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评估巴西公共体育设施中的用水器具的性能
摘要：
管道系统的性能直接关系到水和能源的消耗。这些系统中的部件故障会导致水的浪费和用户使用的不适。在这项研究中，对在巴西南部乔内维尔市的五座以体育活动为重点的公共建筑中607个用水器具的性能进行了调查。对所有已安装的水管装置的流量和泄漏情况进行了核查。测量的流量值与巴西标准LEED和AQUA环境认证所规定的流量值进行了比较。在夏季和冬季测量了40°plusmn;2℃水温下的淋浴器的流量，以比较不同季节的淋浴器性能。淋浴器的流量在冬季表现出比夏季更差的性能。此外，30.9%的水龙头出现了某种类型的泄漏，77.8%的厕所滴水。在所有用水器具中，71.7%存在某种缺陷。这项研究的结果表明，在乔内维尔市的公共体育设施中安装的水管固定装置的性能存在主要问题，这对于规划建筑物的预防性维护和节水行动非常重要。
关键词：
流量、性能、用水器具、公共建筑、体育设施。
绪论
公共建筑用水占城市用水量的很大一部分，因此，它们有可能在饮用水方面实现可观的节约。与其他部门相比，公共建筑物存在大量漏水且用户不直接负责支付水费。因此，他们通常不太关心避免浪费水。然而，这一部门存在一些障碍，妨碍了提高水效率战略的执行，例如公共预算拨款的限制、公共部门过多且具有特色的官僚作风，以及这类建筑缺乏强制性的用水效率水平。
在采取节约用水战略之前，有必要对建筑物的用水量进行监测，可通过现场数据的收集来完成。这一阶段对于确定哪些用水器具消耗更多的水至关重要，因此有必要在节水策略中确定此类装置的优先级。通过现场数据的收集可以识别出可能会对用户舒适度和安全性产生影响的缺陷，还能检测出哪些用水器具存在饮用水浪费的缺陷。公共部门的过度官僚作风使得对管道固定装置难以进行定期维护，这意味着大量的水浪费。
在巴西东北部累西腓的公立学校进行的一项研究显示，泄漏指数（泄漏的用水器具数量与系统中的用水器具总数相比）高达27.8%。这些学校都没有对管道系统实施预防性维护计划。水的消耗又带来了另一个影响：耗电量，因为处理和分配水需要能源。此外，一些水的终端使用也会消耗电力，例如水的加热。根据Pimentel等的研究，热水器是美国家庭中能耗最大的设备，因此将节水与节能相结合，可以产生有趣的整体效果。除了水的加热技术外，加热水的能耗还取决于个人喜好，如所需的水温和使用持续时间。体育设施用水需求很高，增加了这些建筑物的用电量。
电动淋浴喷头最终成为巴西最常用的淋浴加热系统。尽管淋浴时能源消耗增加，通常与用电高峰期相吻合（尤其是冬季），但有时电动淋浴器比燃气和太阳能热水加热系统更有利。这是因为它们每年一次能源消耗较低，年用水量较低，而且避免了储存和热水分配造成的热损失。
然而，也有必要解决用户淋浴时的舒适度以及环境的影响。本研究发生地（26.3°S，-48.8°W）位于巴西南部的切内维尔市，其特点是夏季炎热，冬季寒冷。因此，有必要在炎热和寒冷的天气提供舒适的水温。
电淋浴的用水量通常较低。然而，为了在这些用水器具中达到更高的温度，有必要降低流量，相反，如果流量增加，温度会急剧下降。因此，当流速较高和/或用户希望温度升高时，电淋浴往往不那么舒适。然而，有强大的电动淋浴喷头能够提供类似于燃气加热系统运行的流速，但对环境的影响、成本和能耗更高。
本文旨在评估在巴西南部乔内维尔市以体育活动为重点的五座公共建筑中安装的所有用水器具（淋浴、水龙头、马桶、小便池和饮水机）的性能。分析的重点是用水器具的性能，评估其流速并检查最终的泄漏和其他缺陷。对流速进行测量，并与巴西标准以及国家和国际认证所确定的要求进行比较。为了评估水加热系统的性能，在夏季和冬季对淋浴器的流速和水温进行了测量。最后，体育馆用户填写了问卷，以便他们能够表达对淋浴性能和舒适度的看法。
方法
研究方法包括分析在巴西南部乔内维尔市用于体育活动的五座公共建筑中安装的所有用水器具的性能。分析是在夏季和冬季进行的，目的是评估水加热系统的性能，最后对建筑使用者抽样填写问卷。
夏季在巴西参观访问了四个体育馆和一个体育场。体育馆通常用于室内足球、排球、篮球和体操等运动，体育场主要用于足球。这些建筑物中安装用水器具的性能分析是在夏季进行的，包括流量、工作温度、泄漏和任何其他已识别缺陷等特征。在冬季，只在同一座建筑物中重复测量淋浴器的流量和温度，并观察其效率可能发生的任何变化。
这项研究对体育设施中安装的淋浴、水龙头、厕所、小便池和饮水机进行了现场数据的收集。通过目视检查验证是否存在泄漏和其他缺陷。水龙头根据其用途（盥洗池、厨房或清洁水龙头）进行分类。在这些用水器具中分析了喷雾类型（线性或开放式）以及是否存在增水器的情况。对自闭式水龙头的流量持续时间进行了验证，以检查其数值是否符合NBR 13713的巴西标准（启动时间在4至10秒之间）。根据巴西标准NBR 15097-1中描述的方法对马桶和小便池识别泄漏。这种方法包括冲刷马桶和小便池，等待至少30分钟后，干燥其内壁，然后用水笔在马桶水位以上或小便池排水孔上方的陶瓷设备上绘制一个圆。水滴的滴流将绘制的圆周抹去，算作泄漏。对马桶（阀门式或水箱式马桶）的冲洗类型和小便池阀门（手动或自动关闭）的启动方式进行验证。
核查饮水机的喷雾剂（线性或分散）。核查淋浴器和水加热系统（燃气或电淋浴器）是否存在泄漏和/或其他类型的缺陷。水龙头、饮水机和淋浴器的流速是在水阀完全打开的情况下进行的，然后用烧杯、秒表和精密秤用重力法进行测量。该方法包括：用烧杯收集水；测量收集水所需的时间；在精密秤上测定水的质量。流量的计算方式如（1）所示。此过程对每个用水器具进行3次测量（包括最大流速和淋浴器的40°2℃的流量）。
其中：流速（L/s）
水的质量（kg）
计时时间（s）
特定水的密度（kg/L）
测定的流量与NBR 5626、NBR 10281、NBR 12483巴西标准以及建筑运营和维护的能源与环境设计领导力认证（LEED）和高环境质量—高品质认证（表 1）。NBR 5626提出的参考值仅用于比较。NBR 10281定义了水龙头的最小流量。NBR 12483规定了电动淋浴器的最小流量。LEED和AQUA认证提供的数值对应于认证审批的最大允许流量。由于这些机构根据可持续发展水平对建筑物进行分类，因此它们建议的数值被视为用户舒适但并不代表过度用水的流量参考。因此，流量高于这些机构所规定的值，可能表明其过度用水。最大流量在水龙头和饮水机上测量，以及自闭式水龙头的工作流量时间。
表 1 巴西标准以及LEED和AQUA认证提出的流量值
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参考资料 |
确定的流量（L/s） |
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淋浴 |
水龙头 |
饮水机 |
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电器 |
燃气 |
盥洗室 |
厨房 |
清洁： 箱体 |
清洁： 花园 |
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NBR 5626 |
0.10 |
0.15 |
0.25 |
0.25 |
0.20 |
0.10 |
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NBR 12483 |
0.05 |
||||||
|
NBR 10281 |
0.04 |
0.04 |
0.05 |
0.05 |
|||
|
LEED |
0.16 |
0.16 |
0.03 |
0.14 |
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AQUA |
0.20 |
0.20 |
0.17 |
||||
在淋浴器中对水加热系统进行了评估，以确定最大可用流量和40°plusmn;2℃的流量。采用这种温度是因为它是通常舒适淋浴的建议值。使用激光瞄准温度计用于测量水温。
每个淋浴的阀门完全打开，以执行电淋浴流速的初始测定，然后在此条件下测量流量和温度。随后，目的是将水温稳定在40°plusmn;2℃，以便在此温度范围内测量流量。建议将所有电淋浴器的开关设置为“冬季”模式（无论是夏季和冬季测量），以获得尽可能多热的温度。
燃气淋浴器的最大流量是在热水阀完全打开，冷水阀关闭时测量的。也测量了从打开淋浴到水达到适当的淋浴温度所需要的时间。温度恒定后测量流量和温度。打开热水阀和冷水阀控制温度，以实现40°plusmn;2°C范围内的测量。然后，当温度在这些限制内稳定的瞬间，测量流量并记录其温度。此外，所有被访问的建筑物室温也使用激光观测温度计进行测量，以便进行比较。
夏季对淋浴进行的测量程序在冬季重新进行。同样，在数据收集日还要测量每栋楼的室温。40°plusmn;2°C的温度测量在夏季和冬季进行，以检查不同季节的温度和流量差异，比较一年中不同季节的淋浴方式。对室温进行检测，分析因外部温度变化而导致的淋浴器性能。同时将冬季测量的淋浴器流量值与NBR 5626、NBR 12483、LEED建筑物的运营维护和AQUAHQE。
最后，每栋楼的用户都填写了调查问卷，询问他们淋浴的条件及其使用频率。对回答问卷的用户样本的选择方法是方便抽样法，这是一种非概率方法，而研究者则选择可访问的参与者来撰写样本。第五号楼没有填写问卷，因为它是体育场，因此用户群体差异较大。对收集的134份调查问卷进行评估。
在进行原地测量、计算和绘制图表之后，向每栋大楼的管理人员提供载有获得数据的具体报告，以便他们了解目前的情况。这些报告是按照建筑管理部门提供的建筑物平面图编写的，创建了一个独特的命名法，以便于识别每个报表的平面图和图表 中每个管道设备，并具体说明观察到的特征。除了问卷中登记的用户的意见外，还指出了用水器具装置最终提出的任何问题。
结果
本研究的第一阶段评估了淋浴器的最大流量和40°plusmn;2°C时的流量；测量是在夏季进行的。同时，还测量了所有其他用水器具的流量。对水龙头、马桶、小便池和饮水机等所有整体数据进行了评估。在第二阶段，在冬季，只有40°plusmn;2°C的温度。
淋浴器的测量结果被重新做了比较，因为在研究建筑中，这是唯一提供热水的用水器具。同时，还填写了调查表。
对所有五栋楼房的607个用水器具进行了评估。图1显示了每栋楼中的管道固定装置的分布情况。五号楼拥有数量最多的用水器具（441个），其次是一号楼和二号楼（各67个）、三号楼（23个）和四号楼（9个）。
淋浴器
共评估了91个淋浴器。在一至四号楼（体育馆）安装了65个电动淋浴器，在五号楼（体育场）安装了26个燃气淋浴器。图2a显示了夏季电淋浴器40°2℃的流量。这个温度下的流量当低于最大值，有两个电动淋浴器的流量低于最低值。在运行的电淋浴中，35.6%没有达到预期温度或被烧毁，因此在图2a中没有做考虑。
在体育馆，有两个电动淋浴器在夏季时停止使用，但在冬季仍旧会运行，以便他们能够在该季节
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