Le fait d'allumer et d'éteindre une ampoule à répétition consomme-t-il plus d'énergie que de le laisser allumé pendant des heures?

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Disons que j'ai une ampoule de 60W dans une lampe de ma chambre. Si j'ai gardé la lampe allumée pendant 2 heures d'affilée mais le lendemain, je l'ai allumée et éteinte 10 fois par intervalles de 5 minutes. Quel scénario utiliserait plus d'énergie?

Christopher Chipps
la source
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Si vous souhaitez économiser de l’énergie, utilisez la technologie LED.
Marcel
7
Quelle sorte d'ampoule?
Nick Johnson
2
Je me demande si la réponse est la même pour toutes les variétés de lampes. J'ai vu des tests sur des lampes à incandescence, fluorescentes et à LED. Mais qu'en est-il du sodium à haute pression, des halogénures métalliques, des vapeurs de mercure, etc.?
Grant
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@marcel ou vraiment "tout sauf incandescent" .. équivalents assez décent ampoule LED 60w sont en baisse à environ 15 $ sur Amazon au moment de ce commentaire, et ne tirent pas plus de 9w, souvent moins.
Jeff Atwood
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J'ai toujours pensé que le mythe était que l'ampoule durerait plus longtemps si on ne la laissait pas allure d'économiser de l'énergie. Le cyclage de la puissance provoque le chauffage et le refroidissement du filament, ce qui entraîne une usure plus rapide. J'ai supposé que c'était la même pensée derrière l'éclairage fluorescent laissé tout le temps allumé. Les choses s'usent plus rapidement si leur état change souvent.
Chef Flambe

Réponses:

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Le laisser utiliser consomme plus d'énergie, absolument. Parfois, les gens essaient de se convaincre que le fait d'allumer et d'éteindre une lumière consomme plus d'énergie parce qu'il y a un courant d'appel élevé, ou quelque chose du genre.

Premièrement, les lampes à incandescence n’ont pratiquement pas de courant d’appel, car elles n’ont pas de condensateurs à charger, et elles n’ont pas besoin de créer un arc dans l’ampoule. Le courant est initialement plus élevé car la résistance du filament est plus faible, mais:

  1. c'est pour une fraction de seconde
  2. monter à la température ne prend pas plus d'énergie qu'il n'en aurait fallu pour le laisser en marche pour maintenir cette température
  3. Même si le courant peut être plus élevé, ce n'est pas beaucoup plus élevé. Toutes les autres lumières de votre maison s’allument-elles temporairement lorsque vous en allumez une?

Deuxièmement, si vous prenez une ampoule fluorescente, qui peut avoir des condensateurs, et qui peut donc nécessiter un courant d’appel, elle ne commence pas à compenser le coût de laisser la lumière allumée. Considérons à nouveau combien la période d'activation est courte par rapport à la période de départ. Même si vous considérez l'usure de l'ampoule, du démarreur et du luminaire, il est presque toujours plus économique d'éteindre l'ampoule. J'ai lu un rapport rédigé par quelqu'un qui s'est donné la peine de faire tout le calcul, et ils ont conclu que si vous avez l'intention de laisser la lumière éteinte plus de 60 secondes environ, il est plus économique de le faire.

Phil Frost
la source
3
Une considération est que certaines ampoules fluorescentes ne chauffent pas à pleine luminosité jusqu'à ce qu'elles soient allumées pendant une minute ou plus. Ils pourraient ne s'allumer qu'à un quart de la luminosité maximum et augmenter lentement. Cela peut être une fonction intéressante pour aider vos yeux à s’adapter d’une pièce sombre à une chambre claire, ou gênant si vous passez d’une pièce éclairée à une autre. On peut envisager un coût énergétique légèrement plus élevé si cela pose un problème.
Matt B.
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+1 pour une bonne réponse. Avez-vous un lien vers le rapport? Cela semble très plausible, mais il serait intéressant de lire (et toujours bon d'avoir la référence).
Léo
@Leo - le simple fait d'examiner les propriétés électriques d'une ampoule à incandescence (courbe de résistance-température, constante de temps, etc.) devrait vous permettre de la modéliser mathématiquement et de vous convaincre de la réponse.
John U
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60 secondes semblent trop longues pour une ampoule à incandescence. Considérez qu’elles s’allument presque instantanément en termes humains. Disons 100 ms pour être généreux. Même si le courant froid correspond à 10 fois le courant chaud, cela ne représente qu'une seconde de temps de fonctionnement.
Olin Lathrop
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Pour les ampoules à incandescence, tout ce qui augmente la puissance consommée par l'ampoule doit augmenter la quantité totale de chaleur dissipée dans l'environnement (via le rayonnement visible, le rayonnement infrarouge, la conduction, la convection, etc.). Pour les ampoules de construction normale, éteignez l'ampoule pendant autant que je sache, tout intervalle permettra de réduire inconditionnellement la quantité de chaleur dissipée et, par conséquent, de réduire la quantité d'énergie consommée.
Supercat
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Bon, mettons en place une simulation simple:

Selon la page Wiki sur les ampoules à incandescence , pour une ampoule de 100W, 120V, la résistance au froid est ~ 9,5Ω et la résistance à chaud ~ 144Ω. Il faut environ 100 ms à l'ampoule pour atteindre la résistance à chaud lors de l'allumage.
Donc, armés de cette information, nous pouvons simuler et prouver que la surtension initiale serait absolument insignifiante si nous changions l'ampoule toutes les 5 minutes. Nous n'avons pas vraiment besoin d'exécuter la simulation pendant 2 heures pour le prouver, mais nous le ferons. J'ai même prolongé le temps de "préchauffage" à 300 ms.
Voici notre circuit SPICE, l'ampoule est représentée par un commutateur qui modifie progressivement la résistance de 9,5 Ω à 144 Ω au cours de la montée du signal de commande (300 ms). Le commutateur d'éclairage est représenté par un autre commutateur qui passe de 1 mΩ à 10 MΩ

Circuit d'essai d'ampoule

Voici la simulation, avec la puissance moyenne indiquée dans la boîte de dialogue:

Simulation de test de bulbe

Voici une vue rapprochée de la commutation, avec la résistance de l'ampoule indiquée (ne vous inquiétez pas de ce que la résistance est négative, c'est simplement parce que SPICE l'a calculée de cette façon en utilisant le flux de courant - c'est toujours une réelle résistance positive):

Gros plan sur l'ampoule

Et maintenant, voici une simulation avec l'ampoule allumée pendant tout le temps, avec la puissance moyenne indiquée:

Test de l'ampoule sur

Vous pouvez voir que la puissance moyenne est de 95,659W, ce qui n’est que légèrement moins que si nous doublions les 5 minutes initiales, valeur test de 5 minutes de 48,2W (48,2 "* 2 = 96,4W), de sorte que la différence entre les commutations est minuscule.

À quelle vitesse auriez-vous besoin de passer pour que ce soit pire?

Il est probablement impossible d’aggraver la situation, comme le note à juste titre Supercat, car le filament ne refroidira pas suffisamment entre les commutations. Donc, prenez le graphique ci-dessous comme le pire des cas (par exemple, l'ampoule est soufflée de gaz glacé entre les commutations ou quelque chose du genre :-) Notez que cela ajouterait une autre source d'énergie au système, ce qui serait évidemment une tricherie). il se refroidit et l'effet serait intéressant à regarder cependant, et si le temps le permet, j'en ajouterai un peu plus à ce sujet.

Donc, en supposant ce qui précède, assez rapidement, environ une fois toutes les 2 secondes selon la simulation exagérée ci-dessus (en réalité, probablement environ une fois par seconde) Voici deux minutes de commutation toutes les deux secondes et la puissance moyenne est légèrement supérieure à 100W ( ~ 104W):

Interrupteur rapide de test de lampe

Oli Glaser
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+1 pour les graphiques. Mythbusters a prouvé la même chose, mais ils ont montré que la fluorescence consomme de manière significative au démarrage.
Gustavo Litovsky
1
Oui, je pense me souvenir d’avoir vu ce spectacle il y a très longtemps. Je pourrais peut-être jeter un coup d'oeil un peu plus tard sur l'ampoule fluorescente et l'ajouter, car je suis sûr qu'elle consommera beaucoup plus d'énergie au démarrage, il serait donc intéressant de comparer.
Oli Glaser
1
Je ne pense pas qu'un cycle de travail puisse augmenter la consommation d'énergie d'une ampoule à incandescence de construction classique; Peut-être pourrez-vous lire ma réponse et me dire si mon raisonnement est erroné.
Supercat
1
@supercat - probablement pas, car le filament ne refroidit pas suffisamment entre les commutations, ce que j'ai compris tout à l'heure. Donc, je pense que vous avez tout à fait raison, et j'ajouterai une note à ce sujet, et modifierai probablement cette simulation plus tard, lorsque j'aurai un peu plus de temps pour examiner l'ampoule fluorescente également. Le principal (comme vous le savez) était de montrer à quel point l’effet de la commutation est minime.
Oli Glaser
@supercat - notez que nous ne tenons compte que de l'ampoule elle-même, et non du reste du système. Examiner l'impédance de câblage et d'autres facteurs système non idéaux pourrait également être intéressant (je n'ai pas le temps de le faire justice cependant)
Oli Glaser
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Selon un résumé de l' épisode de Mythbusters sur Wikipedia :

"MythBusters a calculé que l'allumage d'une lumière consomment autant d'énergie que le laisser allumé pendant une fraction de seconde (à l'exception des lampes à tube fluorescent; le démarrage a consommé environ 23 secondes de puissance)".

Donc, en fait, il est possible que l'activation / désactivation consomme plus d'énergie si la fluorescence était constamment activée et désactivée.

Gustavo Litovsky
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1
Vous avez besoin de plus d’énergie pour l’activer, mais vous devez soustraire l’énergie économisée en la désactivant.
Al Kepp le
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@AlKepp: Tout dépend du "cycle de service"
Gustavo Litovsky le
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Le réglage en permanence consomme plus d'énergie pour alimenter l'ampoule.

Un contre-argument possible serait que le cycle allumage / extinction réduirait la durée de vie de l'ampoule et que, de ce fait, le coût énergétique de sa fabrication, de son transport et de sa mise au rebut serait amorti sur moins d'heures de service. Mais sans fouiller dans les chiffres réels, j’ai le sentiment qu’il est peu probable que cela dépasse l’énergie opérationnelle. Une façon plausible de consolider une estimation consiste à comparer le coût de l'ampoule elle-même au coût de son alimentation.

Chris Stratton
la source
2
Le coût de l'ampoule est un excellent moyen de chiffrer les coûts de transport et de fabrication. Les gens ne les vendent pas pour perdre de l'argent, après tout. Vous n'auriez qu'à vous soucier d' externalités, telles que le fardeau environnemental de la fabrication qui n'est pas facturé au fabricant. Mais c’est quand même une diversion, la question concerne spécifiquement la consommation d’énergie, et non les coûts.
Phil Frost
1
L'idée serait que le coût limite l'estimation du coût de fabrication / transport et donc l'énergie consommée pour y parvenir. Cependant, certaines externalités pourraient être assimilées par la consommation d'énergie, par exemple, le traitement d'un flux de déchets consommerait probablement de l'énergie (car les déchets concernés ici pourraient ne pas avoir le potentiel de conduire le processus)
Chris Stratton
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+1 pour un autre moyen pratique de regarder le problème. Je pense que bien que ce soit une question très simple, vous pourriez écrire un article assez long (et lourd en mathématiques) sur les divers facteurs évoqués dans ces réponses. Rien que l'impédance du câblage, le rebond de l'interrupteur, les caractéristiques thermiques de l'ampoule serait amusant pour commencer ...
Oli Glaser
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Selon l'épisode de Mythbusters mentionné dans une autre réponse: «En outre, l'usure répétée d'allumer et d'éteindre la lumière à plusieurs reprises ne réduisait pas suffisamment l'espérance de vie de l'ampoule pour compenser l'augmentation de la consommation d'électricité. Par conséquent, il est beaucoup plus économique d'éteindre une lumière que de la laisser allumée ».
Sarel Botha
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Toute l’énergie d’une ampoule à incandescence est convertie en chaleur, qui doit ensuite être dissipée. Une partie de cette chaleur sera ensuite émise sous forme de lumière, mais l'énergie doit commencer sous forme de chaleur. Par conséquent, la seule façon dont une ampoule à incandescence peut utiliser plus d'énergie est de dissiper plus de chaleur. Une ampoule froide consomme plus d'énergie électrique qu'une ampoule chaude, mais dissipe également moins de chaleur. Si une ampoule alimentée à une température stable est éteinte à l'instant T1, refroidit quelque peu, est rallumée et a retrouvé sa température antérieure à l'instant T2, l'énergie totale consommée entre les instants T1 et T2 doit être égale à quantité de chaleur dissipée, et qui sera inférieure à la quantité de chaleur qui aurait été dissipée si le bulbe avait été allumé en permanence.

Le seul scénario dans lequel une ampoule à incandescence pourrait utiliser plus de puissance lorsqu’il était soumis à un cycle qu’au fonctionnement continu serait que si l’ampoule avait différentes sections de filament câblées en série et fonctionnant à des températures différentes (certaines ampoules de projecteur sont construites de cette manière). Dans ce cas de figure, le cycle du bulbe réduirait moins la part de température élevée, mais dans certaines conditions de cycle de fonctionnement, la part de température basse serait plus rayonnante. Il serait possible de construire l'ampoule de telle manière que l'augmentation de la dissipation de la partie basse température dépasse la réduction de la dissipation de la partie haute température, augmentant ainsi l'utilisation globale d'énergie; Je ne sais pas si de telles conditions pourraient un jour s'appliquer à des conceptions d'ampoules "pratiques", cependant.

supercat
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Ce raisonnement suppose que vous mesurez la consommation d'énergie aux fins de la question initiale: si vous le mesurez électriquement près de la douille de l'ampoule, cela est correct. Mais il néglige la possibilité de pertes ailleurs en raison de l'utilisation et du modèle d'utilisation, qui n'apparaîtraient pas comme de la chaleur perdue dans l'ampoule elle-même mais plutôt dans la centrale électrique, le réseau de distribution, etc. La conclusion est probablement inchangée.
Chris Stratton
@ChrisStratton: Si l'infrastructure est modélisée comme étant résistive, cela ressemble à la situation des filaments à haute et à basse température; si l'infrastructure est plus "compliquée", alors tout est possible. En effet, si un bâtiment desservi par de longs câbles est soumis à une charge fortement inductive, le fait de placer une ampoule en série avec un capuchon large pourrait - du moins en théorie, réduire les pertes en ligne dans des proportions bien supérieures à la puissance consommée par l'ampoule.
Supercat
"Par conséquent, la seule façon dont une ampoule à incandescence peut utiliser plus d'énergie est de dissiper plus de chaleur. Une ampoule froide consomme plus d'énergie qu'un ampoule chaude, mais dissipe également moins de chaleur." Ces phrases ne se contredisent-elles pas complètement? La seule façon de consommer plus d'énergie est d'utiliser plus de chaleur, mais celle qui consomme plus d'énergie dégage moins de chaleur .....?
Affe
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@ Affe - En fait, ce n'est pas le cas, mais ce n'est pas une situation qui peut durer. Une ampoule chaude dissipe plus de chaleur, car le taux de dissipation dépend de la température. Cependant, si le bulbe froid ne se dissipe pas autant, il deviendra rapidement un bulbe chaud.
Chris Stratton le
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Laisser une lumière allume utilise plus de puissance. Eteindre une lumière permet d'économiser de l'énergie.

Supposons simplement que la lumière ne consomme aucune énergie lorsqu'elle est éteinte (POWER_OFF = 0) et 100W ou peu importe lorsqu'elle est allumée (POWER_ON = 100).

La puissance totale en wattheures est égale à: POWER_ON * TIME_ON + POWER_OFF * TIME_OFF.

Notez que puisque POWER_OFF = 0, la puissance totale est déterminée uniquement par le terme TIME_ON.

--l8rs

l8rs
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