Czy wielokrotne włączanie i wyłączanie żarówki żarowej zużywa więcej energii niż pozostawienie jej na kilka godzin?
48
Powiedzmy, że mam lampę 60 W w lampie w mojej sypialni. Jeśli utrzymywałem lampę przez 2 godziny bez przerwy, ale następnego dnia włączałem ją i wyłączałem 10 razy w odstępach 5 minut. Który scenariusz zużyłby więcej energii?
Jeśli chcesz oszczędzać energię, rozważ zastosowanie technologii LED.
Marcel
7
Jakiego rodzaju żarówki?
Nick Johnson
2
Zastanawiam się, czy odpowiedź jest taka sama we wszystkich odmianach świateł. Widziałem testy żarówek, świetlówek i diod LED. Ale co z wysokociśnieniowym sodem, halogenkiem metalu, parami rtęci itp.?
Grant
3
@marcel lub naprawdę „cokolwiek innego niż żarowe” .. całkiem przyzwoite 60-watowe odpowiedniki żarówek LED spadły do około 15 USD na Amazon w momencie tego komentarza i pobierają nie więcej niż 9 w, często mniej.
Jeff Atwood
2
Zawsze myślałem, że mit dotyczył żarówki trwającej dłużej, jeśli pozostawiono ją nie na oszczędzaniu energii. Cykliczna moc powoduje, że żarnik nagrzewa się i ochładza, co powoduje szybsze zużycie. Uznałem, że to samo myślenie o fluorescencyjnym oświetleniu pozostawione cały czas. Rzeczy zużywają się szybciej, jeśli ich stan często się zmienia.
Szef kuchni Flambe
Odpowiedzi:
59
Pozostawienie go zużyłoby absolutnie więcej energii. Czasami ludzie starają się przekonać samych siebie, że włączanie i wyłączanie światła zużywa więcej energii, ponieważ występuje wysoki prąd rozruchowy lub coś takiego.
Po pierwsze, żarówki nie mają prądu rozruchowego, ponieważ nie mają żadnych kondensatorów do naładowania i nie muszą uderzać łuku w żarówkę. Prąd jest początkowo wyższy, ponieważ oporność żarnika jest niższa, ale:
to na ułamek sekundy
doprowadzenie go do temperatury nie wymaga więcej energii niż pozostawienie go w celu utrzymania tej temperatury
mimo że prąd może być wyższy, nie jest on dużo wyższy. Czy wszystkie inne światła w twoim domu gasną chwilowo po włączeniu?
Po drugie, jeśli weźmiesz świetlówkę, która może mieć kondensatory, a zatem może wymagać prądu rozruchowego, nie zacznie to rekompensować kosztu pozostawienia włączonego światła. Zastanów się ponownie, jak krótki jest okres włączenia w stosunku do okresu wyłączenia. Nawet jeśli weźmiesz pod uwagę zużycie żarówki i rozrusznika i urządzenia, prawie zawsze bardziej ekonomiczne jest wyłączenie żarówki. Przeczytałem raport osoby, która zadała sobie trud zrobienia całej matematyki, i doszli do wniosku, że jeśli zamierzasz wyłączyć światło na dłużej niż około 60 sekund, jest to bardziej opłacalne.
Jednym z aspektów jest to, że niektóre żarówki fluorescencyjne nie nagrzewają się do pełnej jasności, dopóki nie zostaną włączone przez minutę lub dłużej. Mogą włączyć się dopiero przy około jednej czwartej pełnej jasności i powoli rosną. Może to być przydatna funkcja, która pomoże twoim oczom w dostosowaniu się z ciemnego do jasnego pokoju lub denerwuje, gdy przechodzisz z jednego oświetlonego pokoju do drugiego. Ktoś może chcieć obniżyć nieco wyższy koszt energii, jeśli jest to problem.
Matt B.
4
+1 za dobrą odpowiedź. Czy zdarza ci się mieć link do raportu? Brzmi bardzo realistycznie, ale byłoby interesujące przeczytać (i zawsze dobrze mieć odniesienie).
Leo
@Leo - samo spojrzenie na właściwości elektryczne żarówki (krzywa rezystancji-temperatura i stała czasowa itp.) Powinno pozwolić na matematyczny model i przekonanie się o odpowiedzi.
John U
3
60 sekund brzmi waayyy zbyt długo na żarówki. Zastanów się, czy włączają się one niemal natychmiast po ludzku. Powiedzmy, że 100 ms jest hojne. Nawet jeśli prąd zimny jest 10 razy większy niż prąd gorący, stanowi to tylko 1 sekundę czasu działania.
Olin Lathrop
3
W przypadku żarówek wszystko, co zwiększa moc pobieraną przez żarówkę, musi zwiększać całkowitą ilość ciepła rozpraszanego do otoczenia (poprzez promieniowanie widzialne, promieniowanie podczerwone, przewodzenie, konwekcję itp.) W przypadku żarówek normalnie skonstruowanych należy wyłączyć żarówkę w celu jakikolwiek przedział czasowy - o ile wiem - bezwarunkowo zmniejszy ilość wydzielanego ciepła i w konsekwencji musi zmniejszyć ilość zużywanej energii.
supercat
40
OK, skonfigurujmy prostą symulację:
Według strony Wiki na temat żarówek , dla żarówki 100 W, 120 V rezystancja zimna wynosi ~ 9,5 Ω, a rezystancja gorąca ~ 144 Ω. Po włączeniu żarówka osiąga opór na gorąco.
Uzbrojeni w te informacje możemy symulować i udowodnić, że początkowy wzrost byłby absolutnie nieistotny, gdybyśmy wymieniali żarówkę co 5 minut. Tak naprawdę nie musimy uruchamiać symulacji przez 2 godziny, ale to zrobimy. Wydłużyłem nawet czas „rozgrzewania” do 300 ms.
Oto nasz obwód SPICE, żarówka jest reprezentowana przez przełącznik, który stopniowo zmienia rezystancję od 9,5 Ω do 144 Ω po wzroście sygnału sterującego (300 ms) Przełącznik światła jest reprezentowany przez inny przełącznik, który zmienia się z 1 mΩ na 10 MΩ
Oto symulacja ze średnią mocą pokazaną w oknie dialogowym:
Oto zbliżenie przełączania z pokazanym oporem żarówki (nie martw się, że opór jest ujemny, to po prostu dlatego, że SPICE obliczył go w ten sposób, wykorzystując przepływ prądu - to wciąż prawdziwy dodatni opór):
A teraz oto symulacja z włączoną żarówką przez cały czas, ze średnią mocą pokazaną:
Widać, że średnia moc wynosi 95,659 W, czyli tylko nieco mniej niż w przypadku podwojenia początkowych 5 minut włączenia, 5 minut wyłączenia wartości testowej 48,2 W (48,2 "* 2 = 96,4 W), więc różnica przy przełączaniu wynosi malutki.
Jak szybko musiałbyś się zmienić, żeby było gorzej?
Prawdopodobnie nie można go pogorszyć, jak słusznie zauważa Supercat, ponieważ filament nie będzie wystarczająco chłodny między przełączeniami. Weź więc poniższy wykres jako najgorszy scenariusz (np. Żarówka jest piaskowana zamrożonym gazem między przełączaniem lub coś takiego :-) Pamiętaj, że byłoby to dodanie kolejnego źródła energii do systemu, więc oczywiście oszustwo) Jak szybko ochładza się, a efekt byłby interesujący, ale jeśli pozwoli na to czas, dodam trochę więcej na ten temat.
Tak więc, zakładając powyższe, dość szybko, około raz na 2 sekundy zgodnie z przesadną symulacją powyżej (w rzeczywistości prawdopodobnie około raz na sekundę) Oto dwie minuty przełączania raz na dwie sekundy, a średnia moc wynosi nieco ponad 100W ( ~ 104 W):
+1 dla wykresów. Pogromcy mitów udowodnili to samo, ale wykazali, że fluorescencja zużywa znacznie podczas uruchamiania.
Gustavo Litovsky
1
Tak, chyba pamiętam ten program sprzed wieków. Mogę rzucić okiem na świetlówkę nieco później i dodać ją, ponieważ jestem pewien, że przy starcie zużyje dużo więcej energii, więc warto ją porównać.
Oli Glaser
1
Nie sądzę, aby jakikolwiek cykl roboczy mógł zwiększyć zużycie energii w tradycyjnie skonstruowanej żarówce; być może możesz przeczytać moją odpowiedź i powiedzieć, czy w moim rozumowaniu jest jakaś wada.
supercat
1
@ supercat - prawdopodobnie nie, ze względu na niewystarczające chłodzenie filamentu między przełączaniem, co zdałem sobie sprawę chwilę temu. Myślę więc, że masz całkowitą rację i dodam notatkę na ten temat i prawdopodobnie zmienię tę symulację później, kiedy będę miał trochę więcej czasu, aby spojrzeć również na świetlówkę. Głównym punktem (jak wiecie) było pokazanie, jak niewielki jest efekt przełączania.
Oli Glaser
@ supercat - pamiętaj, że bierzemy pod uwagę tylko samą żarówkę, a nie resztę systemu. Interesujące może być również spojrzenie na impedancję okablowania i inne nieidealne czynniki systemowe (teraz po prostu nie mam czasu, aby to zrobić sprawiedliwie)
Oli Glaser
19
Według podsumowania odcinka Mythbusters na Wikipedii :
„MythBusters obliczył, że gwałtowny wzrost mocy po włączeniu światła zużywałby tylko tyle energii, co pozostawiając go na ułamek sekundy (z wyjątkiem świetlówek; uruchomienie zużywało około 23 sekund energii”).
Możliwe jest więc, że włączanie / wyłączanie zużywałoby więcej energii, gdyby fluorescencja była ciągle włączana i wyłączana.
Potrzebujesz więcej energii, aby ją włączyć, ale musisz odjąć zaoszczędzoną energię, wyłączając ją.
Al Kepp
1
@AlKepp: Wszystko zależy od „cyklu pracy”
Gustavo Litovsky,
10
Ciągłe ustawianie zużywałoby więcej energii zasilającej żarówkę.
Możliwym kontrargumentem byłoby to, że cykl włączania / wyłączania skróciłby żywotność żarówki, a zatem koszty energii związane z jej produkcją, transportem i utylizacją byłyby amortyzowane przez mniej godzin pracy. Ale bez wykopywania rzeczywistych liczb mam przeczucie, że jest mało prawdopodobne, aby przekroczyło to energię operacyjną. Jednym możliwym sposobem na oszacowanie szacunku jest porównanie kosztu samej żarówki z kosztem jej zasilania.
Koszt żarówki jest doskonałym sposobem na policzenie kosztów transportu i produkcji. W końcu ludzie nie sprzedają ich, by stracić pieniądze. Będziesz musiał się martwić jedynie efektami zewnętrznymi, takimi jak obciążenie środowiska związane z produkcją, która nie jest zwracana producentowi. Ale i tak jest to dywersja, pytanie dotyczy konkretnie zużycia energii, a nie kosztów.
Phil Frost
1
Pomysł polegałby na tym, że koszt ogranicza kosztorys produkcji / transportu, a tym samym energię zużytą do osiągnięcia tego. Ale niektóre efekty zewnętrzne mogą zostać zinternalizowane jako zużycie energii, na przykład przetwarzanie strumienia odpadów prawdopodobnie zużyłoby energię (ponieważ odpady tutaj zaangażowane mogą nie mieć potencjału jako paliwo do napędzania procesu)
Chris Stratton
1
+1 za kolejny praktyczny sposób spojrzenia na problem. Myślę, że choć jest to bardzo proste pytanie, możesz napisać dość długi (i ciężki z matematyki) artykuł na temat różnych czynników wskazanych w tych odpowiedziach. Po prostu impedancja okablowania, odskok przełącznika, właściwości termiczne żarówki byłyby fajne na początek ...
Oli Glaser
1
Według odcinka Mythbusters wspomnianego w innej odpowiedzi „Co więcej, zużycie w wyniku wielokrotnego włączania i wyłączania światła nie zmniejszyło całkowitej długości życia żarówki wystarczająco, aby zrównoważyć zwiększone zużycie energii elektrycznej. Dlatego o wiele bardziej ekonomiczne jest wyłączenie światła niż pozostawienie go włączonego ”.
Sarel Botha
5
Cała energia, która trafia do żarówki, zamieni się w ciepło, które następnie musi zostać w jakiś sposób rozproszone. Część tego ciepła zostanie następnie wypromieniowana w postaci światła, ale energia musi zacząć się jako ciepło. Dlatego jedynym sposobem, w jaki żarówka może zużywać więcej energii, jest rozproszenie większej ilości ciepła. Zimna żarówka zużywa więcej energii elektrycznej niż gorąca, ale także rozprasza mniej ciepła. Jeśli żarówka, która jest zasilana w stabilnej temperaturze, zostanie wyłączona w czasie T1, nieco ostygnie, zostanie ponownie włączona i powróci do swojej wcześniejszej temperatury do czasu T2, całkowita energia zużywana między czasem T1 i T2 musi być sumą ilość ciepła rozproszonego, a to będzie mniej niż ilość ciepła, która zostałaby rozproszona, gdyby żarówka była ciągle włączona.
Jedynym scenariuszem, w którym żarówka mogłaby zużywać więcej energii podczas pracy cyklicznej niż w przypadku pracy ciągłej, byłoby, gdyby żarówka miała różne sekcje żarnika, które były połączone szeregowo i działały w różnych temperaturach (niektóre żarówki projektora są zbudowane w ten sposób). W tym scenariuszu cykliczne przełączanie żarówki powodowałoby mniejsze promieniowanie części wysokotemperaturowej, ale w niektórych warunkach cyklu roboczego spowoduje, że część niskotemperaturowa emituje więcej. Możliwe byłoby skonstruowanie bańki w taki sposób, że wzrost rozproszenia z części niskotemperaturowej przekroczył zmniejszenie rozproszenia z części wysokotemperaturowej, zwiększając w ten sposób ogólne zużycie energii; Nie jestem jednak pewien, czy takie warunki kiedykolwiek miałyby zastosowanie do jakichkolwiek „praktycznych” żarówek.
To rozumowanie zakłada, gdzie mierzysz zużycie energii do celów pierwotnego pytania: jeśli zmierzysz je elektrycznie w pobliżu gniazda żarówki, jest to poprawne. Pomija jednak możliwość strat gdzie indziej z powodu użycia i schematu użytkowania, które nie pojawiałyby się jako ciepło odpadowe w samej żarówce, ale raczej w elektrowni, sieci dystrybucyjnej itp. Wniosek jest jednak prawdopodobnie niezmieniony.
Chris Stratton
@ChrisStratton: Jeśli infrastruktura jest modelowana jako rezystancyjna, jest to podobne do sytuacji z włóknami wysoko- i niskotemperaturowymi; jeśli infrastruktura jest bardziej „skomplikowana”, to wszystko jest możliwe. Rzeczywiście, jeśli budynek obsługiwany przez długie kable ma silnie indukcyjne obciążenie, włączenie żarówki, która była szeregowo z dużą nasadką, mogłaby - przynajmniej teoretycznie - zmniejszyć straty w linii o kwotę znacznie większą niż moc pobierana przez żarówkę.
supercat
„Dlatego jedynym sposobem, w jaki żarówka może zużywać więcej energii, jest rozproszenie większej ilości ciepła. Zimna żarówka zużywa więcej energii elektrycznej niż gorąca, ale także rozprasza mniej ciepła”. Czy te zdania nie są ze sobą całkowicie sprzeczne ...? Jedynym sposobem na zużycie większej mocy jest więcej ciepła, ale ten, który zużywa więcej energii, emituje mniej ciepła .....?
Affe
1
@Affe - w rzeczywistości tak nie jest, ale nie jest to sytuacja, która może trwać. Gorąca żarówka rozprasza więcej ciepła, ponieważ szybkość rozpraszania jest funkcją temperatury. Jednak brak rozproszenia zimnej żarówki tak szybko, że stanie się gorącą żarówką.
Chris Stratton
0
Pozostawienie włączonego światła zużywa więcej mocy. Wyłączenie światła oszczędza energię.
Załóżmy, że światło pobiera zerową moc, gdy jest wyłączone (POWER_OFF = 0), i 100 W lub cokolwiek, gdy jest włączone (POWER_ON = 100).
Całkowita moc w watogodzinach jest równa: POWER_ON * TIME_ON + POWER_OFF * TIME_OFF.
Zauważ, że ponieważ POWER_OFF = 0, całkowita moc jest określana wyłącznie na podstawie TIME_ON.
Odpowiedzi:
Pozostawienie go zużyłoby absolutnie więcej energii. Czasami ludzie starają się przekonać samych siebie, że włączanie i wyłączanie światła zużywa więcej energii, ponieważ występuje wysoki prąd rozruchowy lub coś takiego.
Po pierwsze, żarówki nie mają prądu rozruchowego, ponieważ nie mają żadnych kondensatorów do naładowania i nie muszą uderzać łuku w żarówkę. Prąd jest początkowo wyższy, ponieważ oporność żarnika jest niższa, ale:
Po drugie, jeśli weźmiesz świetlówkę, która może mieć kondensatory, a zatem może wymagać prądu rozruchowego, nie zacznie to rekompensować kosztu pozostawienia włączonego światła. Zastanów się ponownie, jak krótki jest okres włączenia w stosunku do okresu wyłączenia. Nawet jeśli weźmiesz pod uwagę zużycie żarówki i rozrusznika i urządzenia, prawie zawsze bardziej ekonomiczne jest wyłączenie żarówki. Przeczytałem raport osoby, która zadała sobie trud zrobienia całej matematyki, i doszli do wniosku, że jeśli zamierzasz wyłączyć światło na dłużej niż około 60 sekund, jest to bardziej opłacalne.
źródło
OK, skonfigurujmy prostą symulację:
Według strony Wiki na temat żarówek , dla żarówki 100 W, 120 V rezystancja zimna wynosi ~ 9,5 Ω, a rezystancja gorąca ~ 144 Ω. Po włączeniu żarówka osiąga opór na gorąco.
Uzbrojeni w te informacje możemy symulować i udowodnić, że początkowy wzrost byłby absolutnie nieistotny, gdybyśmy wymieniali żarówkę co 5 minut. Tak naprawdę nie musimy uruchamiać symulacji przez 2 godziny, ale to zrobimy. Wydłużyłem nawet czas „rozgrzewania” do 300 ms.
Oto nasz obwód SPICE, żarówka jest reprezentowana przez przełącznik, który stopniowo zmienia rezystancję od 9,5 Ω do 144 Ω po wzroście sygnału sterującego (300 ms) Przełącznik światła jest reprezentowany przez inny przełącznik, który zmienia się z 1 mΩ na 10 MΩ
Oto symulacja ze średnią mocą pokazaną w oknie dialogowym:
Oto zbliżenie przełączania z pokazanym oporem żarówki (nie martw się, że opór jest ujemny, to po prostu dlatego, że SPICE obliczył go w ten sposób, wykorzystując przepływ prądu - to wciąż prawdziwy dodatni opór):
A teraz oto symulacja z włączoną żarówką przez cały czas, ze średnią mocą pokazaną:
Widać, że średnia moc wynosi 95,659 W, czyli tylko nieco mniej niż w przypadku podwojenia początkowych 5 minut włączenia, 5 minut wyłączenia wartości testowej 48,2 W (48,2 "* 2 = 96,4 W), więc różnica przy przełączaniu wynosi malutki.
Jak szybko musiałbyś się zmienić, żeby było gorzej?
Prawdopodobnie nie można go pogorszyć, jak słusznie zauważa Supercat, ponieważ filament nie będzie wystarczająco chłodny między przełączeniami. Weź więc poniższy wykres jako najgorszy scenariusz (np. Żarówka jest piaskowana zamrożonym gazem między przełączaniem lub coś takiego :-) Pamiętaj, że byłoby to dodanie kolejnego źródła energii do systemu, więc oczywiście oszustwo) Jak szybko ochładza się, a efekt byłby interesujący, ale jeśli pozwoli na to czas, dodam trochę więcej na ten temat.
Tak więc, zakładając powyższe, dość szybko, około raz na 2 sekundy zgodnie z przesadną symulacją powyżej (w rzeczywistości prawdopodobnie około raz na sekundę) Oto dwie minuty przełączania raz na dwie sekundy, a średnia moc wynosi nieco ponad 100W ( ~ 104 W):
źródło
Według podsumowania odcinka Mythbusters na Wikipedii :
„MythBusters obliczył, że gwałtowny wzrost mocy po włączeniu światła zużywałby tylko tyle energii, co pozostawiając go na ułamek sekundy (z wyjątkiem świetlówek; uruchomienie zużywało około 23 sekund energii”).
Możliwe jest więc, że włączanie / wyłączanie zużywałoby więcej energii, gdyby fluorescencja była ciągle włączana i wyłączana.
źródło
Ciągłe ustawianie zużywałoby więcej energii zasilającej żarówkę.
Możliwym kontrargumentem byłoby to, że cykl włączania / wyłączania skróciłby żywotność żarówki, a zatem koszty energii związane z jej produkcją, transportem i utylizacją byłyby amortyzowane przez mniej godzin pracy. Ale bez wykopywania rzeczywistych liczb mam przeczucie, że jest mało prawdopodobne, aby przekroczyło to energię operacyjną. Jednym możliwym sposobem na oszacowanie szacunku jest porównanie kosztu samej żarówki z kosztem jej zasilania.
źródło
Cała energia, która trafia do żarówki, zamieni się w ciepło, które następnie musi zostać w jakiś sposób rozproszone. Część tego ciepła zostanie następnie wypromieniowana w postaci światła, ale energia musi zacząć się jako ciepło. Dlatego jedynym sposobem, w jaki żarówka może zużywać więcej energii, jest rozproszenie większej ilości ciepła. Zimna żarówka zużywa więcej energii elektrycznej niż gorąca, ale także rozprasza mniej ciepła. Jeśli żarówka, która jest zasilana w stabilnej temperaturze, zostanie wyłączona w czasie T1, nieco ostygnie, zostanie ponownie włączona i powróci do swojej wcześniejszej temperatury do czasu T2, całkowita energia zużywana między czasem T1 i T2 musi być sumą ilość ciepła rozproszonego, a to będzie mniej niż ilość ciepła, która zostałaby rozproszona, gdyby żarówka była ciągle włączona.
Jedynym scenariuszem, w którym żarówka mogłaby zużywać więcej energii podczas pracy cyklicznej niż w przypadku pracy ciągłej, byłoby, gdyby żarówka miała różne sekcje żarnika, które były połączone szeregowo i działały w różnych temperaturach (niektóre żarówki projektora są zbudowane w ten sposób). W tym scenariuszu cykliczne przełączanie żarówki powodowałoby mniejsze promieniowanie części wysokotemperaturowej, ale w niektórych warunkach cyklu roboczego spowoduje, że część niskotemperaturowa emituje więcej. Możliwe byłoby skonstruowanie bańki w taki sposób, że wzrost rozproszenia z części niskotemperaturowej przekroczył zmniejszenie rozproszenia z części wysokotemperaturowej, zwiększając w ten sposób ogólne zużycie energii; Nie jestem jednak pewien, czy takie warunki kiedykolwiek miałyby zastosowanie do jakichkolwiek „praktycznych” żarówek.
źródło
Pozostawienie włączonego światła zużywa więcej mocy. Wyłączenie światła oszczędza energię.
Załóżmy, że światło pobiera zerową moc, gdy jest wyłączone (POWER_OFF = 0), i 100 W lub cokolwiek, gdy jest włączone (POWER_ON = 100).
Całkowita moc w watogodzinach jest równa: POWER_ON * TIME_ON + POWER_OFF * TIME_OFF.
Zauważ, że ponieważ POWER_OFF = 0, całkowita moc jest określana wyłącznie na podstawie TIME_ON.
--l8rs
źródło