Verbraucht das wiederholte Ein- und Ausschalten einer Glühbirne mehr Energie, als nur stundenlang eingeschaltet zu bleiben?

Nehmen wir an, ich habe eine 60-W-Glühbirne in einer Lampe in meinem Schlafzimmer. Wenn ich die Lampe 2 Stunden am Stück eingeschaltet hielt, aber am nächsten Tag, schaltete ich sie 10 Mal im Abstand von 5 Minuten ein und aus. Welches Szenario würde mehr Energie verbrauchen?

Wenn Sie es eingeschaltet lassen, würde dies absolut mehr Energie verbrauchen. Manchmal versuchen die Leute, sich selbst davon zu überzeugen, dass das Ein- und Ausschalten von Licht mehr Energie verbraucht, weil es einen hohen Einschaltstrom oder dergleichen gibt.

Erstens haben Glühlampen kaum Einschaltstrom, weil sie keine Kondensatoren zum Laden haben und keinen Lichtbogen in der Glühlampe zünden müssen. Der Strom ist anfangs höher, weil der Filamentwiderstand geringer ist, aber:

1. Dies ist für den Bruchteil einer Sekunde
2. Das Aufheizen der Temperatur erfordert nicht mehr Energie, als zum Aufrechterhalten dieser Temperatur erforderlich gewesen wäre
3. Obwohl der Strom höher sein mag, ist er nicht viel höher. Werden alle anderen Lichter in Ihrem Haus vorübergehend gedimmt, wenn Sie eines einschalten?

Zweitens, wenn Sie eine Leuchtstofflampe verwenden, die möglicherweise Kondensatoren enthält und daher einen gewissen Einschaltstrom benötigt, werden die Kosten für das Anlassen des Lichts nicht mehr wettgemacht. Überlegen Sie noch einmal, wie kurz die Einschaltdauer im Verhältnis zur Einschaltdauer ist. Selbst wenn man die Abnutzung der Glühlampe, des Anlassers und der Befestigung berücksichtigt, ist es fast immer wirtschaftlicher, die Glühlampe auszuschalten. Ich habe einen Bericht von jemandem gelesen, der sich die Mühe gemacht hat, alles zu berechnen, und er kam zu dem Schluss, dass es wirtschaftlicher ist, wenn Sie das Licht länger als etwa 60 Sekunden ausgeschaltet lassen.

Okay, lassen Sie uns eine einfache Simulation einrichten:

Laut der Wiki-Seite zu Glühbirnen beträgt der Kältewiderstand bei einer 100-W- und 120-V-Birne ~ 9,5 Ω und der Heißwiderstand ~ 144 Ω. Es dauert ungefähr 100 ms, bis die Glühlampe beim Einschalten den Heißwiderstand erreicht.
Mit diesen Informationen können wir also simulieren und beweisen, dass der anfängliche Anstieg absolut unbedeutend wäre, wenn wir die Glühlampe alle 5 Minuten wechseln würden. Wir müssen die Simulation nicht wirklich 2 Stunden lang ausführen, um dies zu beweisen, aber wir werden es tun. Ich habe sogar die Aufwärmzeit auf 300ms verlängert.
In unserer SPICE-Schaltung wird die Glühbirne durch einen Schalter dargestellt, der den Widerstand über den Anstieg des Steuersignals (300 ms) allmählich von 9,5 Ω auf 144 Ω ändert. Der Lichtschalter wird durch einen anderen Schalter dargestellt, der nur von 1 mΩ auf 10 MΩ wechselt

Hier ist die Simulation mit der im Dialogfeld angezeigten Durchschnittsleistung:

Hier ist eine Nahaufnahme des Schaltvorgangs mit dem angezeigten Lampenwiderstand (keine Sorge, der Widerstand ist negativ, das liegt einfach daran, dass SPICE ihn anhand des Stromflusses so berechnet hat - er ist immer noch ein echter positiver Widerstand):

Und jetzt ist hier eine Simulation, bei der die Glühlampe die ganze Zeit eingeschaltet ist und die durchschnittliche Leistung angezeigt wird:

Sie können sehen, dass die durchschnittliche Leistung 95,659 W beträgt. Dies ist nur geringfügig weniger als bei einer Verdoppelung des Testwerts von 5 Minuten Ein und 5 Minuten Aus von 48,2 W (48,2 "* 2 = 96,4 W) winzig.

Wie schnell müssten Sie wechseln, damit es schlimmer wird?

Es ist wahrscheinlich nicht möglich, es noch schlimmer zu machen, wie Supercat zu Recht feststellt, da das Filament zwischen dem Umschalten nicht ausreichend abkühlt. Nehmen Sie also die Grafik darunter als den schlimmsten Fall (z. B. die Glühbirne wird zwischen dem Umschalten oder so gestrahlt :-) Beachten Sie, dass dies dem System jedoch eine weitere Energiequelle hinzufügen würde und somit offensichtlich betrügen würde). Wie schnell es kühlt sich ab und der Effekt wäre interessant anzusehen, und wenn es die Zeit erlaubt, werde ich noch etwas mehr hinzufügen.

Unter der Annahme, dass das oben Gesagte ziemlich schnell ist, etwa alle 2 Sekunden gemäß der obigen übertriebenen Simulation (in Wirklichkeit wahrscheinlich alle 2 Sekunden). Hier ist eine Umschaltung von zwei Minuten im Wert von einmal pro 2 Sekunden und die durchschnittliche Leistung liegt bei etwas über 100 W ( ~ 104 W):

Laut einer Zusammenfassung der Mythbusters-Episode auf Wikipedia :

"Die MythBusters errechneten, dass der Stromstoß beim Einschalten eines Lichts nur so viel Strom verbraucht, als wenn er für den Bruchteil einer Sekunde eingeschaltet bleibt (mit Ausnahme von Leuchtstoffröhren; der Startvorgang verbrauchte etwa 23 Sekunden Strom)."

Tatsächlich ist es also möglich, dass das Ein- und Ausschalten mehr Strom verbraucht, wenn die Leuchtstofflampe ständig ein- und ausgeschaltet wird.

Die ständige Einstellung würde mehr Energie verbrauchen, um die Glühbirne mit Strom zu versorgen.

Ein mögliches Gegenargument wäre, dass das Ein- und Ausschalten der Lampe die Lebensdauer verkürzt und sich somit die Energiekosten für Herstellung, Transport und Entsorgung über weniger Betriebsstunden amortisieren. Aber ohne die tatsächlichen Zahlen auszugraben, ist mein Bauchgefühl, dass dies wahrscheinlich nicht die Betriebsenergie übersteigt. Eine plausible Möglichkeit, eine Schätzung festzulegen, besteht darin, die Kosten der Glühbirne selbst mit den Kosten für die Stromversorgung zu vergleichen.

Die gesamte Energie, die in eine Glühbirne fließt, wird in Wärme umgewandelt, die dann irgendwie abgeführt werden muss. Ein Teil dieser Wärme wird dann in Form von Licht abgestrahlt, aber die Energie muss als Wärme beginnen. Daher kann eine Glühbirne nur dann mehr Leistung verbrauchen, wenn sie mehr Wärme abführt. Eine kalte Glühbirne verbraucht mehr Strom als eine heiße, gibt aber auch weniger Wärme ab. Wenn eine Lampe, die mit einer stabilen Temperatur betrieben wird, zum Zeitpunkt T1 ausgeschaltet wird, sich etwas abkühlt, wieder eingeschaltet wird und zum Zeitpunkt T2 auf ihre frühere Temperatur zurückgekehrt ist, muss die zwischen dem Zeitpunkt T1 und dem Zeitpunkt T2 verbrauchte Gesamtenergie die Gesamtsumme sein Wärmeabgabe, und das ist weniger als die Wärmeabgabe, die bei dauerhafter Glühbirne abgegeben worden wäre.

Das einzige Szenario, in dem eine Glühbirne im Zyklus mehr Leistung verbrauchen könnte als im Dauerbetrieb, wäre, wenn die Birne unterschiedliche Glühfadenabschnitte hätte, die in Reihe geschaltet und bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben wurden (einige Projektorlampen sind so aufgebaut). In diesem Szenario würde ein zyklischer Betrieb der Glühbirne dazu führen, dass der Hochtemperaturanteil weniger strahlt, aber unter bestimmten Arbeitszyklusbedingungen würde der Niedertemperaturanteil mehr strahlen. Es wäre möglich, den Kolben so zu konstruieren, dass die Zunahme der Ableitung aus dem Niedertemperaturbereich die Ableitung aus dem Hochtemperaturbereich übersteigt, wodurch der Gesamtenergieverbrauch erhöht wird; Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob solche Bedingungen jemals für "praktische" Lampendesigns gelten würden.

Wenn Sie das Licht anlassen, wird mehr Strom verbraucht. Licht ausschalten spart Strom.

Nehmen Sie einfach an, dass das Licht im ausgeschalteten Zustand (POWER_OFF = 0) und im eingeschalteten Zustand (POWER_ON = 100) 100 W oder was auch immer benötigt.

Die Gesamtleistung in Wattstunden entspricht: POWER_ON * TIME_ON + POWER_OFF * TIME_OFF.

Beachten Sie, dass die Gesamtleistung seit POWER_OFF = 0 ausschließlich durch den Ausdruck TIME_ON bestimmt wird.

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