Ile prądu zużywa inteligentny dom?

Instalując kolejne elementy „Smart Home„, prędzej czy później musimy (powinniśmy) zadać sobie pytanie „Ile kosztuje utrzymanie tego wszystkiego?„. Oczywiście nie zawsze koszty są najważniejsze, liczy się wygoda, ale dobrze byłoby mieć chociaż świadomość, jakie jest zużycie prądu oraz gdzie można, a gdzie warto je optymalizować. Dzisiaj sprawdzimy, jaki jest pobór energii przez różne, popularne urządzenia należące do kategorii „inteligentny dom”, choć nie tylko.

Wolty, ampery, kilowaty, kilowatogodziny, złote

Zapewne dla większości czytelników bloga ten fragment wpisu będzie zupełnie bezużyteczny. Istnieje jednak spora grupa osób, która nie do końca rozumie jednostki i zależności między nimi. Często w różnych vlogach można usłyszeć o zużyciu prądu w kW, co jest pewnie zwykłym przejęzyczeniem, aczkolwiek dość powszechnym. Pozwolę sobie więc napisać kilka słów wyjaśnienia – za co płacimy.

Poza opłatami stałymi, co oczywiste, nasz rachunek za prąd zawiera różne opłaty zależne od zużycia prądu. Analizowałem to pod koniec zeszłego roku i według tamtych obliczeń ustaliliśmy, że jedna kilowatogodzina kosztuje mnie 67 groszy. Obecny koszt to 69 groszy brutto, bez uwzględnienia opłaty mocowej która nie przelicza się wprost na kilowatogodziny. Powoduje ona jednak, że im więcej zużywamy prądu, tym większy koszt ponosimy ze względu na opłaty stałe. Pominiemy ją jednak w naszych obecnych rozważaniach.

Wiemy już, że płacimy za każdą kilowatogodzinę. Tak, kWh to jednostka energii, bo zużywamy przecież energię. Urządzenie pracujące z mocą 1000W (1kW) zużywa w ciągu godziny właśnie 1kWh. Czyli gdybyśmy mieli czajnik o mocy 2000W i grzałby on wodę na okrągło przez pół godziny, to zużyłby 1kWh.

Ale przecież prąd mierzymy w amperach, jak się ma to do mocy? Tak w amperach podajemy natężenie prądu. To jest ta wartość, którą bierzemy pod uwagę określając jaki przekrój powinny mieć przewody do różnych zastosowań. I właśnie natężenie prądu, przemnożone przez napięcie, które liczymy w Woltach (V) daje ma w wyniku moc liczoną w Watach.

Jeżeli mamy więc na przykład grzałkę 10A, działającą przy napięciu 230V, to powinna ona pracować z mocą 2300W i zużyć w ciągu godziny ciągłej pracy 2,3kWh energii. Jeżeli mamy Raspberry Pi, pobierające 0,7A prądu o napięciu 5V, to pracuje ono z mocą 3,5W, czyli w ciągu godziny zużyje 3,5Wh (0,0035kWh). W ciągu miesiąca da to około 2,5kWh. Możnaby przyjąć, że przełoży się to na 2,5*0,69zł, czyli 1,73zł miesięcznie, ale tak naprawdę nieco więcej, bo powinniśmy jeszcze wziąć pod uwagę sprawność zasilacza, który przekształca napięcie zmienne 230V na napięcie stałe 5V. Na razie jednak zostawmy te rozważania. Wiemy już dość dużo, żeby liczyć zużycie energii, niezależnie od tego z jakim napięciem pracują urządzenia. Zapamiętajmy, że jeżeli mamy moc liczoną w watach, to nie interesują nas ani wolty ani ampery, przynajmniej w kontekście kosztów i przy pewnych uproszczeniach.

Ładowarki USB

Właściwie ktoś mógłby zarzucić, że to już któryś akapit, a my nadal jesteśmy dość daleko od tematu „inteligentnego domu„. Smartfony są jednak integralną częścią tych ekosystemów, a poza tym tzw. ładowarki USB, to tak naprawdę nie są żadne ładowarki, tylko zasilacze ze złączem USB w którejś z jego odmian. Kiedyś mógłbym dodać jeszcze, że dające napięcie 5V, ale przez powszechność różnych standardów typu Quick Charge czy Power Delivery to już nie jest prawdą.

Dawno temu popularna była dyskusja, czy ładowarka do telefonu pozostawiona w gniazdku bez podłączonego urządzenia zużywa prąd, nie zużywa, czy zużywa pomijalną jego ilość. Konkluzja była zwykle taka, że nie ma sensu jej wyciągać z gniazdka, bo to praktycznie nic nie kosztuje. Ponieważ jestem nieufnym praktykiem, postanowiłem to sprawdzić samodzielnie, w dzisiejszych realiach.

Nie powiem, żeby pomiar zużycia prądu 230V przy małych wartościach był dla mnie prosty. Nie mam specjalistycznych narzędzi, a mierzenie natężenia prądu w A z użyciem popularnych mierników uniwersalnych mija się z celem – za duża zmienność i skoki napięcia w sieci. Przyjąłem więc inną strategię i postanowiłem zaufać prostym miernikom dedykowanym takim pomiarom. Niestety szybko odkryłem, że urządzenie, które posiadam nie nadaje się do mierzenia małych mocy, ponieważ dla wartości poniżej 0,5W pokazuje po prostu 0. Postanowiłem jednak kupić coś dokładniejszego i trafiłem na model GT-PM-07FR, który pokazuje obciążenia od 0,05W. Oczywiście zdaję sobie sprawę, że to nie jest profesjonalny miernik, natomiast jest w pełni wystarczający, żeby pokazać kilkukrotne lub większe różnice w zużyciu energii przez różne urządzenia.

Po tej dygresji na temat metody pomiaru, możemy bez dalszego przedłużania, przejść do wyników pomiarów. Dla lepszego zobrazowania sytuacji i przełożenia jej na pieniądze, poza kolumną z poborem prądu, umieściłem także roczne zużycie i roczny koszt przy obecnych cenach.

Urządzenie	Praca jałowa (W)	Roczne zużycie (Wh)	Roczny koszt (zł)
Samsung ETA0U10eBE	0,1	876	0,60
Samsung ep-TA50EWE	< 0,05	< 438	< 0,30
Sony EP880	< 0,05	< 438	< 0,30
Xiaomi CYSK10	< 0,05	< 438	< 0,30
Blitzwolf BW-PL5	0,21	1840	1,27
Blitzwolf BW-PL4	< 0,05	< 438	< 0,30
Blitzwolf BW-S16	0,2	1752	1,21
Blitzwolf BW-S5	0,07	613	0,42
Blitzwolf BW-S6	0,15	1314	0,91
Baseus BS-E915	0,22	1927	1,33
Wiko ud36a50100	0,09	788	0,54
Wiko uc35a50070	0,06	525	0,36
Ładowarka indukcyjna Oral-B	0,22	1927	1,33

Interpretację wyników pozostawiam do indywidualnej oceny czytelników, natomiast jasno widać, że nawet kilka sprawnych, współczesnych zasilaczy nie powinno nam wygenerować kosztu większego niż kilka złotych rocznie.

Przy okazji można sobie zakodować w głowie prosty wzór na obliczenie rocznego kosztu prądu przez urządzenie o znanej mocy. Precyzyjniej – o znanej średniej mocy urządzenia, bo na przykład lodówka nie pracuje ciągle, a do tego bardzo rzadko z mocą podaną na tabliczce znamionowej. Dla uproszczenia można przyjąć, że jak weźmiemy moc urządzeniach w watach i przemnożymy przez 6 to otrzymamy roczny koszt utrzymania w złotych. Dlaczego? Bo 0,69zł za kWh pomnożone przez 24 godziny w dobie i 365 dni w roku i podzielone przez 1000 watów w kilowatogodzinie daje współczynnik 6,0444. Czyli urządzenie zużywające 0,1W kosztuje nas rocznie 60 groszy, 1W – 6zł, 10W – 60zł rocznie.

Zużycie energii przez Smart Home

Przejdźmy w końcu do popularnych urządzeń automatyki domowej. Na pierwszy ogień pójdzie oczyszczacz powietrza Xiaomi Mi Air Purifier 3C. W stanie czuwania, skonfigurowany z wi-fi, pobiera 1,3W (7,86zł rocznie). Na minimalnych obrotach pracuje z mocą 2,1W, a w trybie „wichura” mamy już 28W.

Dość popularne w inteligentnych domach są głośniki od Google. Są to urządzenia współpracujące z siecią wi-fi i nasłuchujące cały czas. Google Home Mini nie pytany o nic zużywa 1,4W (8,40zł rocznie), a większy jego większy brat, czyli Google Home, z oryginalnym zasilaczem – już 2,1W (12,60zł rocznie).

Wiele osób zastanawia się, jaka jest najlepsza metoda sterowania oświetleniem – inteligentne żarówki, smart włączniki czy automatyka na bazie sterowników dopuszkowych. Kolejnym wyborem jest rodzaj komunikacji bezprzewodowej – wi-fi, ZigBee, starszy standard oparty o częstotliwość 433Mhz, czy może coś zupełnie innego. Przyjrzyjmy się na początek popularnej „żarówce LED” Xiaomi YLDP06YL, oferującej całą gamę kolorów i sterowaną przez wi-fi. Przy pełnej jasności białego światła pobiera ona 10,1W, ale dla nas ważniejszy jest pobór energii w stanie czuwania. Tutaj niestety mamy 1W (6zł rocznie). Niby nie tak dużo, jeżeli mamy jedno takie źródło światła. Gdybym jednak z jakiegoś powodu postradał zmysły i postanowił wymienić wszystkie LEDy w domu na Xiaomi, to płaciłbym 408zł rocznie. Niby przejaskrawiony przykład, ale z drugiej strony to około 25% rocznych kosztów ogrzewania domu, a porównujemy to z samym czuwaniem oświetlenia.

Czy jednak wszystkie urządzenia Wi-Fi zużywają tyle prądu? Weźmy dopuszkowy przełącznik Moes MS-104B. Warto zaznaczyć, że pomiary zużycia prądu w stanie czuwania powinno się robić przy wyłączonych przekaźnikach, bo załączone zużywają jeszcze więcej prądu. Moes MS-104B w stanie czuwania pobiera 0,9W mocy (5,40zł rocznie), natomiast z załączonym jednym przekaźnikiem już 2,2W.

Dla porównania weźmy coś analogicznego z obozu ZigBee – QS-Zigbee-S04-2C-LN. W stanie czuwania zużywa tylko 0,2W (1,20zł rocznie), natomiast z załączonymi dwoma przekaźnikami załączonymi – 1,4W.

A co z „inteligentnymi gniazdkami”? Blitzwolf BW-SHP13, działający na ZigBee w stanie czuwania pobiera 0,25W (1,50zł rocznie), a w stanie załączonym 0,7W.

A co ze starymi, dobrymi, prostymi urządzeniami, pracującymi w paśmie 433Mhz? Sprawdziłem dwa odbiorniki z rodziny Conrad RSL – RSW882R-B oraz RSW8830R. Każdy z nich ogranicza się do 0,4W (2,40zł rocznie).

A czy urządzenie Wi-Fi może być energooszczędne? Opisywane wcześniej Avatto S08 z dobrym zasilaczem USB pobiera tylko 0,1W (0,60zł rocznie). Natomiast moduł NodeMCU z odbiornikiem 433MHz i barometrem zużywa 0,75W (4,50zł rocznie), a D1 mini wysyłający testowe komunikaty przez MQTT – 0,6W (3,60zł rocznie).

Urządzenia „bez N”

A czy trafiłem na coś, co zużywa naprawdę mało prądu? Tak, ale zanim do tego przejdę, warto powiedzieć kilka słów o naszych instalacjach. W wielu miejscach możecie się zetknąć z informacjami o włącznikach „z N” i „bez N” lub „bez przewodu neutralnego”. O co w tym chodzi?

Aby to wyjaśnić trzeba się cofnąć trochę w czasie. Kiedyś instalację elektryczną w domach tworzono w oparciu o tzw. system puszkowy – przewody szły w przewidywalnych miejscach, zakręcały pod kątem prostym, a pod sufitem ukryte były puszki – zwykle znajdowaliśmy jedną dokładnie nad włącznikiem światła. Z takiej puszki przewód fazowy był prowadzony do włącznika, a stamtąd wracały kable, które z kolei trafiały do źródła światła. Najważniejszym skutkiem dla osób tworzących instalacje automatyki domowej, jest fakt, że tam gdzie jest zamontowany włącznik, zwykle nie ma zera – przewodu neutralnego. A jak wiemy urządzenia elektryczne do zasilania potrzebują dwóch przewodów – fazy i zera. A nasz inteligentny włącznik jest przecież urządzeniem elektrycznym.

Co można zrobić? Można na przykład zastosować baterię, która będzie odpowiadać za zasilanie na potrzeby funkcji inteligentnych i przełączania przekaźnika. Tylko, że to jest najwyżej przeciętny pomysł, bo wymiana baterii we włącznikach, które są podłączone przewodami do sieci i jeszcze osadzone w puszkach, to jakaś kpina.

Dlatego ktoś wpadł na pomysł i wykorzystał fakt, że urządzenia elektryczne można łączyć też szeregowo. Żarówka, którą podłączymy w miejsce zera dla naszego włącznika łączy go z zerem, więc wszystko się zgadza. Może zabierzemy jej trochę napięcia, ale nie powinno to zrobić wielkiej różnicy w jasności świecenia. Tylko schody zaczynają się, gdy nie chcemy żeby żarówka (czy lampa LED) świeciła, a urządzenie nadal ma działać. Czyli prąd ma nadal płynąć, a żarówka nie ma się żarzyć czy błyskać. Czy jest to możliwe? Okazuje się, że tak, pod warunkiem, że natężenie prądu będzie bardzo małe. Jeżeli będzie trochę większe, a źródło światła bardziej wrażliwe, to nadal można temu zaradzić stosując przy lampie układ z kondensatorem, ale to już trochę komplikuje sytuację.

Włączniki, które ja obecnie testuję to Lonsonho X712A, wersja bez przewodu neutralnego. Brak zera powoduje, że pomiar poboru prądu musi odbyć się w układzie ze źródłem światła. W moim przypadku była to lampa LED Ryet 7W z Ikei. Pomiar mocy miernikiem wykazał, że mój egzemplarz „żarówki” przy 237V i temperaturze pokojowej pobiera dokładnie 7W. Potem podłączyłem ją przez włącznik Lonsonho X712A i sparowałem go z bramką ZigBee. W stanie wyłączonym nie pojawiło się żadne żarzenie ani błyski – idealnie. Pobór prądu wskazywany przez miernik wynosił 0, a to oznacza, że jest on poniżej 0,05W (poniżej 30 groszy rocznie). Po załączeniu, ze świecącą lampą wzrastał do 7,2W.

Czy są jakieś wady tego rozwiązania? Jedną z poważniejszych konsekwencji jest fakt, że X712A nie jest repeaterem ZigBee. Więc w przeciwieństwie do większości urządzeń na stałe podłączonych do prądu, nie rozszerza zasięgu sieci. Warto też pamiętać, że mimo wyłączenia światła, w obwodzie zawsze mamy napięcie.

Stałe zużycie prądu przez dom

Mój dom, gdy „nic nie jest włączone”, nikogo nie ma w domu, można by powiedzieć w stanie czuwania używa ponad 250W mocy (1500zł rocznie, 125zł miesięcznie). Całkiem sporo, prawda? Czy tylko te pojedyncze waty z różnych urządzeń w stanie czuwania składają się na to? Oczywiście, że nie. Poza moją automatyką działa przecież całkiem sporo urządzeń – lodówka, monitoring, oświetlenie przed domem, sprzęt RTV, układy podtrzymania napięcia, itp.

I właśnie przy zasilaniu awaryjnym warto się na chwilę zatrzymać. 32W (192zł rocznie) zużywają łącznie 2 zasilacze buforowe (AWZ-200 i AWZ-333), z których jeden ma akumulator 7Ah, a drugi 17Ah, a podłączone są do nich 2 kamery, rejestrator, Raspberry Pi i switch łączący to wszystko.

NAS QNAP, podłączony przez UPS APC Back BX700UI pobiera 42W (252zł rocznie). Warto zaznaczyć, że jeżeli tylko podtrzymujemy zasilanie urządzeń, które wymagają prądu stałego a nie przemiennego, należy rozważać użycie zasilaczy buforowych, a nie UPSów. Jest to znacznie bardziej uzasadnione ekonomicznie, a jednocześnie otrzymujemy bez porównania dłuższe czasy podtrzymania. UPS, nawet bez obciążenia, zużywa całkiem sporo prądu z akumulatora. Mój APC, bez żadnego obciążenia pochłania 13,5W (81zł rocznie), a to przecież mały UPS.

ZigBee czy WiFi?

Czy urządzenia automatyka domowa oparta od ZigBee jest lepsza niż pracująca z Wi-Fi? Moim zdaniem co do zasady tak. Oczywiście nie jest to prawda uniwersalna, bo jak zawsze – to zależy od konkretnego przypadku. Jednak ZigBee zostało zaprojektowane do energooszczędnego działania. Wystarczy zwrócić uwagę, że przeciętne urządzenie ZigBee powinno działać na baterii 2 lata. Nie da się utrzymać połączenia WiFi przez taki czas, nie korzystając z zewnętrznego zasilania. Nie przy zachowaniu tej samej funkcjonalności i bez permanentnego trybu głębokiego uśpienia.

Warto jednak pamiętać, że gdy mówimy o urządzeniach zużywających minimalne ilości energii, wszystko zależy od tego, w jaki sposób napięcie sieciowe 230V jest zamieniane prąd zdatny do zasilania elektroniki. To da się zrobić z bardzo małymi stratami, jak i znacznie większymi. Więc to klasa zasilacza (także wewnętrznego) może wyznaczać, ile tak naprawdę zużyjemy energii. Jednak co do zasady urządzenia ZigBee powinny być bardziej energooszczędne.

Oczywiście ZigBee charakteryzuje się za to dużo mniejszymi prędkościami, które jednak nie są potrzebne w tym wypadku. Bardzo dobrze sprawdza się system repeaterów rozszerzających zasięg. Trzeba też pamiętać, że urządzenia ZigBee nie spowalniają i nie zmniejszają pojemności naszej domowej sieci WiFi, przynajmniej jeżeli nie używamy tych samych kanałów.

Podsumowanie

Absolutnie nie chcę nikogo zniechęcać do budowania rozwiązań inteligentnego domu. Nie warto rezygnować z wygody, jeżeli nas na to stać. Chciałbym natomiast zwrócić uwagę, że czasem warto sprawdzić zużycie energii przez urządzenie i przemnożyć je przez czas i liczbę punktów. Taka chwila refleksji nad kosztami i ekologią. Biorąc pod uwagę, że Lonsonho X712A obsługujący 2 źródła światła zużywa kilkadziesiąt razy mniej energii niż jedna „żarówka WiFi„, moim zdaniem jest się nad czym zastanawiać. Poza tym zawsze warto być świadomym, co się składa na nasze rachunki.