Pc- laitteet ja viihde-elektroniikka
Etusivu Palvelut Ota yhteyttä Linkit Tekniikka

Haukipudas
Ouluseutu
Suomi

<< Takaisin tekniikan aloitussivulle <<

Energiankulutus

Tavotteita

Kuluttaja hyötyy aina energiankulutuksen vähenemisestä riippumatta energian hinnan osatekijöistä. Energiakustannukset koostuvat sähköenergia- ja siirtokustannuksesta, kiinteästä osuudesta sekä energiaveroista. Kiinteä osuus on pieni, joten kulutuksen väheneminen vähentää likimäärin lineaarisesti kustannuksia.

Tietokoneiden tehonkulutus on laskenut edelleen. Näyttöjen ja erityisesti televisioiden tehonkulutus on sen sijaan kasvanut ruutukoon, tarkkuuden ja kasvaneen maksimikirkkauden myötä. Korttitietokoneiden suorituskyky on kasvanut reippaasti, mutta tehonkulutus maltillisesti. Vertailuparin Pi3B+ ja Pi4B, uudemman liukulukulaskuteho on 311 % suurempi kuin vanhemman, mutta tehonkulutus rasituksessa vain 19 % suurempi.

Käyttäjän keinot, laitevalinnan lisäksi, vähentää energiankulutusta, ovat helposti opittavia ja edullisia. Tärkein energiansäästökeinoista on edelleen virran katkaisu, kun laitetta ei käytetä. Omien laitteiden kulutuksen minimointi on luontaista, koska kulut maksetaan itse. Organisaation maksaman kulutuksen minimoiminen unohtuu helpommin.

Energia = teho * aika

Energian SI-yksikkö on joule (J).  Sähkölaitteen energiankulutusta on käytännöllistä käsitellä tehon ja ajan tulona, jolloin yksikkö on wattisekunti (Ws).

J = Ws

Sähkölaskusta tuttu kilowattitunti (kWh) on 3 600 000 joulea.

Laitteiden käyttöajat vaihtelevat laajasti. Siksi energiankulutuksen laskennallinen vuosiarvio (kWh/vuosi) ei ole kovinkaan tärkeä luku. Laitteita on yksinkertaisinta verrata suoraan tehonkulutusten (W) perusteella. Vertailut perustuvat muutamaan "tasaisesti" tehoa kuluttavaan tilaan tai vakio-ohjelman suoritukseen, kuten sammutettu, lepotila tai testiohjelman aiheuttama maksimikuormitus. Kuormitetun tilan kulutus vaikuttaa eniten sähkölaskuun. Toisaalta vähäinen tehonkulutus myös sammutettuna tai vähäisellä kuormituksella on etu.

Yleisiä energiansäästökeinoja

Laite kannattaa kytkeä kokonaan irti sähköverkosta, jos kaukosäätöä tai ajastustoimintoja ei tarvita. Parhaimmat laitteet ottavat sähkötehoa sammutettuna selvästi alle yhden watin, mutta vanhat saattavat kuluttaa kymmeniä watteja. Asian voi selvittää mittaamalla.

Laitteen oma virtakytkin ei välttämättä tee sitä täysin virrattomaksi. Erillinen katkaisimella varustettu verkkojohto on hyvä ratkaisu, jos laitteiden asetukset säilyvät muistissa virrattomana eikä ajastetulle käynnistykselle ole tarvetta. Yksi kytkin koko laitesarjalle lisää käyttömukavuutta.

Moneen yhteyteen sopivia energainsäästökeinoja:

  • Laite sammutetaan, kun sitä ei aktiivisesti käytetä.
  • Sopiva väline haluttuun tehtävään (taustamusiikkiin tv:n sijasta radio, kaiuttimien sijasta kuulokkeet, sähköauton sijasta sähköpyörä).
  • Latauslaite irrotetaan sähköverkosta, kun sillä ei ladata.
  • Sähköverkkokäyttö akkukäytön sijasta.
  • Häiriötekijöiden vaimentaminen tehon noston sijaan (vaimennetaan ympäristön melua äänenvoimakkuden noston sijasta, himmennetään katseluhuone luminanssin lisäämisen sijasta)
  • Langallinen datayhteys langattoman sijaan. Bonuksena vaste paranee, häiriöt vähenevät, siirtonopeus lisääntyy sekä kuvan ja äänen laatu paranevat.

Televisiot

Television tehonkulutus riippuu pääasiassa näytön pinta-alasta, näyttötekniikasta ja luminanssista ("kirkkaudesta"). Luminanssia säädellään usein automaattisesti vallitsevan valaistuksen ja HDR -laitteissa ruudun (frame) suurimman kirkkauden perusteella.

EnergyStar-merkintäohjelma on päättynyt 20.02.2018. Tällä hetkellä energiamerkintöjä ohjeistaa Euroopan Unioni. Tavarantoimittaja varmistaa, ettö televisio on varustettu energiatehokkuusmerkillä, joka kertoo laitteen energiatehokkuusluokan.

Hyväksytyt energiatehokkuusluokat ovat 01.01.2020 lähtien A+++, A++, A+, A, B, C ja D. Luokka A+++ on energiatehokkain. E ja sitä alemman luokan laitteita ei enää myydä.

Mittauksissa otetaan huomioon tärkeimmät tehonkulutuksen säästötekniikat, käytetään katseluun soveltuvia asetuksia ja tavanomaista muuttuvaa videokuvaa. Mittausjärjestely vastannee kotikatselua.

TV-vastaanottimen tehonkulutuksen perusarvo Pbasic on 20 W. Kun virittimiä on vähintään kaksi, lisätään perusarvoon 4 W. Vastaavasti, jos laitteessa on yksi tai useampi kiintolevy, lisätään perusarvoon 4 W. Televisiomonitorin tehonkulutuksen perusarvo on 15 W.

Perusarvoon lisätään 4.3224 W jokaista näytön neliödesimetriä kohti, jolloin saadaan vertailuteho Pref. Television energiatehokkuus EFI on mitatun tehonkulutuksen (P) ja vertailutehon (Pref) osamäärä.

EFI = P/Pref

 Energiatehokkuusluokat muodostuvat EFI-arvojen perusteella.

  Tehonkulutuksen yläraja energiatehokkuusluokittain
  (yksi viritin, ei kiintolevyä)
 Lävistäjä A+++ A++ A+ A B C D
32" 14 23 33 43 60 85 114
37" 18 29 42 55 77 110 147
40" 21 34 48 63 88 126 169
47" 28 45 65 85 119 170 227
50" 32 51 73 95 134 191 254
55" 38 61 88 114 160 228 304
60" 45 72 103 135 189 269 359
65" 52 84 120 157 220 314 419
70" 60 97 139 181 254 362 483
75" 69 110 159 207 290 414 552
80" 78 125 180 235 329 470 626
85" 88 141 203 264 370 529 705
90" 99 158 227 296 414 591 788
95" 110 175 252 329 460 657 876
100" 121 194 279 363 509 727 969

Ohjeistus ei juurikaan rajoita laitteiden suunnittelua, mutta ohjaa kuluttajien valintoja. Tehonkulutusero ääriluokkien A+++ ja D välillä on valtava.

Tietokoneet

Tietokoneen tehonkulutus riippuu pääosin näytöstä, näytönohjaimesta, suorittimesta ja laitteen valmistajan suunnitteluparametreista.

Koti- ja toimistöihin soveltuva, erillisellä näytönohjaimella varustettu pöytäkone käyttää näyttöineen 150-200W tehoa. Pelikäyttöön tarkoitettu tehopc käyttää suurimmillaan noin 500W, josta pääosan ottaa näytönohjain. Tehoa kuluu yli 120W myös silloin, kun ajossa ei ole ohjelmia eikä laite ole virransäästötilassa. Vanhat, vaikkakin käyttökelpoiset pöytäkoneet vievät sammuttettuna, horrostilassa ja valmiustilassa 5-10W.

Pelikäyttöön tarkoitetun näytönohjaimen kulutus rasituksessa on 200 ... 250 W ja työpöytäkäytössä noin 50 W. Jos voi tinkiä pelitehosta, prosessoriin integroidun näytönohjaimen kulutus kannettavassa sisältyy kokonaiskulutukseen 10-20W.

Suorittimien virranhallintaominaisuudet muuttavat suorittimen kellotaajuutta ja käytettävien ytimien määrää suorituskykytarpeiden mukaan. Kun tarve on vähäinen, käyttöjännite alenee, tehonkulutus ja lämmöntuotto pienenevät, tuuletuksen tarve lakkaa ja koneesta tulee lähes äänetön. Mukautuvan kellotaajuuden vuoksi suorituskykyä saadaan tarvittaessa paljon, mutta tehonkulutus kevyessä käytössä on vähäistä.

Kevyen kannettavan suoritin (i5, 8-sarja, 14 nm viivalevys, neljä ydintä, kahdeksan säiettä) toimii lepotilassa noin 1 GHz taajuudella. Suoritin ottaa tehoa alle 2 W ja sen lämpöitila on noin +31°C eli se tuntuu käteen kylmältä. Laite on äänetön.

Täydessä rasituksessa (kaikki ytimet, kaikki säikeet 100 %) kellotaajuus nousee 3.4 GHz:iin. PL2 tehovaihe kestää laitteistovalmistajan asettaman ajan Tau, joka mitatussa laitteessa on 15 sekuntia. Suorittimelle asetettu PL2 tehoraja on 40 W, josta tämä tämä suoritin käyttää 32.4 W. Jakson lopussa suorittimen lämpötila on noin +69°C.

Alun tehopiikkiä seuraa tehovaihe PL1. Kellotaajuus laskee 2.1 GHz:iin ja suorittimen tehonkulutus 14.9 wattiin, joka vastaa suunniteltua jatkuvaa lämmönhaihdutustarvetta (TDP = 15 W). Lämpötila laskee +52°C tienoille. Tällä tehotasolla laite toimii niin kauan, kuin maksimi suorituskykyä tarvitaan.

Suoritin Laite
Vaihe Rasitus Taajuus  Ottoteho Lämpö Ottoteho
Idle 1 % 1.0 GHz 1-2 W +31°C 5.4 W
PL2 100 % 3.4 GHz 32.4 W +69°C 47.8 W
PL1 100 % 2.1 GHz 14.9 W +52°C 28.8 W
Idle 1 % 1.0 GHz 1-2 W +31°C 5.4 W

Kun rasituksen jälkeen palataan lepotilaan, kellotaajuus (1 GHz) ja tehonkulutus (1-2 W) laskevat minimiin välittömästi ja lämpötila (+31°C) muutaman minuutin viiveellä.

Throttling

Käyttöjärjestelmän virranhallinta-asetukset osaavat sammuttaa näytön, kun laitetta ei käytetä. Mitatun kannettavan sähköverkosta otettu teho laskee näytön sammuttua noin 2.8 wattiin. Ennalta säädetyn ajan kuluessa laite siirtyy valmiustilaan, työtilanne säilyy muistissa, mutta muut toiminnat sammuvat. Tehonkulutus on ~0W. Tilanteen jatkuessa ennakoidun ajan muistivedos siirrretään kiintolevylle, eikä laite tarvitse enää sähköä lainkaan. Myös erillisen ulkoisen LCD-näytön tehonkulutus lakkaa, kun virranhallinta-asetukset sammuttavat näytönohjaimelta tulevan signaalin.

Sammuttamalla kannettavan näyttö, mutta estämällä valmiustilaan vaipuminen, saadaan vähällä energialla toimiva palvelin kevyeen käyttöön. Sen tehonkulutus on alle 3 W. Sopivasti valiten laitteen hankintahinta on pieni ja mukana tulee täydelliset hallintavälineet sekä jopa 8 tunnin keskeytymätön virransyöttö ("UPS").

Tavallisessa käytössä hiljaisen koneen kasvava tuuletinmelu paljastaa odottamattomat energian kuluttajat. Käyttöjärjestelmän ajoittaiset virustarkistukset ja selainten ylläpitotoimet nostavat hetkeksi kellotaajuutta ja ääntä. Pysyvä ja voimakas tuulettimen ääni voi merkitä järjestelmävikaa, tukketuneita tuuletintiehyeitä tai haitaketta.

Tabletit ja pientietokoneet

Tabletit, tikkutietokoneet ja pienet piirilevytietokoneet kuluttavat varsin vähän tehoa. Vastapainona on heikohko suorituskyky. Selailuun ne sopivat edelleen.

Android-tabletti ottaa erillisestä laturista 5 .. 6W tehoa käynnistyessään. Laitteessa on neliydinsuoritin ja neliytiminen grafiikkasuoritin. HD-videoiden katselu ja muu selailukäyttö on sujuvaa. Työpöytäkäytössä tabletti kuluttaa noin 1.6W, vaikka käytössä on täydelliset hallintalaitteet ja yhteydet (hiiri, näppäimistö, WLAN) sekä HD-näyttö. Tabletin kuvanlaatu on virheetön. Virransäästötekniikka toimii erinomaisesti. Laite siirtyy lepotilaan valitun ajan kuluttua, jolloin kulutus on noin 0W. Lepotilasta palataan normaaliin työtilaan hetkessä.

Kaksiytimisen USB-tikun suorituskyky sopii selailuun. Graafinen käyttöliittymä toimii sujuvasti. Käynnistyminen ottaa tehoa noin 3.2 W ja työpöytäkäyttö 1.8 W. Virransäästöominaisuuksia ei ole. Näytönohjaimen voi sammuttaa, mutta tehonkulutusta se ei laske. Sammutettuna laite ottaa edelleen tehoa 1.8 W.

Edellisistä poiketen piirilevytietokoneet uudistuvat edelleen. Laitteet sopivat erityistarkoituksiin (tiedostopalvelin, robottiohjelmistojen hallinta, akkukäyttö). Laitteissa on nykyisin neljä ydintä, 1.5 GHz kellotaajuus sekä erinomaiset liitännät (mm. 2 x USB 3.0, 2 x USB 2.0, 2 x HDMI). Työpöytäkäytössä tehoa kuluu 3.4 W ja maksimirasituksessa 7.6 W. Suorituskyky vaatii energiaa ja pelkillä rivoilla jäähdytetty suoritin lämpenee, minkä vuoksi kellotaajuutta täytyy laskea jatkuvassa rasituksessa.

Näytöt

Erillisten näyttöjen tehonkulutus ei ole parantunut merkittävästi kahden viime vuoden aikana. Suuria 27" näyttöjä ja sitä suurempia on tarjolla UHD resoluutioisena. Resoluution kasvaessa kulutus lisääntyy, mutta suhteessa vähemmän kuin pikselimäärä. TN ja IPS näyttöjen tehonkulutuksilla ei vaikuta olevan eroa.

Kuvaruudun Lävistäjä Resoluutio Tyyppi Luku Min Max
18.0-21.9" 1980x1080 TN LCD 27 7.9 W 13.5 W
18.0-21.9" 1980x1080 IPS LCD 17 9.7 W 13.1 W
22.0-25.0" 1980x1080 TN LCD 17  10.5 W 13.5 W
22.0-25.0" 1980x1080 IPS LCD 50 9.7 W 14.9 W
25.1-31.9" 1980x1080 TN LCD 7 12.7 W 16.2 W
25.1-31.9" 1980x1080 IPS LCD 24  11.8 W 16.9 W
25.1-31.9" 3840x2160 TN LCD 26.6 W 26.6 W
25.1-31.9" 3840x2160 IPS LCD 20  16.7 W 34.7 W

Kuvan luminanssi vaikuttaa tehonkulutukseen erityisesti suurilla UHD-näytöillä, jotka tukevat HDR-tiloja. Työpöytäkäytössä suurista kirkkauksista (~1000 cd/m²) ei välttämättä ole hyötyä, mutta haittaa voi olla. Valitsemalla sRGB väriavaruus, 2.2 gamma ja kohtuullinen maksimiluminanssi 150 cd/m², saadaan mukavat olosuhteet pitkäaikaiseen työskentelyyn. Bonuksena tehonkulutus vähenee.

Oheislaitteet

Tavanomaisista oheislaitteista eniten tehoa käyttävät lasertulostimet. A4-kokoinen, 16 sivua minuutissa tulostava mustavalkolaser ottaa lämmetessään 750 W. Tulostettaessa kulutus vaihtelee hetkellisen lämmitystarpeen mukaan 400-750 W välillä. Odotustilassa kulutus on 6 W. A4-kokoinen värilaser käyttää lämmetessään noin 900 W ja tulostettaessa 410 W. Valmiustilassa kuluu 16 W ja lepotilassa 3 W. Mustesuihku tulostaa 10-30 watilla.

USB 2.0 -liitännästä oheislaite saa tavallisesti enimmillään 2.5 W tehoa. Optinen langallinen hiiri tai langallinen näppäimistö käyttävät kumpikin alle 0.5 W. A4-skanneri käyttää 2.5 W. Ulkoinen 500 GT kiintolevy kytkettynä USB-liitäntään käyttää tehoa noin 2 W. Jos kiintolevy kytketään ulkoisen USB-hubin kautta, niin hubin kulutus on 7 W.  Mikäli tietokoneen porteista saatu teho riittää ulkoiselle laitteelle, niin laitteet kannattaa kytkeä suoraan tietokoneen liittimiin ilman teholähteen sisältävää hubia.

Teholähde ("virtalähde", PSU) hukkaa osan energiasta. Tietyn teholähteen hyötysuhde vaihtelee käytetyn tehon mukaan. Teholähteen aktiivitilan keskimääräinen hyötysuhde täytyy olla 86-88 % tai parempi kun teholähteen arvokilven mukainen antoteho on 50 W. Vajaakuormituksella hyötysuhde huononee ja energiaa menee hukkaan suhteellisesti enemmän. Yli 50 wattisten teholähteiden kuormittamattoman tilan kulutus saa olla enintään 0.21-0.3 W riippuen muunnostyypistä (AC/AC tai AC/DC), antojännitteestä sekä antojännitteiden lukumäärästä.

Akkulaturit ottavat sähköverkosta selvästi suuremman energiamäärän, kuin akkua hyödyntävä laite saa käyttöönsä. Hukkaa syntyy virtalähteessä, sähköenergian muuntamisessa akun kemialliseksi energiaksi, akun kemiallisen energian muuntamisessa sähköenergiaksi sekä energian siirroissa ja jännitteen vakavoinnissa. Laite kannattaa kytkeä aina suoraan verkkovirtaan, jos se on mahdollista. 

Erityiskysymyksiä

  • Laitteen todellinen tehonkulutus on ilmoitettava, jos sen energiatehokkuudella edistetään markkinointia.
  • Laitteen asetukset vaikuttavat tehonkulutukseen. Todellinen asetusten vaikutus selviää ainoastaan mittaamalla.
  • Tietokoneiden tehonkulutus on pienentynyt edelleen suorituskyvyn säilyessä ennallaan tai parantuessa.
  • Rikkoutuneen laitteen korvaaminen vähän kuluttavalla kannattaa, mutta ehyen korvaaminen ei. Käyttöiän kulutussäästöt eivät yleensä korvaa uushankinnan hintaa.

22-04-2020

<< Takaisin tekniikan aloitussivulle <<

S-POSTI:  pc.gamut(at)gmail.com PUHELIN  045 - 1298221 WhatsApp