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

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

Wenn es Ihnen darum geht, Energie zu sparen, ziehen Sie den Einsatz von LED-Technologie in Betracht.
Was für eine Birne?
Ich frage mich, ob die Antwort bei allen Arten von Lichtern gleich ist. Ich habe Tests von Glühlampen, Leuchtstofflampen und LEDs gesehen. Aber was ist mit Hochdrucknatrium, Metallhalogenid, Quecksilberdampf usw.?
@marcel oder wirklich "alles außer Glühlampen". Ziemlich anständige 60-W-LED-Lampenäquivalente sind zum Zeitpunkt dieses Kommentars bei Amazon auf etwa 15 US-Dollar gesunken und ziehen nicht mehr als 9 W, oft weniger.
@JeffAtwood Ich kann das nur unterstützen. Ich habe einige LED-Lampen (von der Marke Philips) und sie sind ausgezeichnet. Achten Sie nur auf die Lichtfarbe, nicht alle haben ein schönes weißes Licht, einige der billigeren haben vielleicht eine etwas grüne Farbe.
Ich dachte an gewöhnliche Glühbirnen.
@ Marcel, das liegt daran, dass das Lumen so definiert ist, dass es ungefähr der Farbgewichtung des menschlichen Auges entspricht, das am empfindlichsten für Grün ist. Eine grüne Tönung ist eine Möglichkeit, Lumen/Watt zu erhöhen, auf Kosten eines niedrigeren Farbwiedergabeindex . Gleiches gilt für Leuchtstofflampen, die bei der Leuchtstoffauswahl mit den gleichen Designkompromissen konfrontiert sind. Ein hohes Lumen/Watt ist marktgängiger als ein hoher CRI.
Ich dachte immer, der Mythos ginge darum, dass die Glühbirne länger hält, wenn sie eingeschaltet bleibt, und nicht, dass Sie Strom sparen würden. Das Wechseln der Leistung bewirkt, dass sich das Filament erwärmt und abkühlt, wodurch es sich schneller abnutzt. Ich nahm an, dass es derselbe Gedanke war, hinter dem die ganze Zeit Leuchtstofflampen gelassen wurden. Dinge nutzen sich schneller ab, wenn ihr Zustand zu oft geändert wird.

Antworten (6)

Es anzulassen würde absolut mehr Energie verbrauchen. Manchmal versuchen sich die Leute einzureden, dass das Ein- und Ausschalten eines Lichts mehr Energie verbraucht, weil es einen hohen Einschaltstrom oder ähnliches gibt.

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

  1. dies ist für den Bruchteil einer Sekunde
  2. Es braucht nicht mehr Energie, um es auf Temperatur zu bringen, als es gekostet hätte, es eingeschaltet zu lassen, um diese Temperatur zu halten
  3. Auch wenn der Strom höher sein kann, ist er nicht viel höher. Werden alle anderen Lichter in Ihrem Haus vorübergehend gedimmt, wenn Sie eines einschalten?

Zweitens, wenn Sie eine Leuchtstofflampe nehmen, die möglicherweise Kondensatoren hat und daher einen gewissen Einschaltstrom benötigt, werden die Kosten für das eingeschaltete Licht nicht wettgemacht. Überlegen Sie noch einmal, wie kurz die Einschaltzeit im Verhältnis zur Einschaltzeit ist. Selbst wenn man den Verschleiß von Glühlampe, Anlasser und Leuchte berücksichtigt, ist es fast immer sparsamer, die Glühlampe auszuschalten. Ich habe einen Bericht von jemandem gelesen, der sich die Mühe gemacht hat, all die Berechnungen durchzuführen, und sie kamen zu dem Schluss, dass es wirtschaftlicher ist, wenn Sie beabsichtigen, das Licht länger als etwa 60 Sekunden auszuschalten.

Eine Überlegung ist, dass sich einige Leuchtstoffröhren nicht auf volle Helligkeit erwärmen, bis sie eine Minute oder länger eingeschaltet sind. Sie schalten sich möglicherweise erst bei etwa einem Viertel der vollen Helligkeit ein und steigen langsam an. Dies kann eine nette Funktion sein, um Ihren Augen zu helfen, sich von einem dunklen Raum an einen hellen anzupassen, oder lästig, wenn Sie von einem beleuchteten Raum in einen anderen wechseln. Wenn dies ein Problem darstellt, möchten Sie möglicherweise etwas höhere Energiekosten in Kauf nehmen.
+1 für gute Antwort. Hast du zufällig einen Link zu dem Bericht? Klingt sehr plausibel, wäre aber interessant zu lesen (und immer gut den Hinweis zu haben).
@Leo - Wenn Sie sich nur die elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe (Widerstands-Temperatur-Kurve und Zeitkonstante usw.) ansehen, sollten Sie sie mathematisch modellieren und sich von der Antwort überzeugen können.
@JohnU: Mir ist jetzt klar, dass mein Kommentar etwas unklar war. Was ich meinte, war, ob er einen Link zu dem Bericht hatte, der den Verschleiß von Leuchtstofflampen beim Ein- und Ausschalten berücksichtigte. Das würde eine vollständige Ökobilanz für Leuchtstofflampen erfordern, bevor Sie überhaupt mit der Berechnung des Einschaltstroms beginnen, was es etwas interessanter macht.
@Leo Ich konnte den spezifischen Artikel leider nicht finden. Allerdings sagt die Mehrheit der ersten Seite der Google-Ergebnisse für "Spart Energie, wenn das Licht eingeschaltet bleibt", dass das Ausschalten des Lichts billiger ist, selbst wenn die Kosten für die Glühbirne berücksichtigt werden. Ich finde verschiedene Zahlen, einige bis zu 6 Minuten, für die Mindestzeit, um das Abbiegen wirtschaftlich zu machen. Ich denke, das hängt stark von der Birne ab.
60 Sekunden klingen viel zu lang für eine Glühbirne. Bedenken Sie, dass sie sich in menschlicher Hinsicht ziemlich augenblicklich einschalten. Sagen wir 100 ms, um großzügig zu sein. Selbst wenn der Kaltstrom das 10-fache des Warmstroms beträgt, macht das nur 1 Sekunde Laufzeit aus.
Bei Glühbirnen muss alles, was die von der Glühbirne verbrauchte Leistung erhöht, die Gesamtmenge der an die Umgebung abgegebenen Wärme (über sichtbare Strahlung, Infrarotstrahlung, Leitung, Konvektion usw.) erhöhen. Bei normal konstruierten Glühbirnen muss die Glühbirne ausgeschaltet werden Jedes Intervall wird - soweit ich das beurteilen kann - die Menge der abgegebenen Wärme bedingungslos reduzieren und muss folglich die Menge der verbrauchten Energie reduzieren.
@OlinLathrop: Ich habe den 60-Sekunden-Fall so interpretiert, dass Sie den Verschleiß durch Power Cycling mit Daten aus einer Lebenszyklusanalyse einbeziehen. In diesem Fall könnte die Zahl angemessen sein. (Ich habe die Zahl auch so interpretiert, dass sie für Leuchtstofflampen steht, was sie auch glaubwürdiger macht). Ich muss zustimmen, dass die Zahl allein durch das Zählen des grundlegenden Stromverbrauchs absurd erscheint.

Okay, lassen Sie uns eine einfache Simulation einrichten:

Laut der Wiki-Seite zu Glühlampen beträgt der Kaltwiderstand bei einer 100-W-, 120-V-Glühbirne ~ 9,5 Ω und der Heißwiderstand ~ 144 Ω. Es dauert etwa 100 ms, bis die Glühlampe beim Einschalten den heißen Widerstand erreicht.
So bewaffnet mit diesen Informationen können wir simulieren und beweisen, dass der anfängliche Anstieg absolut unbedeutend wäre, wenn wir die Glühbirne alle 5 Minuten wechseln würden. Wir müssen die Simulation nicht wirklich 2 Stunden lang laufen lassen, um dies zu beweisen, aber wir werden es tun. Ich habe sogar die "Aufwärmzeit" auf 300 ms verlängert.
Hier ist unsere SPICE-Schaltung, die Glühbirne wird durch einen Schalter dargestellt, der den Widerstand allmählich von 9,5 Ω auf 144 Ω über den Steuersignalanstieg (300 ms) ändert. Der Lichtschalter wird durch einen anderen Schalter dargestellt, der sich nur von 1 mΩ auf 10 MΩ ändert

Glühlampentestschaltung

Hier ist die Simulation, wobei die durchschnittliche Leistung im Dialogfeld angezeigt wird:

Birnentest-Simulation

Hier ist eine Nahaufnahme des Schaltens mit dem angezeigten Lampenwiderstand (machen Sie sich keine Sorgen, dass der Widerstand negativ ist, das liegt einfach daran, dass SPICE ihn anhand des Stromflusses so berechnet hat - es ist immer noch ein echter positiver Widerstand):

Bulb-Test-Nahaufnahme

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

Lampentest an

Sie können sehen, dass die durchschnittliche Leistung 95,659 W beträgt, was nur geringfügig weniger ist, als wenn wir den anfänglichen Testwert von 5 Minuten an, 5 Minuten aus von 48,2 W (48,2 Zoll * 2 = 96,4 W) verdoppeln würden, also ist der Unterschied, den das Umschalten gemacht hat sehr klein.

Wie schnell müssten Sie wechseln, damit es schlimmer wird?

Verschlimmern geht wohl nicht, wie Supercat zu Recht anmerkt, da das Filament zwischen den Wechseln nicht ausreichend kühlt. Nehmen Sie also die Grafik unten als Worst-Case-Szenario (z. B. wird die Glühbirne zwischen dem Umschalten mit Gefriergas gesprengt oder so :-) Beachten Sie jedoch, dass dies dem System eine weitere Energiequelle hinzufügen würde, also wäre dies offensichtlich Betrug). Wie schnell es kühlt ab und der Effekt wäre interessant anzusehen, und wenn es die Zeit erlaubt, werde ich noch etwas dazu hinzufügen.

Unter der Annahme des Obigen ziemlich schnell, etwa alle 2 Sekunden gemäß der übertriebenen Simulation oben (in Wirklichkeit wahrscheinlich etwa einmal pro Sekunde). ~104W):

Lampentest-Schnellschalter

+1 für Grafiken. Mythbusters bewiesen das Gleiche, aber sie zeigten, dass Leuchtstofflampen beim Start erheblich verbrauchen.
Ja, ich glaube, ich erinnere mich, dass ich diese Show vor Ewigkeiten gesehen habe. Ich könnte mir die Leuchtstofflampe etwas später ansehen und sie hinzufügen, da ich sicher bin, dass sie beim Start viel mehr Strom verbraucht, sodass ein Vergleich interessant wäre.
Ich glaube nicht, dass irgendein Arbeitszyklus den Stromverbrauch einer konventionell konstruierten Glühlampe erhöhen könnte; Vielleicht können Sie meine Antwort lesen und mir sagen, ob es einen Fehler in meiner Argumentation gibt.
@supercat - wahrscheinlich nicht, da das Filament zwischen den Umschaltungen nicht ausreichend abgekühlt ist, was ich vor kurzem festgestellt habe. Ich denke also, Sie haben recht, und ich werde eine Anmerkung dazu hinzufügen und diese Simulation wahrscheinlich später ändern, wenn ich etwas mehr Zeit habe, um mir auch die Leuchtstofflampe anzusehen. Der Hauptpunkt war (wie Sie wissen) zu zeigen, wie gering der Effekt des Umschaltens insgesamt ist.
@supercat - beachten Sie, dass wir hier nur die Glühbirne selbst berücksichtigen und nicht den Rest des Systems. Ein Blick auf die Verdrahtungsimpedanz und andere nicht ideale Systemfaktoren könnte auch interessant sein (ich habe jetzt aber keine Zeit, dem gerecht zu werden).

Laut einer Zusammenfassung der Mythbusters-Episode auf Wikipedia :

"Die MythBusters haben berechnet, dass der Stromstoß beim Einschalten eines Lichts nur so viel Strom verbraucht, als wenn man es für den Bruchteil einer Sekunde eingeschaltet lässt (mit Ausnahme von Leuchtstoffröhren; das Einschalten verbraucht etwa 23 Sekunden Strom)".

Es ist also tatsächlich möglich, dass das Ein-/Ausschalten mehr Strom verbraucht, wenn die Leuchtstoffröhre ständig ein- und ausgeschaltet wird.

Sie benötigen mehr Energie, um es einzuschalten, aber Sie müssen die Energie, die Sie durch das Ausschalten sparen, abziehen.
@AlKepp: Das hängt alles vom "Duty Cycle" ab

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

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

Die Kosten der Glühbirne sind eine hervorragende Möglichkeit, die Transport- und Herstellungskosten zu beziffern. Die Leute verkaufen sie schließlich nicht, um Geld zu verlieren. Sie müssen sich nur um externe Effekte wie die Umweltbelastung durch die Herstellung kümmern, die nicht dem Hersteller in Rechnung gestellt werden. Aber das ist sowieso ein Ablenkungsmanöver, die Frage stellt sich speziell nach dem Energieverbrauch, nicht nach den Kosten.
Die Idee wäre, dass die Kosten die Schätzung der Herstellungs-/Transportkosten und damit die dafür verbrauchte Energie einschränken. Aber einige Externalitäten könnten als Energieverbrauch internalisiert werden, zum Beispiel würde die Verarbeitung eines Abfallstroms wahrscheinlich Energie verbrauchen (da die hier beteiligten Abfälle möglicherweise kein Potenzial als Brennstoff haben, um den Prozess voranzutreiben).
+1 für eine andere praktische Möglichkeit, das Problem zu betrachten. Ich denke, obwohl es eine sehr einfache Frage ist, könnten Sie eine ziemlich lange (und mathematisch schwere) Arbeit über die verschiedenen Faktoren schreiben, auf die in diesen Antworten hingewiesen wird. Nur die Impedanz der Verkabelung, das Schalterprellen, die thermischen Eigenschaften der Glühbirne würden Spaß machen, um damit zu beginnen ...
Laut der in einer anderen Antwort erwähnten Mythbusters-Episode: „Darüber hinaus hat die Abnutzung durch das wiederholte Ein- und Ausschalten des Lichts die Gesamtlebenserwartung der Glühbirne nicht ausreichend verringert, um den erhöhten Stromverbrauch auszugleichen. Daher ist es viel wirtschaftlicher, ein Licht auszuschalten, als es anzulassen.

Die gesamte Energie, die in eine Glühlampe 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 Energie verbrauchen, wenn sie mehr Wärme abgibt. Eine kalte Glühbirne verbraucht mehr elektrische Energie als eine heiße, gibt aber auch weniger Wärme ab. Wenn eine Glühbirne, die mit einer stabilen Temperatur betrieben wird, zum Zeitpunkt T1 ausgeschaltet wird, sich etwas abkühlt, wieder eingeschaltet wird und bis zum Zeitpunkt T2 auf ihre frühere Temperatur zurückgekehrt ist, muss die zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 verbrauchte Gesamtenergie die Summe sein Wärmemenge, die abgeführt wird, und das wird weniger sein als die Wärmemenge, die abgeführt worden wäre, wenn die Glühbirne kontinuierlich eingeschaltet gewesen wäre.

Das einzige Szenario, in dem eine Glühlampe im Zyklus mehr Strom verbrauchen könnte als im Dauerbetrieb, wäre, wenn die Glühlampe verschiedene Glühfadenabschnitte hätte, die in Reihe geschaltet und bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben würden (einige Projektorlampen sind so konstruiert). In diesem Szenario würde ein zyklischer Betrieb der Glühlampe dazu führen, dass der Hochtemperaturabschnitt weniger strahlt, aber unter manchen Arbeitszyklusbedingungen würde der Niedertemperaturabschnitt dazu führen, dass er mehr strahlt. Es wäre möglich, den Kolben so zu konstruieren, dass die Erhöhung der Verlustleistung aus dem Niedertemperaturteil die Verringerung der Verlustleistung aus dem Hochtemperaturteil übersteigt, wodurch der Gesamtenergieverbrauch erhöht wird; Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob solche Bedingungen jemals für "praktische" Lampendesigns gelten würden.

Diese Argumentation geht davon aus, wo Sie den Energieverbrauch für die Zwecke der ursprünglichen Frage messen: Wenn Sie ihn elektrisch in der Nähe der Lampenfassung messen, ist dies korrekt. Aber es vernachlässigt die Möglichkeit von Verlusten an anderer Stelle aufgrund der Nutzung und des Nutzungsmusters, die sich nicht als Abwärme in der Glühbirne selbst, sondern im Kraftwerk, Verteilnetz usw. zeigen würden. Das Fazit ist jedoch wahrscheinlich unverändert.
@ChrisStratton: Wenn die Infrastruktur als resistiv modelliert wird, ist das ähnlich wie bei Hoch- und Niedertemperaturfilamenten; wenn die infrastruktur "komplizierter" ist, dann ist alles möglich. In der Tat, wenn ein Gebäude, das von langen Kabeln versorgt wird, eine stark induktive Last hat, könnte das Einschalten einer Glühlampe, die mit einer großen Kappe in Reihe geschaltet ist, – zumindest theoretisch – die Leitungsverluste um einen viel größeren Betrag reduzieren als die von der Glühbirne verbrauchte Leistung.
„Deshalb kann eine Glühbirne nur dann mehr Strom verbrauchen, wenn sie mehr Wärme abgibt. Eine kalte Glühbirne verbraucht mehr elektrische Energie als eine heiße, gibt aber auch weniger Wärme ab.“ Widersprechen sich diese Sätze nicht völlig....? Der einzige Weg, mehr Strom zu verbrauchen, ist mehr Wärme, aber derjenige, der mehr Strom verbraucht, gibt weniger Wärme ab.....?
@Affe - eigentlich nicht, aber es ist keine Situation, die andauern kann. Eine Glühlampe gibt mehr Wärme ab, da die Ableitungsrate eine Funktion der Temperatur ist. Wenn sich die kalte Glühbirne jedoch nicht so stark auflöst, führt dies schnell dazu, dass sie zu einer heißen Glühbirne wird.

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

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

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

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

--l8rs

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