家用电器待机耗电分析与家庭节电模式探讨-李毅.pdf

1、http: / www. jzdq. net. cnAnalysis on Standby Power Consumption of Household Appliances andDiscussion about Household Power-saving ModeLI Yi （Beijing Victory Star Architectural & Civil Engineering Design Co.，Ltd.， Beijing 100025， China）李 毅 （北京维拓时代建筑设计有限公司， 北京市 100025）家用电器待机耗电分析与家庭节电模式探讨作者信息李 毅 ， 男 ，

2、 北京维拓时代建筑设计有限公司 ， 高级工程师 ， 电气总工程师 。Abstract Based on analysis on the type andtime features of standby power consumption ofhousehold appliances， the concept of “ ineffectivestandby power consumption” is put forward and themethods of reducing the standby power consumptionof household appliances are dis

3、cussed.Key words Household appliances Standbypower consumption Ineffective standby powerconsumption Main switch for household power supply摘 要 分析家用电器待机耗电的类型、 时间特性， 提出 “无效待机耗电” 概念， 对减少家用电器待机耗电量的方法进行探讨。关键词 家用电器 待机耗电 无效待机耗电家庭电源总控开关中图分类号 ： TM925 文献标识码 ： A0 引言现代家庭中用电设备大量使用 ， 许多用电设备在不使用时 ， 并未完全关断电源 ， 处于待机状

4、态 ， 仍消耗电能 。 尽管每一台电器的待机电流 、 待机功率很小 （如一台空调的待机功率仅为 3 W 左右 ）， 并不被人们关注 ， 但随着时间的累积其耗电量是惊人的 。据资料显示 ， 目前我国城市家庭的平均待机能耗相当于这些家庭每天不间断地使用一盏 1530W 的白炽灯 ， 待机能耗占家庭电能消耗的 3 % 13 %， 全国待机能耗相当于我国几个大型火力发电厂的发电总量 。家庭用电设备待机耗电 ， 如同未被关紧的水龙头 ， 宝贵的资源在无声无息 、 日积月累地无效消耗 ，不符合当今社会低碳节能 ， 绿色环保的要求 。 本文对家庭用电设备待机耗电的特点进行分析 ， 并对减少待机耗电量提出建议

5、 。1 家用电器待机耗电类型分析1. 1 开关类家电待机耗电家用电器自身电源开关可以分为机械开关与电子开关 （电子开关包括 ： 遥控开关 、 轻触开关 、 触摸开关等 ） 2 种 。 机械开关带有通断触点 ， 当处于关断位置时 ， 供电电源完全切断 ， 电器完全不耗电 ， 此类电器包括台灯 、 电热水壶等 。 带有电子开关的电器 ， 电源线插头插在电源插座上以后电器就一直处于通电状态 ， 此类电器包括平板电视 、 空调 、 DVD 机等 。 其工作状态的开启及关闭由遥控器控制 ， 当其不工作时处于待机状态 ， 仍然耗电 。 一些电器同时带有机械开关与电子开关 ， 如 ： 台式计算机 、 洗衣机

6、 、 CRT 电视机等 ， 如果关闭机械开关 ， 则不再产生待机耗电 。 对于此类电器设备使用者为方便使用 ， 往往不会关闭其机械开关 ， 使其一直处于待机状态 ， 消耗电能 。随着家用电器的智能化发展 ， 越来越多的家用电器采用微电脑控制 ， 电子开关的运用成为一种趋势 ，由此带来的待机耗电现象越来越普遍 。由于电子开关的使用 ， 有相当数量的电器大部分时间都处于待机状态 。 某些情况下 ， 在其使用寿命范围内使用时间远远小于待机时间 ， 电器待机耗电总量电 气 节 能家用电器待机耗电分析与家庭节电模式探讨 （李毅）11139誖BUILDINGELECTRICITY2013 年 第 2 期F

7、eb. 2013 Vol. 32 No. 2http: / www. jzdq. net. cn建筑电气设备名称待机电流测量值/ mA待机电流平均值/ mA待机耗电功率/ W24 h 待机耗电量/ kWh笔记本电脑 11 87 43 10 0. 24电视机 19 106 53 12 0. 29DVD 机 10 34 27 6 0. 14微波炉 2 3 2. 5 0. 6 0. 01空调 10 23 16 4 0. 10洗衣机 7 15 10 2 0. 05调制解调器+ 无线路由器52 81 61 13 0. 31音响 7. 3 60 30 7 0. 17电视机顶盒 116 134 126 28

8、 0. 67表 1 家用电器待机电流值Tab. 1 Standby current value of household appliances甚至会是正常工作时用电总量的好几倍 ， DVD 机 、微电脑控制微波炉就是其中最典型的例子 。 一项研究表明 ： 有多达 40 % 的微电脑控制微波炉在时钟和按键上的能量消耗超过了烹饪食物时的能量消耗 。1. 2 电加热类家电待机耗电电饮水机 、 电热水器 、 小厨宝等设备为了方便随时使用 ， 往往处于保温加热状态 （即热式除外 ）。 电饮水机 、 电热水器等自身带有机械式电源开关 ， 但人们往往不会关闭其机械开关 ， 即使长时间不使用 ， 这类电器亦一

9、直在耗电 。1. 3 通信类家电待机耗电家庭中的一些通信设备 （如 ： ADSL 调制解调器 、无线网络路由器 、 无绳电话等 ） 无电源开关 ， 接通电源后一直处于工作状态 ， 以满足人们随时使用的需求 。即使长时间不使用 ， 此类设备亦一直在耗电 。 以ADSL 调制解调器 + 无线网络路由器组合为例 ， 其工作电流与待机电流并无太大的区别 ， 无论家庭网络是否在使用 ， 其耗电电流值一直维持在 5080mA 左右 。1. 4 充电类家电待机耗电家庭中的电子移动设备 （如 ： 手机 、 iPad、 笔记本电脑等 ） 需要经常充电 。 此类充电电源设备 （电源适配器 ）， 往往一直插在电源接

10、线板上 ， 即使不使用也不取下来 ， 但其实它们一直在耗电 。 例如连接在电源适配器的笔记本电脑关机后 ， 其电源适配器仍将继续消耗电能 。 此时这种待机损耗也被称为无载损耗或空载损耗 。 笔者对 T410S 笔记本电脑进行测量 ， 电脑处于关机状态时 ， 电源适配器的电流值为 30 mA。图 1 是 iPhone 4 充电器空载电流实测照片 ， 实测显示 ： iPhone 4充电器在不使用的情况下 ， 耗电电流是 4. 3 mA， 电流值非常小 。 但是 ， 每天像这样处于空载状态的充电器的数量是庞大的 ， 其耗电量同样是惊人的 。 以 100 万台为例 ， 其耗电电流累计达 4 300 A

11、， 耗电功率946 kW， 假设一天的待机时间为10 h， 每天的耗电量为 9 460 kWh，每年的耗电达 345 万 kWh。 以此类推 ， 全国家用电器充电器的待机耗电总量是非常惊人的 。2 家用电器待机电流及待机耗电量测量家用电器的待机电流值非常小 ， 一般是 mA 级的 。 笔者采用高精度钳形电流表 （如图 1 所示 ） 对常用家用电器进行了抽样测量 ， 表 1 为测量结果 。表 1 中给出的测量数据为抽样测量值 ， 只是参考数据 。 同一类型的家用电器 ， 由于品牌 、 规格 、 生产年代不同 ， 其待机电流值会有很大差异 ， 无法得到一个标准值 。 由表 1 数据看出 ， 待机耗

12、电量相对比较大的家用电器为电视机顶盒 、 调制解调器 + 无线路由器 、 电视机 、 笔记本电脑 。电热水器 （水箱式 ）、 电饮水机等电器在待机时处于间歇工作方式 ， 笔者采用电量计量插座进行了抽样测量 ， 测量结果见表 2。表 2 中的耗电量值为在不使用状态下 （仅保温 ）的数值 ， 电饮水机的待机耗电量是较高的 ， 应当特别关注 。 电热水器的待机耗电量相对较小 ， 尽管它的有效使用时间很少 ， 但往往是一年 365 天均处于开机状态 ， 一年的待机耗电量将达 33 kWh。11240http: / www. jzdq. net. cn设备名称每小时待机耗电量/ kWh24 h 待机耗电

13、量/ kWh电饮水机 0. 02 0. 48电热水器 （水箱式 ） 0. 003 6 0. 09表 2 电加热类型电器待机耗电量Tab. 2 Standby power consumption ofelectric heating appliances3 家用电器待机耗电的时间特性分析各个家庭生活习惯不一样 ， 各种电器的使用时间及待机时间也各不相同 。 随着中国社会的发展 ， 现代家庭结构亦在发生变化 ， 传统的三代同堂 、 四代同堂的家庭越来越少 ， 双职工家庭越来越多 。 为讨论方便 ， 本节对双职工家庭家用电器待机耗电的时间特性进行分析 。假设离家的时间为早晨 7 30， 回到家的时间

14、为18 30。 假设每天在家使用笔记本电脑 、 电视 、 DVD机 、 空调 、 调制解调器 + 无线路由器的时间分别为 4 h、 5 h、 2 h、 13 h、 6 h。 其待机电流变化曲线见图 2 图 6。电流变化曲线图中 ， 两条红色垂直线之间的时间表示家中无人 ， 在这个时间段内 ， 以上 5 种电器均处于待机状态 ； 两条红色垂直线以外的时间表示家中有人 ， 在这个时间段内 ， 电器可能处于工作状态 ， 也可能处于待机状态 。 根据图 2 图 6 的电流变化曲线 ，可看出不同的电器有不同的待机时间特性 ， 以上 5 种电器的一天待机时间见表 3。由表 3 可以看出 ， 许多家用电器超

15、过 80% 的时间都处于待机状态 。 有些电器的待机时间甚至超过表 3 的数据 。 如微波炉一天使用的时间可能仅为几分钟 ， 而DVD 机 、 音响设备 、 洗衣机等电器也不是每天使用 。4 家用电器待机状态的合理性分析从使用者角度出发 ， 某些情况下家用电器待机状态的设置是合理的 ， 而某些情况下家用电器待机状态的设置是不合理的 。电 气 节 能家用电器待机耗电分析与家庭节电模式探讨 （李毅）11341誖BUILDINGELECTRICITY2013 年 第 2 期Feb. 2013 Vol. 32 No. 2http: / www. jzdq. net. cn建筑电气电器名称 工作时间 /

16、 h 待机时间 / h 待机时间比例笔记本电脑 4 20 83 %电视机 5 19 79 %DVD 机 2 22 92 %空调 13 11 46 %调制解调器+ 无线路由器6 18 75 %表 3 部分家用电器一天的工作时间与待机时间比较Tab. 3 Comparison between the operatingtime and standby time of some householdappliances within one day以壁挂式空调为例 ， 由于其安装位置在高处 ， 不方便拔掉空调主机电源插头 ， 多使用遥控器进行操作 。 空调处于待机状态时 ， 控制电路中的电源部分 、红

17、外接收部分 、 温控部分 、 继电器 、 风量控制和风扇电动机及集成块等 ， 均在待机状态 ， 时刻准备着被遥控器 “叫醒 ”。 红外接收管接收由红外遥控器发出的“关 ” 或 “开 ” 指令 ， 由集成电路判别并指令各执行部分处在一个相对稳定的工作状态 ， 该工作状态需要16 V 和 5 V 电源的供电才能维持正常工作 。 这部分电量就是我们所指的 “待机能耗 ”。 在需要使用空调的时间段内 ， 使其处于待机状态是合理的 。电视机多使用遥控器进行操作 ， 如果要频繁操作机上开关是不太方便的 。 因此在可能观看电视的时间段内 ， 使其处于待机状态是合理的 。DVD 机 、 音响设备是不经常使用的

18、设备 ， 也许一个星期甚至一个月也未使用 ， 使其长期处于待机状态是不合理的 ； 有些电器偶尔使用 ， 即使使用也是短时的 ， 如洗衣机 、 微波炉等 ， 在不使用定时开启功能的情况下 ， 长期处于待机状态亦是不合理的 ； 电饮水机 ， 家中无人时如不关断电源 ， 由于其处于保温工作状态而反复加热 ， 亦是不合理的 。5 家用电器 “有效待机耗电 ” 与 “无效待机耗电 ” 分析家用电器在有可能使用的时间段内 ， 为方便使用者的随时使用 ， 使其处于待机状态并产生待机耗能 ，这部分待机耗电可以称之为 “有效待机耗电 ”。 家用电器在不可能使用的时间段内 ， 仍处于待机状态并产生待机耗能 ， 这

19、部分待机耗电可以称之为 “无效待机耗电 ”。以双职工家庭为探讨对象 ， 家用电器不可能使用的时间段可以分成 2 种情况 ， 笔者称之为 “在家 ”与 “离家 ” 时间段 。 “在家 ” 时间段指工作日大约是晚上 6 30 至早晨 7 30， 在这个时间段内使用者休息后 ， 除空调机以外 ， 大部分电器的待机耗电是无效的 。 “离家 ” 时间段指工作日大约是早晨 7 30至晚上 6 30， 在这个时间段内家中无人 ， 除冰箱等必须不间断工作的电器以外 ， 其他电器的待机耗电是无效的 。 家用电器待机耗电时间比例示意见图 7。图 7 表示了工作日一天的待机时间分布情况 ，圆形图外围的数字表示一天

20、24 h。 由图 7 可以看出无效待机时间占全部时间的比例较大 ， 大约 46 % 的时间为 “离家 ” 无效待机时间 。 如果在 “离家 ” 时间段切断非必要的家用电器电源 ， 可以大大减少无效待机耗电 。6 设置家庭电源总控开关如果在住宅内设置家庭电源总控开关 ， 主人离家时通过总控开关切断除冰箱以外的户内电源 ， 就可以减少无效待机耗电 。家庭电源总控开关的作用类似于酒店节电开关 ，但又不完全一样 ， 家庭节电模式不宜照搬酒店节电模式的设计 。 酒店节电开关一般为插卡式 ， 显然不方便住宅使用 。 住宅节电模式应由用户自主选择是否操作 ， 且不影响家庭用电的正常使用 。 家庭电源总控开关

21、的操作应该是最简洁 、 不需要记忆 、 不存在操作危险的 。家庭电源总控开关的操作宜有明显的动作反馈指示 ， 宜采用按键式 ， 如图 8 所示 。 家庭电源总控开关11442http: / www. jzdq. net. cn表 4 家庭电器待机耗电计算Tab. 4 Calculation of standby power consumption ofhousehold appliances设备名称待机耗电功率/ W每天 （11 h）待机耗电量/ kWh250 天待机耗电量/ kWh笔记本电脑 10 0. 11 28电视机 12 0. 132 33DVD 机 6 0. 066 17空调 8 0

22、. 088 22洗衣机 2 0. 022 6调制解调器 + 无线路由器 13 0. 143 36电饮水机 0. 22 55其它电器 5 0. 055 14合计 56 0. 836 211应与家庭配电箱配合使用 ， 冰箱等不能断电电器应由单独回路供电 ， 详细设计本文不作叙述 。7 采用住宅节电开关模式节电效果分析以 2 口之家为例 ， 对采用家庭电源总控开关的效果作一分析 、 预测 。 假设家中主要电器有 ： 1 台电视机 、 1 台笔记本电脑 、 1 台 DVD 机 、 2 台壁挂式空调（待机耗电功率 4 W / 台 ）、 1 台调制解调器 、 1 台无线路由器 、 1 台电饮水机 、 1

23、台洗衣机 。 待机耗电情况分析排除节假日 ， 因为节假日期间电器使用时间难以预测 。 以下待机耗电情况只考虑工作日的 “离家 ”状态 ， 工作日天数按 250 天计算 。 空调的使用时间按50 天考虑 （假设非空调使用季节彻底关闭电源 ），“离家 ” 状态时间按 11 h 考虑 。 依据以上假定条件 ，工作日 “离家 ” 状态电器待机耗电计算见表 4。由表 4 可以看出 ， 一个 2 口之家 “离家 ” 状态一年的耗电量为 211kWh， 似乎耗电量并不是很大 。 但是 ，它是白白浪费的能源 ， 是毫无意义的消耗 。 如果以200 万户家庭计算 ， 一年此部分耗电量达 4. 2 亿 kWh。如

24、果在住宅设计中设置家庭电源总控开关并得到有效的利用 ， 对于减少家庭电器待机耗电量将发挥很大的作用 。8 结语随着家用电器的普及化 、 智能化 、 网络化 ， 其待机耗电问题会越来越严重 ， 应引起更多的关注 。 笔者认为 ， 降低家用电器待机损耗可采取以下措施 ：a. 降低家用电器开关电源 、 控制电路的待机损耗 ， 实施类似于美国 “能源之星 ” （Energy Star） 的计划 ， 建立 、 完善我国的待机功率监管体系 。b. 家用电器开关型式的设计应尽量保留机械开关 ， 或采用机械开关 + 电子开关组合型式 ， 为使用者提供可彻底关断电源的可能 。 对 DVD 机 、 音响 、 洗衣

25、机 、 微波炉这些短时使用的电器 ， 使用者在长时间不使用的情况下可自主选择是否完全关断电源 。c. 在住宅电气设计中 ， 尽量采用带电源开关的插座 ， 当家用电器本体没有机械开关时 ， 可通过关断电源插座开关的方法来彻底切断电源 。d. 在住宅电气设计中考虑设置电源总控开关 。当主人离家时 ， 通过电源总控开关切断户内非使用电源 ， 有效减少待机耗电量 ， 提高家庭用电安全性 。对于 a、 b 项措施 ， 只能依靠国家技术法规及相关行业协会的技术标准来实现 ； 对于 c、 d 项措施 ， 可以通过住宅电气的设计者和用户的共同努力来实现 。1 王康 上海地区家用电器待机能耗的研究和对策 J. 供 用 电 ， 2007，24 （2）： 1 - 4.2 张友军 ， 等 电器待机功率损耗及其对策技术的研究 J. 苏州大学学报（工科版 ）， 2006， 26 （1）： 52 - 56.2012 - 10 - 10 来稿2013 - 01 - 08 修回电 气 节 能家用电器待机耗电分析与家庭节电模式探讨 （李毅）11543