta đóng kín cửa của cả 2 chiếc tủ lạnh thì chỉ có duy nhất một con đường để nhiệt xâm nhập là qua lớp cách nhiệt của tủ lạnh. Vì chúng ta đang sử dụng những chiếc tủ lạnh giống hệt nhau nên lượng nhiệt từ môi trường xung quanh xâm nhập vào tủ lạnh cũng sẽ giống nhau. Do đó, cũng sẽ có cùng một lượng nhiệt phải được loại bỏ (làm lạnh). Do vậy, khi so sánh công bằng thì lúc này sẽ không có sự khác biệt.
Trong đời thực thì hiếm khi nào tủ lạnh ở trạng thái đóng kín trong 24 giờ liên tục, đặc biệt là nếu tủ có chứa thực phẩm bên trong thì nó càng được mở ra thường xuyên. Khi đó, những đồ chứa trong nó sẽ càng tiếp xúc nhiều với nhiệt xung quanh. Vì nhiệt truyền từ nóng sang lạnh theo tỷ lệ với khối lượng của vật thể nên tủ lạnh có đồ bên trong sẽ "hút" nhiều nhiệt hơn từ không khí xung quanh tủ lạnh, do đó đòi hỏi thời gian của chu kỳ làm lạnh kéo dài hơn, hay máy nén phải hoạt động mạnh hơn để "đối phó" với lượng nhiệt tăng thêm. Do vậy, theo tôi thì lượng điện năng sẽ tiêu hao nhiều hơn.
Quy trình sản xuất tủ lạnh với chất cách nhiệt
Peter Upton, Cử nhân Vật lý & Toán học, Đại học Mở
Một khi tủ lạnh đã đạt đến nhiệt độ cài đặt thì nhu cầu năng lượng của nó tương ứng với nhu cầu "hóa giải" lượng năng lượng đi vào thông qua các quá trình truyền nhiệt.
Trường hợp 1: Giả định là tủ lạnh đang ở nhiệt độ cài đặt và cửa vẫn đóng.
Không quan trọng là nó chứa gì bên trong, cũng như không có sự khác biệt nào xảy ra giữa tủ đầy và tủ rỗng. Sự dẫn nhiệt/bức xạ nhiệt không bị ảnh hưởng bởi đồ bên trong tủ lạnh.
Trường hợp 2: Tủ lạnh ở nhiệt độ cài đặt và cửa được mở định kỳ.
Khi cửa tủ lạnh mở thì không khí lạnh bên trong sẽ thoát ra ngoài và được thay thế bằng không khí ấm hơn. Một chiếc tủ lạnh rỗng sẽ có mức độ thất thoát không khí lớn hơn so với tủ lạnh đầy. Hãy tưởng tượng có một chiếc tủ lạnh đầy đến mức hầu như không có không khí trong đó. Việc làm mát khối không khí ấm tràn vào sẽ khiến tủ lạnh rỗng phải sử dụng nhiều năng lượng hơn. Vì vậy, trong trường hợp này thì một chiếc tủ lạnh đầy sẽ sử dụng ít năng lượng hơn.
Trường hợp 3: Tủ lạnh ở nhiệt độ phòng, được chất đầy thực phẩm rồi sau đó mới cắm điện.
Công suất làm lạnh của tủ lạnh giống nhau trong cả hai trường hợp nhưng công suất nhiệt của đồ bên trong tủ đầy sẽ lớn hơn công suất nhiệt của không khí bên trong tủ lạnh trống. Tức là sẽ tốn nhiều năng lượng hơn để loại bỏ nhiệt thừa khỏi các vật chứa bên trong. Trường hợp này thì tủ lạnh đầy sẽ sử dụng nhiều năng lượng hơn.
John Phillips, cựu quản trị viên hệ thống Unix / nhà phân tích hệ thống / chuyên gia tại The Sacramento Bee (1995-2002)
Các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến mức độ sử dụng năng lượng của một chiếc tủ lạnh là tần suất và thời gian cửa mở.
Lúc đầu, nếu tủ lạnh chứa nhiều đồ ấm thì sẽ tốn nhiều năng lượng hơn để làm lạnh.
Khi đồ đã được làm lạnh thì tủ lạnh đầy sẽ sử dụng ít năng lượng hơn tủ lạnh trống - với cùng điều kiện tần suất đóng mở cửa. Khi mở cửa, không khí lạnh chảy ra sàn. Khi cửa đóng lại, không khí ấm bị giữ lại bên trong sẽ được làm mát. Nếu tủ lạnh đầy thì sẽ có ít không khí ấm bị giữ lại hơn, do đó, theo thời gian, càng nhiều thao tác mở cửa thì tủ lạnh đầy sẽ sử dụng càng ít năng lượng hơn so với khi tủ trống.
Mặt khác, nếu tủ lạnh trống thì số lần đóng mở cửa có thể sẽ giảm đi, vì trong thực tế chẳng có lý do gì để mở một cái tủ lạnh không có đồ. Như vậy tủ lạnh rỗng lại sử dụng ít năng lượng hơn.
