今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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冷蔵庫の不思議:大型ほど消費電力が少ない?
【今日の夕食】
 今日は、午前中は大雨でした。会社まで、徒歩20分程度ですが、かなり濡れてしまいました。今後、台風にも備えて、カッパと長靴を、用意する必要がありそうです。
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★米飯

★みそ汁、しめじ

★じゃがいも炒め
 じゃがいも・ピーマン・人参・豚肉・玉ねぎの炒め物です。妻いわく、今週は、「じゃがいも強化週間」だそうです。

★厚揚げ

★スパゲッティ
 昨晩の残り。

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【今日のおじさん】 冷蔵庫の不思議:大型ほど消費電力が少ない?
 妻が、節電に凝っています。
 我が家で、消費電力量が多い家電のひとつが、冷蔵庫です。しかし、冷蔵庫は、止めるわけには行きません。節電は難しいです。
 と、思いながら、電気屋の広告を見ていました。すると、妙なことに気が付きました。大型の冷蔵庫が、我が家の小さい冷蔵庫よりも、消費電力量が少ないのです。
 ・我が家の冷蔵庫 :容量165リットル、消費電力量460kWh/年
 ・大型の冷蔵庫  :容量501リットル、消費電力量230kWh/年
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 容量は3倍もあるのに、消費電力量は半分です。たいへん不思議です。容量が大きいほど、消費電力量が増すのが、自然に思えます。なぜなら、容量が大きいと、次のことが予想されるからです。
 ・冷蔵庫の表面積が増す。熱が逃げる面積が増えるので、冷蔵により多くの電力量を要するはず。
 ・冷蔵庫を開けたときに、より多くの外気が入り込む。この外気を冷やすために、より多くの電力量を要するはず。


★容量と消費電力量を調べてみた
 冷蔵庫の容量と、消費電力量の関係を、調べてみました。パナソニックの冷蔵庫カタログ[1]を、参照しました。
[1]パナソニック;冷蔵庫電子カタログ
 http://panasonic.jp/catalog/ctlg/refrigerate/index.html
 
 同カタログによると、このメーカーの冷蔵庫には、次の4タイプがあるようです。これらのタイプごとに、容量と消費電力の関係をまとめることにしました。全部で18型式あります。
 ・廉価タイプ(小形のもの)
 ・ミドルレンジ
 ・ミドルレンジ・冷凍庫2段タイプ
 ・高性能タイプ

 結果を、下図に示します。容量と、消費電力の関係です。
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 また、表面積と消費電力の関係も調べました。表面積Sは、外寸の幅W[mm]・奥行D[mm]・高さH[mm]から、計算しました。(S[mm2]=2(WD+DH+HW))
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 同じタイプの冷蔵庫で比較すると、容量が大きいほど、消費電力量は増します。これは、上で予想した通りで、自然です。大きい冷蔵庫ほど表面積が大きいので、熱が逃げやすいです。この熱の分だけ冷却が必要ですから、大きい冷蔵庫は多くの電力量が必要なはずです。

 しかし、別のタイプの冷蔵庫で比較すると、同じくらいの容量でも、消費電力量に違いがあります。消費電力が良い順に並べると、次のようになります。
 1.高性能タイプ
 2.ミドルレンジ
 3.ミドルレンジ・冷凍庫2段タイプ
 4.廉価タイプ


★冷蔵庫の消費電力を決定付ける項目は
 上述のように、サイズの違いよりも、タイプの違いが、消費電力の大小に、強い影響を与えているようです。では、これらのタイプによって、何が異なっているのでしょうか。
 カタログ[1]から推察すると、次の3点が、大きいようです。
 a)インバーター使用の有無
 b)断熱材の性能
 c)冷凍庫の数

 まず、a)のインバーターについて。4つのタイプのうち、廉価タイプは、冷蔵装置のモータの駆動に、インバーターを用いていないようです(1機種を除く)。インバーターを使うと、モータの回転数を、連続的に制御できます。このため、必要な冷却能力に合わせて、過不足ない運転ができます。したがって、効率を高められると考えられます。
 一方、インバーターを用いていないものは、モータの回転数の制御ができないと思われます。このため、温度が一定まで上がったらモータをON、下がったらOFF、という制御(バンバン制御)をしているものと思われます。(実際、我が家の冷蔵庫では、モータが動いたり止まったりしています。)このような制御では、必要以上の出力で運転をしてしまうこともあり、効率が良くないと思われます。

 次に、b)の断熱材について。カタログ[1]によると、高性能タイプでは、「新・高性能真空断熱材」というものを用いているそうです。この断熱材では、「断熱材の真空度を上げるために、窒素・酸素を吸着する空気吸着剤(銅イオン交換ゼオライト)」を用いているそうです。

 また、c)冷凍庫の数は、多いほど、消費電力が大きいようです。これは、冷蔵庫よりも冷凍庫のほうが温度が低いためです。すなわち、冷却のために多くの電力量を必要とすると考えられます。


★冷蔵庫の壁面の厚さは違うか?
 なお、私が初めに考えたのは、「大型の冷蔵庫では壁面を厚くしやすいので、断熱効果を高められるのでは」という仮説でした。これも、検証してみました。
 冷蔵庫の寸法を、幅W[mm]×奥行D[mm]×高さH[mm]とします。また、壁面の平均厚さを、t[mm]とします。そうすると、冷蔵庫内の容量V[リットル]は、次式となります。
 V=(W-2t)×(D-2t)×(H-2t)/100^3
 容量は、カタログに記載されています。したがって、上の式をtについて解けば、壁面の平均厚さを求められます。ただ、3次方程式なので、手計算では大変です。そこで、エクセルの「ゴールシーク」機能で、計算しました。結果は、下図のようになりました。横軸に容量、縦軸に壁面平均厚さをとっています。
20120622z3.jpg
 このグラフを見ると、冷蔵庫のサイズによらず、壁面厚さは70mm前後のようです。大型の冷蔵庫ほど壁面を厚くする、という設計は、行われていないようです。(壁面を厚くすると、そのぶん容量が減ってしまいます。限られたスペースで最大限の容量を確保することを重視した設計になっているのだと思われます。)
 なお、容量が大きいほど、平均壁面厚さが少しだけ小さくなっているように見えます。しかし、これは、冷蔵装置などの機器の占める体積が、大型の冷蔵庫ほど相対的に小さくなったためかもしれません。


(補足2012/6/23)
 我が家の実際の冷蔵庫で壁面の厚さを測定してみると、せいぜい30~50ミリ程度でした。上の計算結果は、ずいぶん厚めの見積もりです。冷蔵装置などの占める体積の影響が大きくて、壁面厚さをうまく計算できていないのかもしれません。

(補足2)2012/6/23
 小型で、モータ効率が高い・断熱の良い冷蔵庫があれば、いちばん省エネなはずですが、そのような商品は、あまり見受けられません。小さいのに値段が高い、というのは、あまり消費者に受け入れられないのかもしれません。
 電力量の絶対値でなく、内容量1リットルあたりの消費電力量を考えると、大きい冷蔵庫ほどお得です。例えば、各辺の寸法を2倍にすると、体積は8倍になりますが、表面積は4倍です。逃げる熱は表面積に比例するので、消費電力量も表面積にほぼ比例すると考えられます。したがって、内容量1リットルあたりの消費電力量は、4÷8=0.5倍、となります。したがって、小さな冷蔵庫を2台買うよりは、大きな冷蔵庫を1台買ったほうが、省エネになります。(もちろん、小さい冷蔵庫1台で済ませるのが、より省エネです。)


★まとめ
 大きくて価格の高い冷蔵庫は、小さくて価格の安い冷蔵庫よりも、消費電力が少ないです。その理由は、次のように考えられます。
 ・価格の高い冷蔵庫は、冷蔵装置のモータがインバータ駆動のため、効率が高い。
 ・価格の高い冷蔵庫は、良い断熱材を使っている。

 なお、同じクラス(タイプ)の冷蔵庫ならば、小型のもののほうが、消費電力は小さいです。
 また、大型の冷蔵庫でも小型の冷蔵庫でも、壁面の厚さには、大差がないようです。


★こんな話題も、書きました。
 ・冷蔵庫を1回開けると、電気代はいくらかかる? →こちら
 ・電子レンジ・ガスコンロ・湯沸しポット、一番省エネなのは? →こちら
 ・ハイブリッドカー「プリウス」は、本当に省エネ? →こちら

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大型ほど消費電力が少ないというのはは大嘘ですよ。こちらの資料からもわかります。



電気冷蔵庫及び電気冷凍庫のJIS改正について
http://www.meti.go.jp/committee/sougouenergy/shoene_shinene/sho_ene/denki_reizouko_wg/pdf/001_s01_00.pdf
あんぽん | URL | 2015/07/25/Sat 13:39 [編集]
> あんぽん さん
 コメントありがとうございます! JIS資料ありがとうございます、消費電力の測定方法が改正されるのですね。

 そうなんです。記事を読んでお分かりの通り、同一シリーズであれば、大型ほど消費電力は大きくなります。あたりまえですよね。ただ、高価な高性能機は、低価格の同容量機と比べて消費電力が少ない、という逆転があるのも本当です。

 ご指摘の通り、国内外のメーカーで消費電力を比較するときは、注意が必要そうですね。(この記事では国内の同一メーカーで比較しているので、このJIS改正は記事の比較結果には影響ありません。)

ありがとうございました。
マツジョン | URL | 2015/07/26/Sun 21:18 [編集]



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