设计指南 4448

计算电量:成本压力带动节约能源

By: Moe Rubenzahl

摘要 : 消费者通常不会注意电子设备消耗的能量的成本。事实上,有些设备一年内消耗电能的花费可能超过电子产品本身的购买价格! 本文通过一些简单计算揭示了电子设备的能耗成本,借此呼吁人们节约能源。本应用笔记讨论了如何准确计算电费,并提供了一个在线计算器便于大家计算。

监测电量的重要性

专家们普遍认为改善气候、降低污染和能源消耗最有效的途径是节约能源。“不消耗功率”永远都是最经济的途径,成本远远低于建立新的发电厂(无论这些新电厂采用的是传统技术还是替代能源)。

首先是人们对这一问题的认识:要时刻想着节约能源。作为消费者,我们自然而然地会想到电冰箱、电炉等较大的家用电器。在办公室,我们会想到照明灯、台式计算机以及制造设备。但实际上,那些与我们日常生活息息相关的小型电子设备可能消耗更多的能源!

Maxim的CEO曾经吃惊地发现家中的一台多媒体服务器每年的电费会达到$473 (美元)。仅仅一年的电费就超过了设备本身的价格! 作为消费者和工程师,我们担心这些电子设备的设计人员是否认真考虑过最终用户的电费问题。

关注电费将有助于提高人们的节能意识,显然,如果我们能够在不牺牲系统性能的前提下提供更好的设计,将不仅节省自己的花费,也会节省客户的开销。

计算电费

每个工程师都知道电能计算非常简单。电能单位为千瓦小时(kWh),即功率(千瓦,kW)乘以用电时间(小时)。这个结果再乘以每千瓦时的费用即可得到总的电费。
总电费 = (功率(瓦特)/1000) × 工作时间(小时) × 价格/kWh
Maxim提供的电费计算器能够使用户的计算更简便。

图1. 电费计算器

电费计算虽然简单,仍然需要考虑一些注意事项,包括:
  • 复费率
  • 标记值与实际功率的差异
  • 设备每天的运行时间
  • 不同工作模式(例如:工作模式和待机模式)

复费率

大多数社区的电费价格并不是固定的。居民的收费标准被划分成不同“等级”。用电量越大,价格越高。有些地方甚至采用分时费率,即在用电量的低谷时段电费价格较低。

应该按照最高用电费率(如:最高付费“等级”)计算电费,由此可以估算出增加或节省每千瓦小时的成本,也反映了减少用电量后所节省的成本。美国住户的平均电费标准为11.5美分/kWh (参照2008年11月美国能源部的数据),但可能需要为额外的每千瓦小时多支付36美分甚至更多! 可以从你的电费帐单或电力公司的网站查找到最准确的费率。

如果按照用电高峰和低谷采用分时费率,则需考虑每天的使用时间。

有关美国电费和成本计算的更多信息,请访问:能源信息部

功耗

接下来,你需要了解设备的功耗,最准确的方法是用电表测量(美国的电表售价是$20至$60)。

另外,也可以参考产品标签上给出的规格,但标签上常常给出的是最大功率,不太准确。很多设备消耗的功率远低于标签给出的指标。对于固定功率的产品,如照明灯泡,标签标注相对比较准确。

最后,不要忘记考虑配件的功耗,例如计算机显示器等。

可能需要简单的计算,以获得使用的瓦数:
功率(瓦特,W) = 电流(安培,A) × 电压(伏特,V)
例如,一台设备的额定电流为2.5A,采用美国标称的电力线(120V)供电,则其功率为:2.5 × 120 = 300W。

工作时间和模式

一些设备需要全天24小时满负荷运行。许多设备即使在“关闭”状态下仍然消耗电能。没有断电的充电器即使在充电设备已经拔除的情况下仍然消耗电能,特别是一些早期产品。

媒体服务器是一种典型的耗能设备:即使在空闲模式下,它的硬盘也始终保持转动,而且所有电源都处于满负荷供电状态。

有些设备则根据使用方式改变其功耗。例如,咖啡壶,其功率为800W,但它可能只在该功率下运行10分钟,随后的一个小时只是处于保温状态,消耗掉的电能几乎可以忽略不计。如果每天煮一壶咖啡,每天消耗的电能是0.133kWh,每月耗能4kWh,每月的电费大约为40美分。

计算机在休眠模式下消耗较低功率。一个25W的灯泡开启一整天所消耗的电能甚至高于一台1500W的烤箱每天早上使用40秒左右所消耗的电能。

占空比

最后,还需要考虑设备每天的实际使用时间。带有自动调温控制的加热器只会在工作时耗电。

次要因素

空调开启环境下可能消耗两倍的电能! 在空调室内需要消耗额外的电能为负荷散热。很难记算具体数据,但注意到这一点会帮助大家找到节约用电的策略。

节能

如果了解哪些设备耗电最多,则可以有针对性地找到降低功耗的方法。最简单的方法就是将不需要使用的设备断电。

最简单的节能方法是在不使用设备时关闭电源,特别是媒体服务器、电灯等每天几乎全天候运行的设备。计算机及其外设,例如打印机,也可以在不使用时关闭电源。配电板和计时器(或室内自动控制器)也可以在不使用时关闭。但需主意,配电板关闭电源如同拔下电源插头,一些设备如果没用其自身的电源开关断电,可能会造成出错或丢失数据。

许多情况下,更换旧设备也有助于节省成本。考察一下您周围的电器产品,了解它们的最大功耗。然后用电费计算器的计算结果确定是否可以通过更换设备节省更多能源。