»Wirkungsgrad« in der EDV?

Was die Lärmbelästigung im PC mit dem Stromverbrauch zu tun hat

Stefan Fassbinder

Ein neuer Zufallsfund

Gesucht wurde:

Der geräuschlose Wohnzimmer-PC

Gefunden wurde:

Ein Energiefresser, der Energie verschwendet, weil er zu wenig Kupfer und Aluminium enthält

Dieses nagelneue PC-Netzteil

verspricht 60% weniger Lärm!

für 39,95 €

Na ja, 60% weniger Lärm

ist ja schon mal ein Wort!

Mehr als nur ein Wort allerdingsauch wieder nicht …

… solange hierbei die Frage offen bleibt:

Weniger als was denn nun?

So ging das nicht!

Das war ein Schlag ins Wasser.

Verlustwärme kann man

• entweder wegblasen

• oder vermeiden!

Etwas Anderes musste also her:

Ein lüfterloses Netzteil (für 79,50 €) arbeitet vollkommen geräuschlos!

Wie wird die Reduktion des Geräuschpegels erreicht?

Durch Verbesserung der passiven Kühlung oder durch Senkung des Kühlbedarfs, sprich der Verluste?

Durch Verbesserung der passiven Kühlung und durch Senkung der Verluste:• Erhebliche Oberflächen-Vergrößerung der

Aluminium-Kühlkörper• Erhebliche Querschnitts-Vergrößerung der

Kupfer-Wicklungen

Senkung der Verluste

0W

20W

40W

60W

80W

100W

120W

140W

00:00min 05:00min 10:00min

P →

t →

Hochfahren eines PCmit anschließendem Leerlauf

Original-Netzteil Antec True 380 SP

Lüfterloses Netzteil FSP ZEN (2009)

Wie senkt man denn die Verluste?

Konventionell Lüfterlos

420W 300W

Mehr Stoff muss hinein!

Die tatsächliche Leistungs-Aufnahme eines Büro-PC (Baujahr ≈ 2002) betrug:

• 80 W im Leerlauf(und Briefe schreiben sowie Excel Tabellen erstellen ist Leerlauf für einen PC!),

• 145 W Spitzenleistung(hier aufgetreten während einer Internet-Recherche),

wofür das gewöhnliche PC-Netzteil natürlich stark überdimensioniert ist!

Daher kann das 300-W-Modell ganz leicht eine Type mit 380 W oder 420 W ersetzen

Das dämpft den Material-Mehrbedarf

Nennleistung 380W 300WGewicht 1995g 2223g

Material-Intensität 5,250g/W 7,410g/WFaktor 100% 141%

FSP ZEN mit Aktiv-

PFC, lüfterlos

PC-Netzteile-Vergleich

Antec True 380

SP mit Aktiv-PFC

Wer hilft uns? Wer sollte sonst nochein Interesse an diesem Thema haben?

Hier die Antwort der Kollegen von

www.aluinfo.de

auf eine entsprechende Anfrage:

Herkömmliches PC-Netzteil, 420 W

PC-Netzteil LC4620, S/N: 7J090402Nennleistung 420 W

30,0 A 28,0 A 14,0 A AusgangP 3,3 V 5,0 V 12,0 V P P /P N η

4,4 W 0,0 A 0,0 A 0,0 A 0,0 W 0,0% 0,0%13,5 W 0,0 A 0,0 A 0,0 A 0,0 W 0,0% 0,0%64,0 W 0,0 A 0,0 A 3,3 A 40,1 W 9,5% 62,6%71,0 W 17,5 A 0,0 A 0,0 A 57,8 W 13,8% 81,3%

109,0 W 0,0 A 0,0 A 6,7 A 80,2 W 19,1% 73,5%148,0 W 0,0 A 0,0 A 9,4 A 113,2 W 26,9% 76,5%161,0 W 0,0 A 25,0 A 0,0 A 125,0 W 29,8% 77,6%286,0 W 0,0 A 0,0 A 18,8 A 226,0 W 53,8% 79,0%307,0 W 28,5 A 24,0 A 0,0 A 214,1 W 51,0% 69,7%450,0 W 28,5 A 25,0 A 7,0 A 303,1 W 72,2% 67,3%740,0 W Ausfall des Netzgeräts nach ≈2 s mit <20% Überlast

Eingang

Herkömmliches PC-Netzteil, 300 W (?)

PC-Netzteil T.I.P. 300 ATXNennleistung: 3,3 V *14 A + 5 V * 20 A + 12 V * 6 A = 218W

14,0 A 20,0 A 6,0 A AusgangP 3,3 V 5,0 V 12,0 V P P /P N η

0,0 W 0,0 A 0,0 A 0,0 A 0,0 W 0,0% 0,0%3,1 W 0,0 A 0,0 A 0,0 A 0,0 W 0,0% 0,0%

21,4 W 0,0 A 0,0 A 0,5 A 6,1 W 2,8% 28,6%43,3 W 0,0 A 2,2 A 0,9 A 21,7 W 9,9% 50,0%56,8 W 0,0 A 0,0 A 3,2 A 38,9 W 17,8% 68,5%70,0 W 0,0 A 0,0 A 4,3 A 51,4 W 23,5% 73,4%97,0 W 0,0 A 5,0 A 3,4 A 66,1 W 30,3% 68,1%

122,0 W 0,0 A 5,0 A 5,2 A 87,2 W 40,0% 71,5%148,0 W 5,8 A 5,0 A 5,2 A 106,0 W 48,6% 71,6%181,0 W 5,8 A 9,5 A 5,2 A 129,0 W 59,1% 71,3%226,0 W 14,0 A 9,5 A 5,3 A 157,4 W 72,1% 69,7%

Abschaltung – keine weiteren Messungen möglich

Eingang

PC-Netzteil Antec True 380 SPNennleistung 380 W

28,0 A 35,0 A 18,0 A AusgangP 3,3 V 5,0 V 12,0 V P P /P N η

4,4 W 0,0 A 0,0 A 0,0 A 0,0 W 0,0% 0,0%28,3 W 2,2 A 0,0 A 0,0 A 7,1 W 1,9% 25,1%64,8 W 2,5 A 0,0 A 0,9 A 19,1 W 5,0% 29,4%90,0 W 2,5 A 4,0 A 0,9 A 39,1 W 10,3% 43,4%

109,0 W 6,1 A 4,4 A 0,9 A 53,3 W 14,0% 48,9%148,0 W 6,1 A 4,6 A 3,3 A 82,6 W 21,7% 55,8%174,0 W 5,6 A 9,3 A 3,3 A 105,0 W 27,6% 60,3%282,0 W 27,0 A 9,3 A 3,4 A 176,2 W 46,4% 62,5%381,0 W 27,0 A 17,0 A 6,7 A 254,5 W 67,0% 66,8%463,0 W 27,0 A 17,0 A 12,9 A 328,9 W 86,6% 71,0%561,0 W 27,0 A 17,0 A 19,0 A 402,1 W 105,8% 71,7%

Eingang

Herkömmliches PC-Netzteil, 380 W

LüfterlosesPC-Netzteil, 300 W

Angegebener Wirkungsgrad:

89% (bei voller Last)

Welchen »Wirkungsgrad« hat ein PC?Jedenfalls einen viel besseren als früher

Uralt-XT: Neuester Rechner:f = 4,7 MHz f = 4,7 GHzPel ≈ 40 W Pel <<400 W

Das sieht aus wie eine Verbesserung desWirkungsgrades um einen Faktor >> 100!Mit ähnlichen Werten für• Speicherbausteine,• Festplatten,• Grafikkartenkommt man auf Verbesserungs-Faktoren um 106!

Wohin führt die Reise noch?

Eine Grenze ist erst erreicht, wenn für ein Datenbit nur noch ein Elektron bewegt werden muss.

Bislang sind es aber immer noch10.000 bis 100.000 Elektronen,die für den kleinsten vorkommenden »Elementarvorgang« der EDV bemüht werden müssen.

Das theoretische Potenzial

• bei der Verkleinerung der Bauteile,

• bei der Beschleunigung der Prozesse,

• bei der Reduktion des Energie-Bedarfs

liegt also noch bei einem Faktor von 104 … 105!

In der Entwicklung der Rechenleistung liegt der größte Teil des Weges hinter uns

• Die Zuse Z1 hatte die Ausmaße einer Elektrolokomotive…

• …und auch deren Stromverbrauch…

• …und das bei der Rechenleistung eines Scheckkartenrechners, den man heute als Werbegeschenk bekommt und mit 2 cm² Solarzellen oder ein Jahr lang mit einer Knopfzelle betreiben kann!

Doch der Fortschritt bei den Prozessoren hält noch an:

PC Baujahr Aufgerüstet2005 2011

Prozessor 2,6 GHz, 2*2,7 GHz,

Speicher 512 MB, 4 GB, 400 MHz 1,6 GHz

Leerlauf 59 W 45 W

Jeweils am selben lüfterlosen Netzteil

Nur: Was hilft es,

wenn man alles Erdenkliche unternimmt, um z. B. in einen modernen Dieselmotor alle verfügbaren Energiespar-Maßnahmen einzubauen, und dann ein Getriebe mit 30% Verlusten dahinter setzt?

Beim Auto undenkbar –beim PC gängige Praxis!

Denn das Netzteil ist nicht viel mehr als ein »Getriebe« für Strom.

Eine offene Frage ist auch,

warum Laptop-Netzteile ganz selbstverständlich ohne jede aktive Kühlung ebenso wie ohne Kühlrippen auskommen – selbst bei ganz

beachtlichen Nennleistungen?

Berechnung der Stromkosten für einen PC (Baujahr 2005)vor und nach Austausch des konventionellen gegen ein

lüfterloses NetzteilKonventionelles Netzteil mit Lüfter

Lüfterloses Netzteil Ersparnis

Ausgangswerte P S Q P S Q

Volllast 100 h/a 135,5 W 138,9 VA 51,4 var 113,0 W 123,2 VA 67,0 varLeerlauf 3000 h/a 82,0 W 87,1 VA 29,3 var 59,2 W 70,5 VA 38,1 var»aus« 5660 h/a 6,3 W 24,5 VA 23,6 var 2,0 W 24,1 VA 24,0 var

Netzteil 39,95 € 79,50 €Strom 14,0 c/kWh

Verbrauch 294,91 kWh/a 200,36 kWh/aStromkosten 41,29 €/a 28,05 €/aAmortisationszeit 2,99 a

Preis

Mehr Rechenleistung kostet alsomehr Geld – die Geräuschfreiheit nicht!

Die eingesparten Verluste amortisieren den Mehrpreis nach 3 Jahren!

Warum bieten eigentlich tragbare Rechner die gleiche Rechenleistung mit viel weniger Strom?

Dieser Notebook-PCist mit einem eingebauten Akku von55 Wh und einem Zusatz-Akku von95 Wh ausgestattet und läuft damit13 Stunden lang! Das entspricht etwa 12 W Netto-DC-Bedarf!

Voraussetzungen:

• WLAN aus,

• kein UMTS-Gerät,

• keine »Ballerspiele«,

• mäßige Bildschirm-Helligkeit.

Wobei beim Laptop bemerkenswert ist,

• dass der Bildschirm schon inbegriffen ist

• und der ganze PC weniger verbraucht…

… als ein Flachmonitorfür sich allein schon zu sich nimmt!

So bleibt am Ende eine Frage im Raum:

Warum kann man diese Technik nicht in einen Desktop-PC einbauen?

Energie ist wohl immer noch viel zu billig:

Die Verfügbarkeit von Strom aus dem Akkumulator ist ein Grund zum Sparen – der Strompreis offenbar nicht.

Mehr:

www.technologieforumkupfer.de/anwendungen/e-energie/strom/edv