CN105184036B - 一种城市居民节水潜力的计算系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市居民节水潜力的计算方法，计量探测系统包括探头布设、数据读取、水表校准三部分；探头布设是指在城市居民家庭中选取主要控制点，在主要控制点布设流量计探头，对城市居民每次用水的开始时间、结束时间、用水流量的数据进行细致的读取并记录，水表校准用于校准流量计探头布设的合理性，通过计量探测系统得到总用水量；数据传输系统是指每个流量计探头通过数据线与计算机进行连接，将流量计探头采集到的数据传输到计算机中；软件处理系统包括数据库，对传输到计算机中的数据进行定量化计算，得到目前的用水总量，进一步估算出节水潜力。本发明的有益效果是可为行业用水定额标准制定提供基础和依据。

Description

一种城市居民节水潜力的计算系统
技术领域
本发明涉及一种城市居民节水潜力的计算方法及方法，是一种面向城市中典型用户用水通量的测量系统及其节水量的计算系统。
背景技术
城市居民用水是人类生存和发展的基础，在流域水资源配置与规划汇总通常具有最高的优先权。随着本地水资源的开发、外调水成本的增加，城市居民节水与高效利用已成为国内外理论与实践关注的重点。传统上采用水表开展城市居民用水量的测定，即在封闭的输水管线上安装水表(包括容积式或速度式)，通过一段时间后水表读出的累计流量除以用水人口、用水天数得到人均用水量(升/人.日)，计算该值与居民家庭用水定额标准(升/人.日)的差值，得到城市居民的节水潜力。该方法计算得到的节水潜力缺乏物理机制，无法体现城市居民终端用水构成以及用水技术、用水决策和行为的差异性特点；该方法计算的精度较低，通常最小以日为单位进行，并且并受到用水定额标准范围大等不确定性影响。
发明内容
为克服现有的技术问题，本发明提出了一种城市居民用水测量系统和节水潜力的计算系统。
城市居民节水潜力的计算系统包括计量探测系统、数据传输系统、软件处理系统；
计量探测系统包括探头布设、数据读取、水表校准三部分；探头布设是指在城市居民家庭中选取主要控制点，主要控制点包括厨房水龙头出口、洗手盆水龙头出水口、淋浴器出水口、浴缸进水口、洗衣机进水口，在主要控制点布设流量计探头，对城市居民每次用水的开始时间、结束时间、用水流量的数据进行细致的读取并记录，水表校准用于校准流量计探头布设的合理性，通过计量探测系统得到总用水量；
数据传输系统是指每个流量计探头通过数据线与计算机进行连接，将流量计探头采集到的数据传输到计算机中；
软件处理系统包括数据库，对传输到计算机中的数据进行定量化计算，得到目前的用水总量，进一步估算出节水潜力。
进一步，所述总用水量计算方法：
水龙头用水量＝水龙头开放时间*水龙头的流速*水龙头流速抑制因子；
冲厕用水量＝冲厕次数*便器单次用水量；
洗澡用水量＝淋浴次数*淋浴的水龙头流速*淋浴的水流时间*淋浴过程中的水流抑制因子+盆浴次数*盆浴单次用水量；
洗衣用水量＝机洗次数*洗衣机单次用水量+手洗次数*手洗水龙头开放时间*手洗水龙头流速*手洗水龙头使用流速抑制因子。
进一步，所述抑制因子经过实验测算得到的最佳数值为：水龙头流速抑制因子为0.55-0.6，淋浴过程中的水流抑制因子为0.54-0.68，手洗水龙头使用流速抑制因子为0.4-0.5。
进一步，节水潜力的计算包括技术潜力和经济潜力计算两个层次，其中，技术潜力是指根据技术参数直接计算得到的通过节水器具更换所能实现的节水量；经济潜力是指在技术潜力中，成本有效的那部分节水量。
本发明的有益效果是：本发明所述的城市居民用水测量系统和节水潜力的计算方法与传统的水表测量相比，存在如下优点：数据获取与记录更为客观、准确，能够对城市居民用水的终端构成的用水器具决策购买与用水行为过程机理进行分析，物理机制更为明确；该方法通过对城市居民单次用水的时间、用水量、用水次数进行观测，可以体现不同用水行为的特征差异；该方法计算的精度较高，可以分钟或小时为单位进行观测；该方法节水潜力的计算通常不受到用水定额标准范围的影响，并可为行业用水定额标准制定提供基础和依据。
附图说明
图1是本发明计算系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
节水潜力的计算系统，包括计量探测系统、数据传输系统、软件处理系统；
计量探测系统包括探头布设、数据读取、水表校准三部分；探头布设是指在城市居民家庭中选取主要控制点，主要控制点包括厨房水龙头出口、洗手盆水龙头出水口、淋浴器出水口、浴缸进水口、洗衣机进水口，在主要控制点布设流量计探头，对城市居民每次用水的开始时间、结束时间、用水流量的数据进行细致的读取并记录，水表校准用于校准流量计探头布设的合理性，通过计量探测系统得到总用水量；
数据传输系统是指每个流量计探头通过数据线与计算机进行连接，将流量计探头采集到的数据传输到计算机中；
软件处理系统包括数据库，对传输到计算机中的数据进行定量化计算，得到节水潜力。
水龙头用水量＝水龙头开放时间*水龙头的流速*水龙头流速抑制因子；
冲厕用水量＝冲厕次数*便器单次用水量；
洗澡用水量＝淋浴次数*淋浴的水龙头流速*淋浴的水流时间*淋浴过程中的水流抑制因子+盆浴次数*盆浴单次用水量；
洗衣用水量＝机洗次数*洗衣机单次用水量+手洗次数*手洗水龙头开放时间*手洗水龙头流速*手洗水龙头使用流速抑制因子。
其中的抑制因子经过实验测算得到的最佳数值为：水龙头流速抑制因子为0.55-0.6，淋浴过程中的水流抑制因子为0.54-0.68，手洗水龙头使用流速抑制因子为0.4-0.5。
节水潜力的计算包括技术潜力和经济潜力计算两个层次，其中，技术潜力是指根据技术参数直接计算得到的通过节水器具更换所能实现的节水量；经济潜力是指在技术潜力中，成本有效的那部分节水量。
具体的本发明方法大体分为以下四个步骤：
步骤一，建立城市居民用水及节水潜力计算多种信息的数据库系统。具体包括：①通过查阅相关标准和文献，给出满足国家标准要求的各种用水器具(如水龙头、淋浴器、浴缸和洗衣机等)的类型数，并进一步详细给出各种器具类型对应的单次或每分钟用水量要求、使用寿命、投资成本等主要参数；②通过市场调研，掌握近一段时期市场上高效的各种用水器具(如水龙头、淋浴器、浴缸和洗衣机等)的类型数，并进一步详细给出各种器具类型对应的单次或每分钟用水量要求、使用寿命、投资成本等主要参数，通过行业政策分析，未来可能出现的高效用水器具也可纳入进来；③城市居民自来水价、城市居民污水处理费、城市居民能源使用(如电、燃气价格)的历史情况与未来趋势；④市场利率的现状与趋势，为各种用水器具初始投资成本的折旧提供重要信息。
步骤二，选取代表性居民用户，进行城市居民用水的测量系统和节水潜力计算成套系统的安装调试。图1给出了城市居民用水的测量系统和经济节水潜力的计算方法的实施案例。本实施案例包括：计量探测系统(包括图中装置1和2)、数据传输系统(包括图中装置3和4)、软件处理系统(包括图中装置5)。具体而言，装置1为用于校准的计量水表；装置2为多个流量计探头系统(主要布设在水龙头、淋浴器、浴缸和洗衣机进水或出水口附近)；装置3为数据传输系统；装置4为计算机系统；装置5为社会经济、用水技术、成本效益等信息的数据库软件系统。计量水表(装置1)和流量计探头系统(装置2)主要通过数据传输系统(装置3)与计算机系统(装置4)连接。数据库软件系统(装置5)在基于步骤一建立的社会经济与用水技术等信息的数据库基础上，对计量探测系统(装置1和2)的观测数据进行处理分析(如汇总、比较、计算)，得到城市居民用水过程特征及其技术、经济所能实现的量化节水潜力。
步骤三，进行城市居民用水过程的现场观测。城市居民用水过程的观测可以小时、日、月、年为时间步长进行计算，这主要取决于按照城市居民用水过程要求所配计量探测系统所能达到的精度确定。在此过程中需要实施水表校准、数据读取两项内容。其中，水表校准主要用于校准探头布设的合理性，通常水表的流量读数应满足全部探头布设的流量总和的95％以上，否则需要增加探头的布设个数，以确保流量计能够对居民用水的全过程进行详细观测。数据读取主要用水设施的技术特征(如便器单次用水量、淋浴喷头的流量特征)和用水者的行为特征(如淋浴次数、淋浴时间、便器冲洗次数、做饭次数、洗衣次数)的观测记录。
步骤四，将观测数据传输到计算机系统，基于步骤一已构建的数据库的多种信息，定量计算城市居民的技术或经济节水潜力。其中，技术潜力的计算主要考虑已有器具被替换为国家标准或市场上高效节水器具所能带来的量化节水潜力,不考虑器具已使用的年份和使用寿命，直接假定将现有用水器具进行更换所带来的节水潜力。在经济潜力的计算中，假定用户通过理性选择确定用水器具是否加速更换或到使用寿命后进行自然更换。本实施案例主要采用成本最小的决策规则，即在一定价格条件下，依据总成本最小化的原理进行更换与选择。其中，总成本考虑了用水器具的初始投资、使用寿命、已使用年份、运行成本以及节能收益等因素的影响。
本实施例可在校准的基础上，可通过流量计探头进行分钟、小时等更小时间步长的居民用水过程的细致观测，数据精度高；综合考虑自来水与污水处理价格、器具投资、运行成本、能源收益等进行理性分析，定量给出居民的技术与经济节水潜力，物理机制更为清晰；随着越来越多城市阶梯水价的实施，本发明可以对一定城市水价的总体水平和结构的影响程度进行微观评估，无论对城市居民用户还是对价格制定者具有重要参考价值。
最后应说明的是，随着城市水价的不断攀升，越来越多的用户用水采用了理性决策。但研究也发现，城市居民用水行为决策具有很大的不确定性，非理性决策行为(如随机、模仿等行为)依然存在。在利用采用本发明进行价格政策的微观影响评估时，需要进一步对居民用户的决策规则进行补充调研，对潜力计算系统进行调整，但这也不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种城市居民节水潜力的计算系统，其特征在于：
包括计量探测系统、数据传输系统、软件处理系统；
计量探测系统包括探头布设、数据读取、水表校准三部分；探头布设是指在城市居民家庭中选取主要控制点，主要控制点包括厨房水龙头出口、洗手盆水龙头出水口、淋浴器出水口、浴缸进水口、洗衣机进水口，在主要控制点布设流量计探头，对城市居民每次用水的开始时间、结束时间、用水流量的数据进行细致的读取并记录，水表校准用于校准流量计探头布设的合理性，通过计量探测系统得到总用水量；
数据传输系统是指每个流量计探头通过数据线与计算机进行连接，将流量计探头采集到的数据传输到计算机中；
软件处理系统包括数据库，对传输到计算机中的数据进行定量化计算，得到目前的用水总量，进一步估算出节水潜力；
所述总用水量计算方法为：
水龙头用水量＝水龙头开放时间*水龙头的流速*水龙头流速抑制因子；
冲厕用水量＝冲厕次数*便器单次用水量；
洗澡用水量＝淋浴次数*淋浴的水龙头流速*淋浴的水流时间*淋浴过程中的水流抑制因子+盆浴次数*盆浴单次用水量；
洗衣用水量＝机洗次数*洗衣机单次用水量+手洗次数*手洗水龙头开放时间*手洗水龙头流速*手洗水龙头使用流速抑制因子；
所述节水潜力的计算包括技术潜力和经济潜力计算两个层次，其中，技术潜力是指根据技术参数直接计算得到的通过节水器具更换所能实现的节水量；经济潜力是指在技术潜力中，成本有效的那部分节水量；
所述城市居民节水潜力的计算系统的实现方法，具体包括步骤：
步骤一，建立城市居民用水及节水潜力计算多种信息的数据库系统，具体包括：
①通过查阅相关标准和文献，给出满足国家标准要求的各种用水器具的类型数，并进一步详细给出各种器具类型对应的单次或每分钟用水量要求、使用寿命、投资成本主要参数；
②通过市场调研，掌握近一段时期市场上高效的各种用水器具的类型数，并进一步详细给出各种器具类型对应的单次或每分钟用水量要求、使用寿命、投资成本主要参数，通过行业政策分析，未来可能出现的高效用水器具也可纳入进来；
③采集城市居民自来水价、城市居民污水处理费、城市居民能源使用的历史情况与未来趋势；
④采集市场利率的现状与趋势，为各种用水器具初始投资成本的折旧提供重要信息；
步骤二，选取代表性居民用户，进行城市居民用水的测量系统和节水潜力计算成套系统的安装调试；
步骤三，进行城市居民用水过程的现场观测，城市居民用水过程的观测可以小时、日、月、年为时间步长进行计算，取决于按照城市居民用水过程要求所配计量探测系统所能达到的精度确定；此过程中需要实施水表校准、数据读取两项内容；其中，水表校准主要用于校准探头布设的合理性，通常水表的流量读数应满足全部探头布设的流量总和的95％以上，否则需要增加探头的布设个数；
步骤四，将观测数据传输到计算机系统，基于步骤一已构建的数据库的多种信息，定量计算城市居民的技术或经济节水潜力；其中，技术潜力的计算考虑已有器具被替换为国家标准或市场上高效节水器具所能带来的量化节水潜力,不考虑器具已使用的年份和使用寿命，直接假定将现有用水器具进行更换所带来的节水潜力；在经济潜力的计算中，假定用户通过理性选择确定用水器具是否加速更换或到使用寿命后进行自然更换，具体地，采用成本最小的决策规则，即在一定价格条件下，依据总成本最小化的原理进行更换与选择；其中，总成本考虑了用水器具的初始投资、使用寿命、已使用年份、运行成本以及节能收益因素的影响。
2.按照权利要求1所述一种城市居民节水潜力的计算系统，其特征在于：所述水龙头流速抑制因子为0.55-0.6，淋浴过程中的水流抑制因子为0.54-0.68，手洗水龙头使用流速抑制因子为0.4-0.5。
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