Когда я убавляю яркость света, действительно ли я потребляю меньше электроэнергии?

Да. И вот почему.

В старых диммерах для регулировки яркости света использовался переменный резистор. Давайте рассмотрим простой пример.

Мы можем найти общее сопротивление (RT), сложив все сопротивления.

RT = R1 + R2 = 0 Ом + 144 Ом = 144 Ом

Затем мы можем найти общий ток (IT).

IT = ET / RT = 120 В / 144 Ом = .83 А

Затем мы рассчитаем напряжение на каждой резистивной нагрузке.

E1 = IT * R1 = 0,83 А * 0 Ом = 0 В

E2 = IT * R2 = 0,83 А * 144 Ом = 120 В

Наконец, рассчитаем общую мощность (WT)

WT = V^2/R = 120 В ^2 / 144 Ом = 100 Вт

Давайте посмотрим, что произойдёт, если мы увеличим сопротивление R1

RT = 200 Ом + 144 Ом = 344 Ом

IT = 120 В / 344 Ом = .349A

E1 = .349A * 200 Ом = 69,77В

E2 = .349A * 144 Ом = 50,23 В

WT = 120 В ^ 2 / 344 = 41,86 Вт

Как вы можете видеть, мы увеличили сопротивление R1 и эффективно снизили напряжение на R2. А теперь у нас тусклый свет.

В современных диммерах используется тиристор для сокращения времени работы светильника. Однако из-за особенностей схемы диммера прямая экономия электроэнергии в соотношении 1:1 невозможна. Уменьшение яркости света на 50 % не приведёт к экономии электроэнергии на 50 %.

Типичная форма сигнала в системе переменного тока выглядит следующим образом.

Симистор предотвращает подачу электричества каждый раз, когда напряжение достигает 0, примерно так.

В итоге получается такая форма волны.

Благодаря симистору свет фактически выключается и включается 120 раз в секунду. С каждым циклом вы экономите небольшое количество энергии. Достаточно ли этого, чтобы увидеть разницу в счёте за электричество? Думаю, это зависит от того, как долго горит свет и насколько он приглушён.

Я отвечаю на этот вопрос спустя 10 лет, но с некоторыми интересными данными. Во многих ответах говорится о том, что энергия расходуется впустую в виде тепла, особенно в самом диммере. Я использовал тепловизионную камеру, чтобы измерить температуру диммера. На каждой панели более низкая температура зафиксирована на диммере, а более высокая — на стене рядом с ним для сравнения.

Диммер «теряет» примерно одинаковое количество энергии (в виде тепла) при высокой и низкой яркости, но свет «теряет» гораздо больше энергии в виде тепла, чем выключатель. Таким образом, регулировка яркости позволяет экономить электроэнергию.

Вот некоторые подробности из этих данных:

• Даже при выключенном выключателе выделяется некоторое количество тепла. По-видимому, это связано с подсветкой, которая всегда включена по умолчанию.
• На высокой мощности диммер нагревался на один градус сильнее. Я не уверен, насколько точна тепловизионная камера.
• Сама лампа выделяет гораздо больше тепла, а выключатель управляет четырьмя лампами. Используя закон Стефана — Больцмана, я подсчитал, что при включенном на максимум диммировании (нижний ряд изображений) я выделяю примерно в 18 раз больше тепловой энергии в светодиодных лампах, чем в диммирующем выключателе.

В других ответах содержится много (иногда противоречивой) информации о том, являются ли диммеры тиристорными или реостатными. У меня диммер Leviton, и я не могу найти его тип на сайте производителя, но у меня сложилось общее впечатление, что те, кто говорит, что реостаты больше не используются, правы. В любом случае на сайте Leviton есть полезная таблица, которая также отвечает на исходный вопрос для всех типов ламп:

На самом деле вы говорите о проблеме «Уоттс против VA».

Вернитесь и посмотрите на иллюстрацию «триакового диммера» от Tester101.

• Ватты — это мощность, которую вы фактически используете (без учёта чёрной области под синусоидой).
• ВА — это вся синусоида, которую должен генерировать генератор, чтобы обеспечить ту часть, которую вы используете.

«Коэффициент мощности» — это разница между мощностью, которую вы фактически используете, и полной мощностью синусоиды. У симисторных диммеров низкий «коэффициент мощности», который, очевидно, зависит от настроек.

Таким образом, для увеличения мощности симисторная регулировка яркости не позволяет сэкономить много энергии, поскольку либо генератор должен создавать синусоидальный сигнал, либо необходимо выполнить «коррекцию коэффициента мощности», чтобы перераспределить энергию по всему сигналу. С этим хорошо справлялись «вращающиеся преобразователи», и это было их побочным эффектом: инерция вращающегося механизма служила «конденсатором переменного тока» для временного сдвига энергии и её перераспределения по синусоиде. Конечно, теперь это можно сделать в электронном виде.

Однако ваш счётчик учитывает только потребляемую вами мощность и ничего не знает о коэффициенте мощности. Таким образом, вы получаете выгоду, платя только за ту часть синусоиды, которую используете.

Электричество для меня — тёмная лошадка, и я не разбираюсь в этом вопросе.
Но мне кажется, что при использовании диммера резистивного типа вы подаёте питание через счётчик на выключатель, а затем ограничиваете подачу на прибор или лампу, преобразуя часть этой нежелательной энергии в тепло.
Это означает, что экономия электроэнергии при использовании диммера резистивного типа — иллюзия.
Конечно, в результате вы получаете меньше света.
Но вы платите не за то, что видите, а за то, что регистрируется счётчиком.
Новые диммеры, которые включают и выключают свет 120 раз в секунду, — это совсем другая история.

Если уменьшить яркость освещения, это снизит энергопотребление. Некоторые люди предполагают, что часть энергии, которая не поступает в лампочку, преобразуется в тепло в выключателе. Хотя часть энергии преобразуется в тепло, вы будете потреблять гораздо меньше энергии, чем при использовании лампочки.

Вот несколько простых формул по электротехнике
Уравнения мощности:
P=IE Мощность равна произведению силы тока на напряжение. Общее напряжение в цепи практически постоянно и составляет ~120 В переменного тока.

Если ваш диммер представляет собой простой реостат, то при увеличении сопротивления ток будет уменьшаться в соответствии с законом Ома: V = IR. Напряжение равно произведению силы тока на сопротивление. Поскольку напряжение постоянно, мы можем переформулировать формулу, разделив обе части на «R»: I = V/R. Это доказывает, что при увеличении сопротивления ток уменьшается при постоянном напряжении.

Другой способ записи степенного закона:
P = (V^2)/R. При постоянном напряжении и увеличении сопротивления выходная мощность будет снижаться. Мощность отрицательно коррелирует с сопротивлением.

Если бы у вас была лампа мощностью 100 Вт, а яркость была бы снижена до 50 Вт, то на диммере вы бы НЕ получали 50 Вт тепла. Это привело бы к пожару в вашем доме.

Другой тип диммера, который вы, скорее всего, видели, — это симисторный диммер. Такой диммер фактически включает и выключает питание более 100 раз в секунду, поэтому потребляет меньше энергии, так как свет выключается на большее количество секунд, чем при более низкой яркости.

Я протестировал поворотный диммер Leviton за 5 долларов, рассчитанный на мощность 600 Вт, с помощью рождественских гирлянд. Суммарная мощность нагрузки составила 520 Вт. Диммер работал за счёт снижения подаваемого переменного напряжения. Я обнаружил, что при максимальном напряжении переменного тока температура диммера повышалась, а при снижении напряжения — понижалась. Сначала я думал, что при диммировании выделяется больше тепла, но теперь мне кажется, что большая часть выделяемого тепла связана с неэффективностью внутренних транзисторов. Чем выше напряжение и больше сила тока, тем сильнее нагревается устройство. При нагрузке в 520 Вт оно нагревалось настолько, что я не мог прикасаться к радиатору дольше нескольких секунд.

Вывод: не используйте диммеры, если большую часть времени вы оставляете свет включенным на максимум. Энергия, которая не преобразуется в свет, расходуется впустую в виде тепла. Если приглушить свет, будет расходоваться меньше электроэнергии, и вы сэкономите деньги. Независимо от того, приглушен свет или нет, диммер расходует часть энергии в виде тепла. Количество расходуемой энергии пропорционально нагрузке.

Хотя реостаты использовались в качестве диммеров в театральном освещении в самом начале, с 1950-х годов или даже раньше они вышли из употребления, и я никогда не видел бытового диммера, в котором не использовался бы тиристор. При регулировке яркости ламп накаливания вы не сэкономите много энергии из-за сильно нелинейной зависимости эффективности от температуры нити накала (яркости), но это НЕ связано с тем, что дополнительное напряжение сгорает в диммере. По мере того как яркость лампы снижается, световой поток смещается в сторону инфракрасного излучения, при этом большая часть энергии преобразуется непосредственно в тепло в лампочке, а не в видимый свет. Вы всё равно экономите, но не так много, как могли бы подумать.

Однако некоторые современные светодиодные лампы с регулируемой яркостью действительно экономят много энергии. Я измерил несколько таких ламп: лампа мощностью 10–13 Вт, яркость которой снижена примерно вдвое, потребляет всего 2–3 Вт.

Если коротко, то да, вы сэкономите на электроэнергии. Вероятно, любой диммер, выпущенный за последние 20 лет, обладает технологией, которая поможет вам сэкономить. Это от Lutron, одного из крупнейших производителей диммеров в мире.

Как видите, вы не только сэкономите электроэнергию, но и продлите срок службы ламп. Вот почему лампы на 130 вольт служат дольше, чем лампы на 120 вольт.

Диммировать светодиоды легко, но для достижения наилучшего результата вам понадобится диммер, предназначенный для светодиодов. В таких диммерах есть то, что я раньше называл регулировочным винтом, с помощью которого можно настроить диммер на использование всего диапазона регулировки яркости. Регулировочные винты использовались для управления скоростью вращения вентилятора, и с их помощью можно было настроить вращение вентилятора на более низкой скорости.

В случае с лампами накаливания (которые, как уже отмечали другие, являются единственными лампами, которые можно регулировать по яркости), даже в лучшем случае их светоотдача снижается быстрее, чем потребляемая мощность. Например (цифры условные, но принцип сохраняется), если вы уменьшите яркость до 75 % от обычной, вы всё равно будете использовать примерно 80–90 % от первоначальной мощности. Чем ярче лампа, тем она эффективнее.

Хотя верно то, что добавление переменного сопротивления последовательно с лампочкой уменьшит силу тока и, следовательно, мощность (по мере увеличения сопротивления), факт остаётся фактом: мощность расходуется в виде тепла, выделяемого переменным резистором. Я не думаю, что сегодня продаются какие-либо из этих старых «реостатов» (переменных резисторов). Более новая конструкция, представленная на рынке, изменяет форму сигнала переменного тока таким образом, что он присутствует только в части каждого цикла. Такая конструкция более эффективна, поскольку не расходует энергию впустую. Однако кремниевый компонент, используемый в диммере, также должен отводить тепло, и он делает это через монтажный фланец (обычно алюминиевый). Это одна из причин, по которой в распределительной коробке может находиться только определённое количество выключателей и проводов.

Недавно я потратил немало времени на изучение этого вопроса, в том числе заплатил электрику, чтобы он пришёл к нам домой. Он НИЧЕГО не понял. Большинство диммеров, которые вы покупаете, — это просто переменные резисторы. Это значит, что если у вас в цепи лампочка на 100 Вт, но яркость снижена наполовину, то на лампочку подаётся 50 Вт, а ещё 50 Вт преобразуются в тепло в распределительной коробке.

Если в распределительной коробке слишком высокая температура, диммер может выйти из строя. В нашем случае 300 Вт ламп на диммере, яркость которых была снижена до минимума, привели к поломке диммера, рассчитанного на 500–600 Вт. (Наш электрик сказал, что диммер теоретически рассчитан на такую мощность, так что проблема не в нём.)

Так что нет, вы совсем не экономите электроэнергию, уменьшая яркость лампы, по крайней мере с помощью стандартного диммера. Вы можете купить светодиодные или компактные люминесцентные лампы. Но имейте в виду, что не все светодиодные лампы работают со всеми диммерами. А компактные люминесцентные лампы вообще плохо регулируются, даже те, которые предназначены для регулировки яркости.

Вы также можете купить электронный диммер. Это диммер, который выполняет свою функцию, полностью отключая питание много раз в секунду. Он действительно экономит электроэнергию, потому что электроны, которые не попадают на лампочку, не просто проходят через резистор, выделяя тепло. Электронные диммеры стоят дороже. Обратите внимание, что большинство диммеров, которые вы покупаете в магазине товаров для дома, по-прежнему работают по принципу резистора.

Наконец, вы можете сделать ещё кое-что. Если вы обычно включаете свет на минимум, то установите в розетки меньшее количество лампочек или лампочки меньшего размера. Например, у нас было пять 60-ваттных ламп накаливания в одной цепи, которые мы обычно включали на минимум для фонового освещения. Я планирую заменить их на светодиодные лампы, но диммируемые светодиоды сейчас слишком дороги, чтобы оправдать их покупку. Проще было просто заменить три из пяти лампочек. Двух 60-ваттных ламп, которые мы приглушили наполовину, вполне достаточно, чтобы осветить помещение так, как мы хотели.