从成为沐浴者和国家的废物，并使其有益于公众
欧洲正处于能源危机之中。有很多事情可以做，但大多数都是缓慢的、昂贵的、痛苦的或完成的不多。但这里有一个小白日梦：
- 我们使用大量能源来为房屋供暖。
- 我们使用大量能源来加热淋浴用水。
- 水中的大部分热量都直接排入了下水道。
- 我们可以通过让水在淋浴器底部停留一段时间来清除热量。
这是快速、免费和简单的。但这很重要吗？我被“每一点都有帮助”这个短语所触发，它以某种方式设法将重言式转变为隐含的放弃理性的呼吁。知道这是否重要的唯一方法是进行算术运算。
所以我决定去做。我专注于英国，因为相当多的英国人阅读了这个博客，而且有很好的数据（英文）。我试图回答两个问题：
- 如果每个人都这样做，会对全国产生什么影响？
- 如果你这样做，你的个人影响是什么？
全国影响
如果英国的每个人都让他们的洗澡水在扔掉之前先加热他们的家，那么英国总能源的多少可以节省？下面，我估计一下：
- 英国 29% 的能源用于家庭用途。
- 17.5% 的家庭能源用于热水。
- 进入热水器的 88.2% 的能量变成了水中的热量。
- 50% 的生活热水用于淋浴和沐浴。
- 水中 80% 的热量在从热水器到淋浴间的过程中幸存下来。
- 目前，该水中 90% 的热量都排入了下水道。
- 75% 的热量可以通过冷却到室温来回收。
如果我们将所有这些数字相乘，我们可以得出英国总能源使用量的1.2%可以通过这种方式节省。我还估计了上述每个数字的不确定性范围。当这些相乘时，范围为 0.4% 到 3.5%。
更详细地说，常规估计的数学是
.29 × .175 × .882 × .50 × .80 × .90 × .75 = 0.0121。
使用所有下界的数学是
.26 × .165 × .845 × .35 × .70 × .75 × .62 = 0.0041，
而上限的数学是
.32 × .185 × .940 × .80 × .90 × .95 × .92 = 0.0350。
1.2% 很多吗？这是有争议的，但它可能与一些减少能源的常见建议一样大，比如离开房间时关灯、正确关闭水龙头或拔掉闲置的充电器。
家庭照明消耗了英国 3.8% 的能源。如果在离开房间时小心，人们使用的能源减少了三分之一，那么这将是国家能源的 1.3%。同一页表明，一个漏水的水龙头可能会浪费足够的热水来装满一周后的半个浴缸。这不是很大，而且我怀疑从水龙头流出的大部分热量会在水流下排水管之前逸出到空气或水盆中。 David MacKay估计闲置的手机充电器消耗了英国能源的 0.01%。
个人影响
第二个问题是：在淋浴时用来加热水的所有能量中，通过让水积聚和冷却可以恢复多少？这是从四个数字得出的。
- 进入热水器的 88.2% 的能量变成了水中的热量。
- 水中 80% 的热量在从热水器到淋浴间的过程中幸存下来。
- 目前，该水中 90% 的热量都排入了下水道。
- 75% 的热量可以通过冷却到室温来回收。
综合这些表明，可以清除48%的能量，范围为 28% 至 74%。所以一个合理的启发是，让你的淋浴水加热你的家，就像把淋浴的长度减半一样节省能源。
点估计的数学是
.882 × .80 × .90 × .75 = 0.476。
下限的数学是
.845 × .70 × .75 × .62 = 0.275，
而上限的数学是
.940 × .90 × .95 × .92 = 0.739。
用金钱来量化事物也很有趣。如果我们使用新的（2022 年 10 月）英国价格上限，加热洗澡或淋浴的水需要花费大约 0.28 英镑。因此，清除热量每次可节省约0.13 英镑。那是假设你用煤气加热你的水。如果你用昂贵的电加热你的水，你应该把这些数字增加三倍。
一个合理的估计是，一个完整的（80 升）浴缸使用大约 2.7 千瓦时的能量，而淋浴可能每分钟使用大约 0.33 千瓦时。如果您进行（平均）8 分钟的淋浴并使用（典型的）每分钟 10 升的水，那将是相似数量的水和相似数量的能量。
截至 10 月，英国的天然气价格上限为每千瓦时 0.104 英镑。因此，如果您有燃气热水器（就像大多数英国人一样），全套浴缸或淋浴的费用约为 0.104 英镑 × 2.7 = 0.28 英镑。清除热量可以节省 48%，即 0.13 英镑。如果您使用电，上限为 0.34 英镑/千瓦时，这意味着完整的浴缸或淋浴费用约为 0.34×2.7=0.92 英镑。同样，清除热量可以节省 48%，即 0.44 英镑。
你应该这样做吗？
我不作判断！
但这里有一个想法：为了方便而使用能源是可以的。即使在危机时期也是如此。毕竟，我们使用的能量中只有一小部分是维持生命所必需的。我们可以在黑暗的房间里肮脏和颤抖，吃燕麦，只能步行四处走动。但没有人这样做。所以问题是你想用多少能量来获得多少便利。
但是，如果你有牺牲的欲望——无论是为了自己还是出于公众精神——你应该有效地牺牲。如果您已经在尝试缩短淋浴时间，并且讨厌短时间的淋浴，但您不介意让淋浴水停留一段时间，那么这里有一些免费的实用程序。
想法
许多动物——驯鹿、企鹅、狼、水獭、北极狐——在循环血液时使用一种称为逆流交换的策略。这个想法是热血流到四肢，然后被空气/冰/地面/水冷却。为了减少能量的浪费，流入冷血的静脉与流出热血的动脉并排。这意味着流出的血液中的一些热量被转移到流入的血液中，因此更少的能量被发送到环境中。
您可以在家中安装一个设备来做类似的事情——让温暖的废水加热进入的冷自来水。这称为排水热回收系统。这是来自维基百科的图片：
这些想法非常简单：引导流出的温水，以便加热流入的自来水，从而减少热水器的工作量。这些设备没有活动部件，使用起来不费吹灰之力，几乎不需要维护，而且相当便宜（大约几百美元）。典型的估计是，他们将在短短几年内收回成本。然而，无论出于何种原因，它们似乎还没有被广泛使用。
无论如何，让水留在周围来收集热量的想法有一些缺点：
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用一些淋浴收集水会很棘手：
世界似乎正在走向完全平坦的无门怪物，这将更加困难。
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将手伸入冷的脏水中拔下排水塞听起来不愉快吗？根据我的经验，它比听起来更糟糕。使用棍子或链子。
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淋浴时站在收集水的地方有点不舒服。您可以添加一个平台，但请不要这样做 – 人们在淋浴时滑倒受伤是非常常见的，您添加的任何东西都可能增加风险。 （更好的主意：确保你的淋浴间有一个高摩擦表面，尤其是如果你家里有年轻人或老年人。）
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空气中多余的水分可能会导致霉菌等问题。用你的判断力。只要东西不一直保持潮湿，这可能没问题。对于许多人来说，空气中的额外湿度会受到欢迎。 （也许你可以停止使用那个超声波加湿器。）
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您可能需要更频繁地清洁。或者——你知道——清洁度的限制标准更少。
这篇文章的其余部分将详细说明我是如何得出上面使用的所有数字的。与往常一样，我知道互联网头脑比我聪明，我欢迎任何更正。
国内能源
首先，英国有多少能源用于家庭而不是企业或交通？ ECUK 2022 报告（消费数据表 C1）告诉我们，2021 年英国国内部门使用了 41,115千吨石油当量(ktoe)，而所有部门的总用量为 134,099 千吨油当量 (ktoe)。因此，国内部门消耗了 30.7% 的能源。
这个数字在 COVID 之前略低：从 2010 年的 32.8% 逐渐下降到 2019 年的 26.1%。很难说 2023 年究竟会是什么样子——情况很新——但我认为最好的猜测是恢复2021 年的数字有点接近 COVID 之前的环境。所以我将使用 29%。我认为它很可能在 26% 到 32% 之间。
生活用水
接下来，多少部分的家庭能源用于加热水？我们可以再次查阅 ECUK 2022 报告（最终使用表 U2），得出 2021 年生活用水总量为 41,019 ktoe 中的 7,359 ktoe。 （这个总数与表 C1 相差 96 ktoe，原因我不明白，但我认为不值得为 0.23% 的差异而苦恼。）这意味着生活用水占国内能源使用量的 17.9%。在 2019 年，同样的计算结果为 17.6%。该数据不超过 2017 年的 17.3%。
这似乎与美国 17% 的研究一致。所以我认为 17.5% 是一个相当不错的估计。由于在 COVID 下这个数字几乎没有变化，我怀疑它在未来不会有太大变化，所以我将使用 16.5% 到 18.5% 的不确定性范围。
将其与上一节中的数字结合起来，我们得出 29% × 17.5% = 5.1% 的英国能源使用量用于热水。您可能希望这意味着通过清除洗澡水中的热量可以节省 5.1% 的英国能源。但由于许多不同的原因，这是错误的。我将按照它们实际发生的顺序来介绍它们。
热水器效率
并非所有进入热水器的能量实际上都进入了水中。 2003年，英国最常见的热水器是标准的燃气锅炉，浪费了大量的热气。它们的效率从旧型号的 60% 到新型号的 80% 不等。但自 2005 年以来，根据法律，在英格兰和威尔士安装或更换的任何锅炉都必须是冷凝式锅炉，试图将气体“冷凝”回液态，以便重新利用热量。这些通常具有超过 90% 的效率，一些制造商声称数字高达 98%。
2019 年，73.8% 的家庭拥有冷凝锅炉，16.6% 的家庭拥有其他类型的锅炉，9.7% 的家庭没有锅炉。但冷凝式锅炉现在肯定更常见：2016 年，他们只有 62.7%，而 26.9% 有另一种锅炉。推断，我们预计到 2022 年，84.9% 的家庭将拥有冷凝锅炉，6.2% 的家庭将拥有其他类型的锅炉。这感觉有点咄咄逼人，所以我只会走一半，称它为 79% 的家庭使用冷凝锅炉，11% 的家庭使用另一个锅炉。
我假设冷凝锅炉的平均效率为 90%，其他锅炉的平均效率为 75%，而忽略无锅炉家庭。作为一个下限，我假设从 2019 年起没有变化，冷凝锅炉的效率为 90%，而其他锅炉的效率仅为 60%。作为上限，我将随着时间的推移使用完整的推断，将冷凝锅炉设置为 95%，将其他锅炉设置为 80%。使用所有这些给出了 88.2% 的点估计，不确定性范围为 84.5% 到 94.0%。
- 点估计：(79 × 90 + 11 × 75) / (79 + 11) = 88.2%
- 下限：(73.8 × 90 + 16.6 × 60) / (73.8 + 16.6) = 84.5%
- 上限：(84.9 × 95 + 6.2 × 80) / (84.9 + 6.2) = 94.0%
顺便说一句，有些换热器热水器的效率超过 100%。一家名为 Roper 的公司声称效率约为 129%，但实际测试表明效率接近 106%。幸运的是——根据我的计算，如果不是世界的话——这些似乎仍然非常罕见。
用水量
并非所有的热水都用于洗澡——它也用于水槽、洗衣房和洗碗机。遗憾的是，我无法找到任何可靠的全社会调查。在英国，我能找到的最好的报告是 2011 年的报告“住宅生活热水消耗量测量” ，该报告仅对单个住宅的使用情况进行了全面核算，其中浴缸和淋浴占能源的 75% 以上用法。帕克等人。 (2015)引用 Lowenstein 和 Hiller (1998) 发现淋浴和浴缸消耗 51% 和 Henze 等人。 (2002) 发现他们使用了 59%。
这里的一个问题是洗碗机的使用。洗碗机比手洗消耗更少的能源。 （每个有洗碗机但不使用的人——你还好吗？）在英国（UK），大约有一半的家庭拥有洗碗机。这仅比美国略少，但使用率可能差异更大。此外，上述数据是 20 多年前收集的。
因此，我估计 50% 的热水用于淋浴和沐浴。但我有很大的不确定性，所以我会使用 35% 到 80% 的范围。
输送热量
当水从热水器中流出时，并非所有水中的热量在淋浴、浴缸或水槽中出现时仍然存在。
这里有两件事要考虑。首先，在水变热之前有多少水从水龙头流出？嗯，那水曾经很热：上次淋浴时，你在管道里装满了热水，当水放在那里时，所有的热量都散去了。其次，即使水在流动，热量也会在运输过程中流失。
帕克等人。 (2015)估计，水中约有 20% 的热量最终以这种方式浪费掉。这对我来说似乎有点高，有几个原因：淋浴时浪费的水比洗手时少，因为你使用的水量更大。而现在英国家庭中常见的锅炉往往更靠近目的地，以尽量减少这些损失。我将使用 80% 作为传递热量的百分比，不确定性从 70% 到 90%。
目前回收的能量
水中的一些热量已经最终转化为家中空气中的热量。 （注意淋浴时浴室是如何变热的？）这是一件好事，但是已经保存的能量无法再次保存，因此我们需要考虑这一点。
Hinchcliffe (2012)估计，淋浴产生的大约 90% 的热量最终都会排入下水道。常识表明，浴缸的数量会更低，因为水在管道之间的时间要长得多。我找不到任何明确的估计，但无论如何，英国人洗澡的次数比洗澡的次数要多得多。所以我将使用 85%，范围为 75% 到 95%。
可回收能源
你可能认为我们已经完成了。但不是！
您无法恢复水中的所有热量。流入热水器的水（大概）比你家的水冷。但是一旦你的淋浴水冷却到空气温度，而不是自来水温度，它就会停止给你回热。所以可回收热量的分数是
（淋浴温度 – 室温）/（淋浴温度 – 水龙头温度）。
2011 年的报告“住宅生活热水消耗量测量”表明，英国的自来水温度通常在 12°C 左右。在冬季。这份2013 年的报告发现，英国家庭冬季的平均室内温度约为 18.5°C。人们喜欢在略高于体温的水中洗澡，所以我保守估计38°C。 （如果只是温热的话，对你的皮肤更好。）对于下限，我将使用 36°C 的淋浴、20°C 的室温和 10°C 的进水，而对于上限，我会使用 40 °C 淋浴、16 °C 室温和 14 °C 进水。
所有这些导致 75% 的热量可回收，范围为 62% 至 92%。
对于点估计，可回收热量的比例为
(38 – 18.5) / (38 – 12) = 75%。
如果我们使用悲观的数字（36 °C 淋浴，20 °C 室温，10 °C 进水），计算结果是
(36 – 20) / (36 – 10) = 62%。
如果我们使用乐观的数字（40 °C 淋浴，16 °C 室温，14 °C 进水），计算结果为
(40 – 16) / (40 – 14) = 92%。
您可能会想：从水流到管道的大部分热量不会最终进入家中吗？这当然是对的，但这对我们的计算无关紧要。不管这种能量现在是被浪费了还是被节省了，从洗澡水中获取更多的热量都不会改变任何事情。
气温和自来水温度之间的这种差异是厕所使用能源的一种微妙方式——冷水从环境中窃取热量。但这并不是一个巨大的数字：假设 6.5 度的温差和 5 升用于冲洗的水最终为 0.038 千瓦时。这不是很多——即使在英国目前（非常高的）能源价格上限下，每次冲洗的成本最多也就是 1 美分。 （原则上这可能会在夏天为您节省空调费用，但英国很少有家庭有空调。）
计算是这样的
6.5 × 5 l × 0.001162778 kWh/（kg × 度）= 0.038 kWh。
假设您支付 34 便士/千瓦时（电热和当前电价上限），即 0.013 英镑。假设您支付 10.4 便士/千瓦时（燃气热量和当前燃气价格上限），则只需 0.004 英镑。
个人消费
假设您使用 80 升水洗个澡。或者，您使用（平均）每分钟 8 升水进行（平均）8 分钟淋浴。这需要多少能量？
我们只需要几个事实。水的比热为0.001163 kWh/（kg×度）。假设你的自来水是 12°C，你用 38°C 的水洗澡，你的热水器的效率是 90%。碰巧 1 升水重 1 公斤（感谢公制）。然后一些简单的算术告诉我们淋浴/浴缸使用大约 2.7 kWh。
(38 度 – 12 度) × 80 l × 0.001163 kWh/ (kg × 度) × (1 kg / l) / .90 = 2.687 kWh。