Czy wielokrotne włączanie i wyłączanie żarówki żarowej zużywa więcej energii niż pozostawienie jej na kilka godzin?

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?

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:

1. to na ułamek sekundy
2. doprowadzenie go do temperatury nie wymaga więcej energii niż pozostawienie go w celu utrzymania tej temperatury
3. 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.

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):

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.

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.

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.

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