更多建筑科学
当你看到“水加热”这个词的时候，你脑海里的第一个画面是什么?这可能是个热水器水箱。这取决于你的兴趣或你家里有什么，也许是一个即热式或太阳能热水器。对大多数人来说，热水就是用来加热水的设备。然而，热水器是一个系统，而热水器只是一个组成部分。
水加热输入
热水器有两个输入:水和能量。从热水器里出来的热水必须经过一个分配系统，到达各种固定装置——水龙头、淋浴器、洗碗机、等。-使用热水的地方。固定装置有控制装置。还有人，他们是任何热水系统的重要组成部分。
在输入端，水因地而异，因季而异。矿物质含量或水软化化学物质会影响热水器的寿命和维护。供水的温度影响能源的使用。在寒冷的气候中，进入热水器的水比在温暖的气候中被加热的水更冷。进水温度接近某一地区的平均气温，但随管道位置和季节的变化而变化。在冬天，进入热水器的水更冷，需要更多的加热。
能量输入的类型是一个重要的选择。它可以是电、天然气、丙烷、木材、太阳辐射或其他类型。你选择的燃料缩小了热水器的选择范围。在类型中，您可以选择低效率、中效率或高效率。你还可以选择将热水储存在水箱中或按需加热水的型号。我说“可能会选择”，因为即热式热水器并不总是一个选择。例如，你不能按需使用太阳能热水器。
水加热输出
热水器的输出端是被忽略的部分。当你选择燃烧燃料来加热水时，有两种输出:废气和热水。清除废气是一个重要的健康和安全问题。密封燃烧或直接排气热水器是最安全的，但大多数燃气热水器使用自然通风废气烟道，使其成为最有可能将一氧化碳排放到家庭空气中的设备。购买热水器时要仔细考虑。记住，废气是热水器的一部分。选择电热水器避免了废气的问题，并且使用了一种越来越清洁的燃料．
注意热水的分配
对于电热水器和太阳能热水器，唯一的输出是热水。遗憾的是，在大多数家庭中，提供热水的过程存在很大缺陷。今天仍在安装的热水分配系统是基于过时的理念和技术。自从1992年《能源政策法案》降低了不同类型管道装置的水流速率上限后，冷热水管道就变得超大了。结果是等待热水的时间变长，浪费了水和时间。它还浪费能源，因为当水龙头关闭时，它会比使用适当大小的管道滞留更多的热水。加里·克莱因是他让我在这个问题上眼界大开，我鼓励你也这么做阅读他的文章而且观看他的视频．
对于热水分配来说，热水器和固定装置的位置也非常重要。热水的来源和使用地点之间的距离越远，浪费的水和能源就越多。最有效的热水分配系统除了拥有合适尺寸的管道外，还将是运行时间最短的系统。在老式的Rheem热水器广告中的设置(主图)显示了洗衣房热水热水器的有效位置。
当然，方便的问题可以通过再循环泵来解决。一个连续的循环泵将热水保持在每个固定装置附近，将浪费大量的能源。把它放在计时器上，这样它只在高使用时间运行，可以减少额外的能源消耗。按需式再循环系统较好。只需按一个按钮，淋浴几分钟就会变热，不会浪费水和能源。
不了了之并不意味着永远失去
但是等等!有更多的。水加热系统还包括每个装置的排水管。当你加热水时，在淋浴或洗碗时短暂地使用热量，然后让它快乐地进入下水道，你也在把你花钱买的能量送到下水道。有一种聪明的装置可以回收部分热量，这种装置叫做——甚至更聪明——a排水热水器回收系统．它只是一根缠绕在排水管上的铜管，从排水管中吸收热量。冷水流经铜管，在流向热水器的过程中被预热。淋浴是热水装置，可以最好地利用这种节能装置，因为热水流入下水道的时间更长。不过，还是要做好功课。你需要在浴室下面有足够的空间，而且要有足够的淋浴时间，这样才划算。
这就是你在一万米范围内看到的热水。热水器是一个系统，而不仅仅是一个加热水的设备。
_________________________________________________________________________
Allison贝尔斯他是乔治亚州亚特兰大的演说家、作家、建筑科学顾问，也是能源先锋的创始人。他有物理学博士学位能源先锋博客．他也是写一本关于建筑科学的书．你可以在推特上关注他@EnergyVanguard．
每周时事通讯
在您的收件箱中获得建筑科学和能源效率建议，以及特别优惠。
45的评论
有没有人对铜排水回收系统做过生命周期分析，以确定在制造设备本身的能源成本相等之前必须回收多少排水能量?我的意思是开采矿石，把它变成可用的铜，然后在商店里制造实际的设备需要大量的能量，更不用说将它运输到最终目的地了。出于某种原因，我的直觉告诉我，它永远不可能持续足够长的时间来解释所有的能量，但也许我的直觉是错的。
很有趣的问题，卢克。在权衡过程的影响方面，生命周期评估没有得到应有的关注。
好问题。如果你看一下文章中的图片，它显示了一个垂直的管道。从管道流出的热水不会完全充满管道，所以热量传递是最小的。人们最好学会如何控制淋浴的音量来节省热水。减少冷水与热水的混合，使淋浴时间更长，更热，同时节约水和能源。
汤姆，热水不一定要灌满水管。水在这样的排水管中流动的方式主要是通过附着在管道表面。
艾莉森，这就是我要说的。只有一小部分表面积是“湿的”。即使在水平排水管上，水也只覆盖了表面积的一小部分.....更不用说铜线圈之间的接触间距和漏极材料的导电性能。
节约能源的最好办法就是少用。
好文章!
汤姆，这更像是对你第一个猜想的回答，“热水流动……所以热量传递是最小的。”滑铁卢大学有非常令人信服的证据证明这些产品是有效的(最长的型号有超过70%的热回收率):
https://renewability.com/wp-content/uploads/2017/07/UofW-Residential-Series-Report-2011-2.pdf
他们的数据显示，随着管道直径的增加，效果也会随之提高，这对我这个外行来说，可能排水真的像物理学家艾莉森所说的那样附着在管道的两侧。增加管道直径或垂直长度的热交换表面积=增加效率。
你对他们的数据有不同的解读吗?
马特，我看了他们的报告。就现实世界的情况而言，这是相当虚假的。他们使用了一个闭环系统，将系统中的所有空气都抽走了，所以他们的管道完全充满了水，温度也保持不变。当然在这种情况下，热交换器是可以工作的。
任何做“测试”的公司都不会显示产品有多糟糕，而是会尽一切努力证明他们的产品如他们所说的那样有效，因此他们会进行实验。说直径越大越有效根本没有意义，因为你与管道内的水接触面积更小，从而传导面积更小，除非你完全填满管道并保持恒定的温度，就像他们在测试中所做的那样。
如果你相信排水会附着在管子的四面，也许你应该自己做个小实验，把一些水倒进管子里，看看水是如何在管子里流动的。
汤姆，那份报告并没有提供所有的细节，但有一件关键的事情你可能错过了:“让水流入一个小集水池来模拟淋浴。”排水口的水流是靠重力从水池的排水口流出来的。系统的这部分没有加压，是对空气开放的。排水管未填满。
以下是一篇论文，详细解释了这种设置:
https://uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/10035/Manouchehri_Ramin.pdf
我特别推荐你们看看从第35页底部到第40页左右的讨论，以及照片，它们展示了水附着在水面上，就像马特描述的那样。
如果你想独立确认这些东西在现场工作，而不仅仅是在实验室，这里有一份来自实际安装的报告:
https://sustainabletechnologies.ca/app/uploads/2015/06/DWHR_TechBrief_June2015.pdf
汤姆,
我不知道你是这方面的专家。我不是。我还在试图弄清楚我所相信的水在垂直排水管中的行为。谢谢你帮我完善了这个信念。我想你会觉得这个视频很有趣，除非我只是天真地落入了制造商宣传的陷阱:
https://youtu.be/_iwMXxjUBzk
或者这句来自现实世界的房主的话:
https://youtu.be/-Z-CVfbxOP4
如果上面的红外视频还有其他解释，我很想听听。
也许这段摘录和附件中同行评议手稿中的图2也会让你感兴趣:
“DWHR系统的理想性能依赖于在排水管内形成一层降水膜。换句话说，水粘在壁上，以环形薄膜的形式落下，覆盖整个管道的内表面。图2中显示了一个例子，其中摄像机垂直安装在DWHR系统中。下降的薄膜最大限度地扩大了传热面积，同时最大限度地减小了热量必须通过水传递到墙壁的厚度。”
听起来对我来说很有说服力……我想我确实相信水在管道下落时附着在管道的一侧，直到有更好的证据证明相反的观点。
马特，史密斯先生对第二个视频链接的评论是正确的。为什么这个东西没有绝缘是一个很好的问题。正如我提到的，从t型管的入口往管子里倒一些水，你会看到水不会绕着垂直管道的整个表面流动。即使在水平管道上，它通常也不到半满。即便如此你认为一层流动的水薄膜能储存和传递多少能量呢?
有趣的是，在第一个视频链接中，他们展示了一个没有正确安装的热水器。(我知道这只是一个模型，但他们至少应该把它做好)
查理，你真的认为要花179页来解释T进T出吗?你读过结论了吗?或者看看谁从测试中受益。
一如既往，买家要小心，自己做研究。
“你认为一层流动的水薄膜能储存和传递多少能量?”
薄膜将是理想的转移(不确定什么是存储)。最高表面积与体积比。管道满了不利于传输。同样的原因，空气冷却发动机有冷却翼。
泰勒，你说满水管的热水不利于转移....所以我猜所有的水循环加热系统工作不正确，或没有达到标准时，所有的空气被清除。
我不需要像汤姆建议的那样去做(“往管子里倒一些水……水不会绕着垂直管子的整个表面流动”)。当地的儿童博物馆有一个很棒的演示，我想和大家分享一下。今天看到这个，它让我想起了这篇文章的回复讨论。
https://share.icloud.com/photos/051wWJQzjeSqNlw8cXaZKcmHw#Apache_Mall
这个演示/玩具有几段水平的(微微倾斜的)透明管道和两个垂直的水滴，你可以站在那里观察。水平的管道进入垂直的部分是略少于一半的。在拍摄之前，我观察了很长一段时间，并估计在90弯头分流水平管道的流量后，垂直管道内有一层周向下降的水膜，大约12-18英寸。这并不是说这将改变任何人已经下定决心的关于水的存在的想法……永远不会老到在儿童博物馆学习一些东西。所以也许第一(最高)英尺或两英尺有< 100%的管道作为热交换器，但其余部分应该更有可能有一个圆周下降的水膜?
卢克，我不知道这样的分析是否存在，但我也有兴趣看到结果。不过，有一件事会比你说的更好，那就是大约30%的铜是可回收的。尽管如此，对于许多家庭来说，排水管热量回收并不能通过测试，因为他们没有通过排水管获得足够的热水。
我可以看到排水热回收在一些商业或工业应用中是有用的，甚至可能是更大的多户建筑(高层公寓)，但在单户住宅中不值得使用。最好把重点放在效率高的方面，如气密性或更好的空气交换器。
我同意。我以为我已经修改了文章说，但显然我没有。
回收期在2.5年到7年之间
https://www.energy.gov/energysaver/drain-water-heat-recovery
如果是这样的话，绝对值得投资
我比Luke更看好排水热回收。对于一个有电热水器的家庭来说，如果你考虑升级到热泵热水器，或者增加一个排水热回收系统，这两者都需要大量的原材料、制造和运输。排水热回收系统没有节省那么多的能源，但它的重量也只有HPWH的十分之一，所以即使HPWH中的一些材料每单位重量的排放量较低，几乎可以肯定的是，即使你不泄漏任何HFC制冷剂(一种强效温室气体)，HPWH的整个生命周期的排放量也要高得多。
答对了——我任何时候都会推荐DWHR而不是热泵热水器。另外，制造商实际上知道如何建造DWHR, HPWHs的可靠性不稳定。
我想看的一篇相关文章是，如果你目前有一个旧的(A)型热水器，当你的热水器坏了，你需要做些什么来准备切换到(B)型?例如，我有一个自然通风热水器。如果我想切换到高压水轮机，我知道我需要确保地下室有足够的高度，有一个冷凝物排出的地方，足够大的连接风量，理想的是一个240V的插座(尽管我想我想起了一篇关于120V型号的文章?)或者去一个直接排气，我需要一个单独的管道输入或一个更大的洞在墙上的同心管道。也许这是文章的一半内容……但如果有人知道他们在说什么就好了。或者那篇文章存在，只是我没找到?
保罗，这是个好建议。我自己经历了从燃气热水器到高压水热水器的转变，并将其添加到我的写作主题列表中。
上次我放弃了一台热泵热水器，因为很难协调电气工作和管道工作。据我回忆，没有一家公司会同时卖给你一个高压水处理厂，并进行安装，这也不像先让电工来准备区域，然后再找水管工那么简单。我现在正在考虑下次我们需要一个新的电热水器的时候买一个普通的电热水器。我们只有两个人，使用率很低。目前燃气热水器是我们唯一的燃气用具，所以摆脱它意味着摆脱每月的基本燃气费用，这大约是账单的一半。因此，即使我们实际的水加热成本翻倍，我们也会损失同样多的钱(到那时，我估计我们已经有了太阳能电池板)。但与电工和水管工的替换舞蹈可能同样复杂，不知道。
艾琳，我不明白你为什么认为把电工和水管工都弄出来这么复杂。我就是这么做的。最后一点电线是我自己连接到热水器上的。如果你不这样做，你可能会在管道工完成和电工完成最后的布线和启动之间有一个间隙。但是买一个标准的电热水器是一个很好的替代方案。
更换热水器的常规方法(对我们这些不懂机械的人来说——你真的，真的不想让我给你布线或管道，对我丈夫来说更是三倍)是找一家公司卖给你一个热水器和安装，所有的事情都在一天内完成。但如果你从天然气转到电力，那么你就需要两组甚至三组人参与(取决于你从谁那里得到的HPWH)，这一切看起来都非常复杂，不太可能在一天内完成。我希望找到一个管道工，他可以自己与电工协调(我想这是不现实的)，或者至少会说，是的，打电话给XYZ电气，他们为我们做所有这些工作，他们确切地知道该做什么。但如果我们提前计划，我们就不会有那么大的时间压力，而且可以提前安装线路。我们正在考虑请一个电工来做堆积如山的各种小工作(例如，我们有一些地方计划安装灯具，但还没有这样做)，并且可以将热水器安装的准备工作添加到列表中。最后的约会将是唯一的问题，但这大概不会花太多时间。但是西雅图的新商业和多户建筑很快就会需要HPWHs，所以HPWHs应该会有一个更大的市场，如果运气好的话，它们会变得更便宜，更多的机构会准备安装它们。
这真是个好主意。在大多数情况下，除了热泵热水器之外，很难为其他任何东西辩护，所以我将重点放在这一点上。我认为你列出的问题是正确的:
1.电气。上次我们在这里讨论了120-V HPWHs，它们还在绘图板上，但没有。然而，Rheem有一个只需要15-A 240v电路的单元。这可以克服大多数对可用电力容量的担忧，并且很容易运行电线。让电工提前安装电路是有意义的，在预定位置附近的一个盒子里终止。如果从服务容量和接线的角度来看，30a更好，但15a也可以。
2.高度。我发现最短的Rheem是62英寸高，但考虑你需要多少加仑，并检查这个尺寸的高度是有意义的。
3.空气体积。如果你没有足够的，你可以用管道。请看这篇文章://www.slccoatings.com/article/attaching-ducts-heat-pump-water-heater
4.冷凝排水。如果你没有合适的排水管，。一个简单、便宜的冷凝水泵就可以很好地完成这项工作。
所以在这四种方法中，只有布线是你需要提前准备的。我认为剩下的更多的是让自己确信没有问题，这样你就会有信心在压力下做出决定。
但我同意，一篇关于这方面的完整文章是有意义的。
查理，关于120v型号的可用性，我认为你是对的。关于电路的电流容量，这取决于你得到的是哪种型号的高压pwh。我有一个80加仑的型号，需要一个30 a的电路。正如你建议的那样，我让电工为我设置了电路，一个月后在我安装高压水压水机的地方旁边放了一个盒子。他留下了一个灵活的管道鞭子用来布线，在水管工安装热水器后，我自己把它连接起来。
还有一件事:您确实需要输入所需的电路容量，但不必使用它。我已经把我的高压pwh设置为热泵模式，所以它永远不会碰到电阻加热元件。我还没有在我的电路上设置监控，但在热泵模式下电流要低得多。
除了可用性和成本之外，目前HPWH最大的问题是噪音。我的待办事项清单上有这个，直到我听到最近最新一代Rheem机组噪音过大的报告。
特雷弗，我不知道2019年以来推出的车型是什么，但我一直用Rheem 80加仑HPWH，几乎听不到它的声音。它在地下室的机械室里，离我现在坐的地方不远。目前，机械室没有门，所以当它运行时，我确实能听到它的声音，但这远远不是我所说的噪音。等我改造了地下室，给那个房间安了门，我就听不见了。
我们最近安装了一台布拉德福德白色高压水轮机，在听到所有关于高压水轮机噪音的抱怨后，我很惊讶它在运行中没有更大的声音。然而，它位于地下室(不是位于一个安静的卧室旁边，可能会在晚上打扰人们)。这听起来像是一个普通的风扇。我们从来没有听到楼上的声音，尽管它距离开放式楼梯有5英尺远，在房子中心的楼梯顶部有一扇空心门。尽管我们想注意到它在运行，看看它有多大。它比以前的燃油锅炉加热hw组合机组更安静。HPWHs的STC评级不高。但显然比一个简单的电阻热水加热箱更响亮。
你知道HPWH风机能输送多少CFM的空气吗?Martin说1/10吨应该是40 CFM。
看到这张黑白照片，我想起了《机器的秘密生活》(the Secret Life of Machines)一集里我一直很喜欢的一则广告:
https://www.youtube.com/watch?v=PnQ9zkBzbYc&t=920s
艾莉森，这篇文章很棒。很难让消费者理解系统所涉及的复杂性。
我的观点是，优化热水系统最重要的部分是保持所有热水管道运行的距离最小化，通过浴室、厨房水槽和热水器的紧密组合。而不是散布在大楼各处。从工程的角度来看，把所有东西都放在一起比发明、设计、建造和维护一个复杂的热水循环更有意义。至少设计师应该尝试将热水设备放置在同一位置，并尽量减少热水输送时间。或者考虑在更偏远的地方增加热水温度或小水箱。
我设计和建造的房子有两个垂直堆叠的浴室，旁边是热水器和洗衣机-烘干机，厨房水槽和相邻的洗碗机在10英尺长、两层楼高的管道墙的另一边。没有一条热水管距离热水器输出长度超过10英尺。几乎没有等待时间。尽量减少热水的浪费。这并不难设计和建造，一个(或两个)热水系统的位置在家里。这应该是家居设计过程中的一个设计/审查步骤。
在威斯康辛州的麦迪逊，来水水温在10月/ 11月达到峰值，4月/ 5月最低。这不是什么大问题，但如果你试图从加热中减去水加热的能量，就很明显了。
链接到能源之星HPWH清单:
https://www.energystar.gov/products/water_heaters/high_efficiency_electric_storage_water_heaters/considerations
链接到明尼苏达州2015年的HPWH研究。有人知道更寒冷气候的实地研究吗?
https://www.cards.commerce.state.mn.us/CARDS/security/search.do?method=showPoup&documentId=%7bDDE1ED60-6120-4D6B-A272-8B781EDF3B71%7d&documentTitle=277351&documentType=6
排水热回收在多户家庭和商业环境中比在单户家庭中效果更好。排水热回收研究://www.slccoatings.com/app/uploads/2018/11/Dan-C_DWHR-COM_272-1.pdf
我有一个舒适与效率的问题:HPWH将位于客厅和厨房之间。在冬天，客厅比厨房暖和得多，因为客厅里有一个柴炉。HPWH应该从客厅还是厨房吸取空气?如果放在客厅，暖风机的运行效率会更高，但会加剧厨房和客厅的温差。如果在厨房，HPWH的运行效率会降低，但有助于减少δ t。你说呢?
舒适与效率之间的问题没有统一的答案，但我倾向于从厨房里取用，然后倒在客厅里。这会把起居室的空气吸进厨房，所以你将使用的空气将足够温暖，让HPWH工作得很好。
另一种选择是从客厅抽水，然后倒进客厅，通风口之间的距离越远越好。
查理，谢谢你的观点。现在我们再来看看夏天:厨房的降温除湿比客厅更重要，因为厨房电器会散发热量，也因为人们在厨房工作。你现在倾向于哪边?
现在你在诱惑我推荐一个管道怪物，它有所有可能的配置和八个不同的阻尼器，需要每天调整四次以获得最佳性能!
实际上，在你描述的夏天场景中，从厨房里取水并送到客厅，听起来有助于消除厨房空气中的湿度。只要它不太靠近炉子，把油脂滴吸进系统，堵塞东西就行。所以这似乎是全年不错的选择。
有趣,查理。我的猜想正好相反。这就好像你在为一个具有大量冷负荷而不是供应的房间指定HVAC返回。
我的部分想法是客厅的舒适比厨房的舒适更重要，但如果人们在厨房花的时间比客厅多的话。系统中的油脂是一个真正的问题。
如果房间之间有一个很大的开口，那么我的回答多半是“没关系”。
非常好和及时的文章。我是按需式再循环系统的忠实粉丝，在这种系统中，一个按钮或运动传感器启动一个泵，将回火的水从热水管道送回冷水管道(在冷水管道中，专用的回水管道是不合理的)。我曾试图让加拿大的能源效率项目实施这些设备，但没有成功，但我遇到的一个障碍是，政府卫生部门表示，军团菌传播的风险太大了。然而，我知道这些设备在许多美国项目中很常见。谁能给我发一些参考资料来说明风险是什么(例如科学论文)?
此外，直到最近，我从一开始就大量参与了排水热回收装置(CSA B55.1和B55.2)的测试和认证过程。作为一名水管工和一名节能怪才(两者都引以为豪)，我帮助确保测试过程和结果在现实世界中具有实际意义。尽管如此，一个人是否相信从垂直管道排水会影响能量传递(管道永远不会充满，在测试排水管中有充分的空气运动用于通风)真的不重要，因为最终的能量输入和能量输出才是重要的。顺便说一下，CSA B55标准现在包括了水平安装dwr机组的测试程序。
欢呼,
康拉德windblown市
数据显示，有人因为过去“关掉热水器以节约能源”的建议而死亡。在我看来，间歇性再循环系统不应该被推荐，直到很明显它们没有类似的结果。完全有可能，之前加热过的死水最好的地方是下水道。
乔恩，我猜你指的是军团病。你愿意分享这些有启发性的数据吗?为什么正常的氯化处理不能阻止军团病?IIRC，军团菌最初是在空调冷凝水中发现的，而不是饮用水中的氯化水。
来自疾控中心:
“温暖的温度也使得氯等消毒剂难以保持在杀死军团菌等细菌所需的水平。”
请注意，这种说法是在热水浴缸的范围内，热水浴缸的氯浓度远远高于生活用水。所以我们可以推断，氯并不是一种有效的对抗措施(更不用说还有很多人在私人井里根本没有加氯)。
登录或创建一个帐户发表评论。
报名 登录