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节能措施往往侧重于暖通空调和电气装置,但在管道设计方面也有很大的节能机会。虽然节约用水通常不是作为一种能源效率措施提出的,但它的节省超出了水费。当建筑业主节约用水时,他们也避免了相关的抽水和供暖成本。
为了优化管道安装的效率,第一步是设计最小用水量的系统。带有美国环境保护署(EPA) WaterSense标签的管道装置在这方面非常有用,因为它们比联邦基准节水20%或更多。
在为泵送系统和热水器选择电机时,可以获得额外的效率增益。节约用水可以最大限度地减少这些系统的工作量,节能设计可以减少每加仑水的泵送和加热费用。
美国环境保护局只有在管道装置通过独立实验室的测试程序时才批准WaterSense标签。因此,制造商不能自己对产品进行认证和标签,这使得WaterSense计划保持中立。
截至2019年3月,WaterSense标签涵盖八类管道装置:住宅厕所、淋浴头、浴室水龙头、商业厕所、小便池、预冲洗喷雾阀、灌溉控制器和喷雾洒水器。
住宅厕所是节约用水的一个重要机会,因为它们占美国家庭用水量的30%。虽然联邦厕所的基准是每次冲水1.6加仑,但WaterSense厕所每次冲水仅使用1.28加仑。很长时间没有更换的旧厕所的用水量要高得多,每次冲水的用水量高达6加仑。
淋浴喷头也消耗大量的水,占住宅用水量的17%。淋浴喷头的联邦标准是2.5 gpm,但WaterSense产品的最大流量为2.0 gpm。为了配合卫生间和淋浴的升级,带有曝气器的浴室水龙头可以将每个水龙头的用水量从2.2 gpm减少到1.5 gpm。
WaterSense管道装置也可以在商业领域实现显着节省。商用厕所和带有标签的小便池的耗电量分别为1.28 gpf和0.5 gpf,而标准值为1.6 gpf和1.0 gpf。在食品服务应用中,带有WaterSense标签的预冲洗喷雾阀可将用水量从1.6 gpm减少到1.28 gpm。
渗漏的检测和修复对既有建筑的节水十分重要。根据美国环境保护署的数据,美国家庭平均每年因水泄漏而浪费1万加仑。
如前所述,节约用水减少了抽水系统的工作量。然而,如果水泵设计得尽可能高效,则可以实现额外的节省。虽然节约用水减少了泵送的加仑数,但泵的能源效率措施降低了将每加仑送到使用点的成本。
水泵通常是由电动机驱动的,在许多情况下,水泵全天运转。出于这个原因,即使电机效率略有提高,也可以在全年实现显着的节省。NEMA优质效率电机提供业界最高的效率,其评级独立于特定制造商,就像WaterSense标签一样。
由于建筑用水量不断变化,抽水系统的工作量也在不断变化。它们只在用电高峰时段才需要满负荷抽水;例如,在一栋多户住宅中,清晨洗澡和做饭会增加用水量。阀门一直是传统的泵控制解决方案,但当水流过时,它们会造成水力损失;更有效的替代方案是使用变频驱动器来控制叶轮转速并根据需求调整流量。
总而言之,NEMA Premium Efficiency电机与变频驱动器提供了最有效的方式来驱动泵,实现了一个变速泵送系统。足够的电压供应是重要的,以确保电机运行在额定效率;欠压对电机的性能和三相电源的电压不平衡都是不利的。
如前所述,水加热是另一个可以通过节约用水来减少的主要能源消耗。然而,就像水泵的情况一样,如果热水系统设计得尽可能高效,则可以进一步节省成本。
热水器的效率是由能量因子(EF)指定的,它描述了每单位消耗的能量有多少热量传递给水。EF的优点是它不仅考虑了传递给水的热量,还考虑了备用损失和循环损失。依靠化石燃料燃烧或电阻的热水器的EF值总是低于1,但热泵机组的EF值通常高于2。
热水器也可分为瞬时加热器或储水加热器。正如它们的名字所暗示的那样,蓄热式加热器将热水聚集在水箱中,而瞬时加热器在水流过时提高水的温度。由于待机损耗,蓄热式加热器往往效率较低,但当热源不可用时,它们可以继续提供热水。
通常,最低的水加热成本可以实现与热泵或瞬时燃气加热器。当两种选择在成本方面进行比较时,结果可能会因当地的电力和天然气价格而有所不同。然而,热泵不像燃气加热器那样产生局部排放,它们包括一个作为备用的储罐。
当一栋建筑同时配备了热泵和太阳能两种技术时,热泵可以与太阳能实现协同效应。光伏发电系统的价格已经变得非常便宜,但它们的剩余能量输出通常是出口到当地电网,而且许多电力公司不以零售价格计入出口电力。然而,如果有热泵热水器,剩余的太阳能发电可以用来储存热水。即使当太阳能生产过剩时,对热水的需求很低,一个隔热良好的水箱也可以保存热水的温度以供以后使用。