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

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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?

— Christopher Chipps
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Wenn Sie Energie sparen möchten, sollten Sie die LED-Technologie in Betracht ziehen.

— Marcel

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Was für eine Birne?

— Nick Johnson

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Ich frage mich, ob die Antwort für alle Lichtarten gleich ist. Ich habe Tests von Glühlampen, Leuchtstoffröhren und LEDs gesehen. Aber was ist mit Natriumhochdruck, Metallhalogenid, Quecksilberdampf usw.?

— Grant

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@Marcel oder wirklich "alles andere als weißglühend" .. Ziemlich anständige 60-W-LED-Lampen-Entsprechungen sind bei Amazon zum Zeitpunkt dieses Kommentars auf etwa 15 US-Dollar gesunken und ziehen nicht mehr als 9 W, oft weniger.

— Jeff Atwood

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Ich dachte immer, der Mythos handele von einer längeren Lebensdauer der Glühbirne, ohne dass Sie Strom sparen würden. Durch das Aus- und Einschalten des Stroms erwärmt und kühlt sich das Filament und verschleißt es schneller. Ich nahm an, dass es das gleiche Denken war, wenn die Leuchtstofflampen die ganze Zeit eingeschaltet blieben. Dinge nutzen sich schneller ab, wenn ihr Zustand zu oft geändert wird.

— Chef Flambe

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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:

Dies ist für den Bruchteil einer Sekunde
Das Aufheizen der Temperatur erfordert nicht mehr Energie, als zum Aufrechterhalten dieser Temperatur erforderlich gewesen wäre
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.

— Phil Frost
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Eine Überlegung ist, dass einige Leuchtstofflampen erst nach einer Minute oder länger auf volle Helligkeit aufwärmen. Sie werden möglicherweise erst bei etwa einem Viertel der vollen Helligkeit eingeschaltet und steigen langsam auf. Dies kann eine nette Funktion sein, die Ihre Augen dabei unterstützt, sich von einem dunklen in einen hellen Raum zu verwandeln. Wenn dies ein Problem ist, kann es wünschenswert sein, etwas höhere Energiekosten in Kauf zu nehmen.

— Matt B.

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+1 für eine gute Antwort. Haben Sie zufällig einen Link zum Bericht? Klingt sehr plausibel, aber es wäre interessant zu lesen (und immer gut, die Referenz zu haben).

— Leo

@Leo - Nur ein Blick auf die elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe (Widerstands-Temperatur-Kurve und Zeitkonstante usw.) sollte es Ihnen ermöglichen, diese mathematisch zu modellieren und sich selbst von der Antwort zu überzeugen.

— John U

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60 Sekunden Töne waayyy zu lang für eine Glühlampe. Betrachten Sie, dass sie sich in menschlicher Hinsicht ziemlich augenblicklich einschalten. Sagen wir 100 ms, um großzügig zu sein. Selbst wenn der kalte Strom das 10-fache des heißen Stroms beträgt, beträgt die Laufzeit nur 1 Sekunde.

— Olin Lathrop

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Bei Glühlampen muss durch jede Erhöhung der von der Glühlampe aufgenommenen Leistung die Gesamtmenge der an die Umgebung abgegebenen Wärme erhöht werden (über sichtbare Strahlung, Infrarotstrahlung, Wärmeleitung, Konvektion usw.). Bei normal aufgebauten Glühlampen muss die Glühlampe für ausgeschaltet werden Jedes Intervall wird - soweit ich das beurteilen kann - die Wärmeabgabe bedingungslos reduzieren und muss folglich den Energieverbrauch senken.

— Supercat

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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

Glühlampentestschaltung

Hier ist die Simulation mit der im Dialogfeld angezeigten Durchschnittsleistung:

Glühlampentestsimulation

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):

Birnen-Test-Nahaufnahme

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

Glühlampentest Ein

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):

Glühlampentest-Schnellschalter

— Oli Glaser
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+1 für Grafiken. Mythbusters erwiesen sich als gleich, zeigten jedoch, dass Fluoreszenz beim Start signifikant verbraucht.

— Gustavo Litovsky

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Ja, ich glaube, ich erinnere mich, diese Show vor langer Zeit gesehen zu haben. Ich schaue mir die Leuchtstofflampe etwas später an und füge sie hinzu, da sie beim Starten sicher viel mehr Strom verbraucht. Es wäre also interessant zu vergleichen.

— Oli Glaser

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Ich glaube nicht, dass ein Arbeitszyklus den Stromverbrauch einer herkömmlich konstruierten Glühlampe erhöhen könnte. Vielleicht kannst du meine Antwort lesen und mir sagen, ob meine Überlegungen fehlerhaft sind.

— Supercat

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@supercat - wahrscheinlich nicht, da sich das Filament zwischen den Schaltvorgängen nicht ausreichend abkühlt, was ich erst vor einiger Zeit erkannt habe. Ich denke, Sie haben vollkommen recht, und ich werde eine Anmerkung hinzufügen und diese Simulation wahrscheinlich später ändern, wenn ich etwas mehr Zeit habe, um auch die Leuchtstofflampe zu betrachten. Wie Sie wissen, ging es vor allem darum zu zeigen, wie gering der Effekt der Umschaltung insgesamt ist.

— Oli Glaser

@supercat - Beachten Sie, dass wir hier nur die Glühbirne selbst berücksichtigen und nicht den Rest des Systems. Ein Blick auf die Verkabelungsimpedanz und andere nicht ideale Systemfaktoren könnte ebenfalls interessant sein (ich habe aber gerade keine Zeit, um dem gerecht zu werden)

— Oli Glaser

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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.

— Gustavo Litovsky
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Sie benötigen mehr Energie, um es einzuschalten, aber Sie müssen die Energie, die Sie sparen, abziehen, indem Sie es ausschalten.

— Al Kepp

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@AlKepp: Dies ist alles abhängig von der "Einschaltdauer"

— Gustavo Litovsky

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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.

— Chris Stratton
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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 Faktoren wie die Umweltbelastung bei der Herstellung sorgen , die nicht vom Hersteller übernommen wird. Aber das ist sowieso eine Ablenkung, die Frage stellt sich speziell nach dem Energieverbrauch, nicht nach den Kosten.

— Phil Frost

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Die Idee wäre, dass die Kosten die Schätzung der Herstellungs- / Transportkosten und damit den dafür verbrauchten Energieverbrauch einschränken. Einige externe Effekte könnten sich jedoch verinnerlichen, da der Energieverbrauch beispielsweise bei der Aufbereitung eines Abfallstroms wahrscheinlich Energie verbraucht wird (da die hier beteiligten Abfälle möglicherweise nicht das Potenzial haben, den Prozess

— Chris Stratton

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+1 für eine andere praktische Sichtweise auf das Problem. Ich denke, obwohl es eine sehr einfache Frage ist, könnten Sie eine ziemlich lange (und mathematische) Arbeit über die verschiedenen Faktoren schreiben, auf die in diesen Antworten hingewiesen wird. Schon die Impedanz der Verkabelung, die Sprungkraft des Schalters und die thermischen Eigenschaften der Glühbirne würden Spaß machen.

— Oli Glaser

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In der Mythbusters-Episode heißt es in einer anderen Antwort: „Darüber hinaus hat der Verschleiß beim wiederholten Ein- und Ausschalten der Lampe die Gesamtlebensdauer der Lampe nicht ausreichend verringert, um den erhöhten Stromverbrauch auszugleichen. Daher ist es weitaus wirtschaftlicher, ein Licht auszuschalten, als es eingeschaltet zu lassen.

— Sarel Botha

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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.

— Superkatze
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Diese Überlegung 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 richtig. Es vernachlässigt jedoch die Möglichkeit von Verlusten an anderer Stelle aufgrund der Nutzung und des Nutzungsmusters, die nicht als Abwärme in der Glühbirne selbst, sondern im Kraftwerk, im Verteilungsnetz usw. auftreten würden. Die Schlussfolgerung ist jedoch wahrscheinlich unverändert.

— Chris Stratton

@ChrisStratton: Wenn die Infrastruktur als resistiv modelliert ist, ähnelt dies der Situation mit Hoch- und Niedertemperaturfilamenten. Wenn die Infrastruktur "komplizierter" ist, ist alles möglich. Wenn ein Gebäude, das von langen Kabeln bedient wird, eine stark induktive Last aufweist, könnte das Einschalten einer Glühlampe, die in Reihe mit einer großen Kappe geschaltet ist, - zumindest theoretisch - die Leitungsverluste um einen Betrag verringern, der viel größer ist als die von der Glühbirne verbrauchte Energie.

— Supercat

"Daher kann eine Glühbirne nur dann mehr Energie verbrauchen, wenn sie mehr Wärme abgibt. Eine kalte Glühbirne verbraucht mehr elektrische Energie als eine heiße, führt 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

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@Affe - eigentlich nicht, aber es ist keine Situation, die andauern kann. Eine heiße Glühbirne gibt mehr Wärme ab, da die Abgaberate von der Temperatur abhängt. Wenn sich die kalte Glühbirne jedoch nicht so weit auflöst, wird sie schnell zu einer heißen Glühbirne.

— Chris Stratton

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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.

- 18r

— l8rs
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