课程编号
22
第二十二课：住宅机电系统的详细分析（More Domestic Services）
本课是机电系统的补充部分，进一步深入探讨 供暖、热水、电力、给排水和可再生能源 在住宅中的应用。无论是 连接市政基础设施（Grid-Connected） 还是 离网建筑（Off-Grid），这些系统都影响着建筑的能效和居住舒适度。
一、供暖系统（Heating Systems）
供暖系统通常采用水作为介质，通过管道将热量传递到房间的散热设备，如散热器或地暖。无论采用燃气、燃油、电力还是可再生能源，基本的供暖系统都遵循相同的工作原理。
1. 传统供暖系统
• 燃气锅炉（Gas Boiler）
• 通过燃烧天然气加热水，然后循环至散热器或地暖。
• 优点：运行成本较低，热效率高，控制灵活。
• 适用场景：城市住宅，连接市政燃气网络。
• 燃油锅炉（Oil Boiler）
• 适用于无法连接燃气网络的地区，使用柴油或取暖油。
• 优点：相对独立，适用于乡村住宅。
• 缺点：价格波动大，存储燃油需要额外空间。
• 电锅炉（Electric Boiler）
• 直接使用电力加热水，适用于无燃气供应地区。
• 优点：无需燃料存储，易于安装和维护。
• 缺点：运行成本较高，特别是在电价较高的地区。
2. 可再生能源供暖
• 空气源热泵（Air Source Heat Pump, ASHP）
• 从室外空气中提取热量，用于室内供暖或热水。
• 优点：节能环保，适用于中等气候地区。
• 缺点：在极端寒冷气候下效率降低。
• 地源热泵（Ground Source Heat Pump, GSHP）
• 通过地下管道从土壤中提取热量，效率较高。
• 优点：长期运行稳定，适用于节能建筑。
• 缺点：初始投资较高，安装复杂。
• 生物质锅炉（Biomass Boiler）
• 以木材颗粒、木屑或压缩生物燃料作为热源。
• 优点：可再生能源，碳中性。
• 缺点：需要燃料存储空间，维护成本较高。
3. 供暖系统的主要部件
部件 | 功能 |
锅炉（Boiler） | 产生热水，用于供暖或生活热水 |
散热器（Radiator） | 通过对流和辐射提供热量 |
地暖系统（Underfloor Heating） | 通过地面均匀散热，提高舒适度 |
膨胀水箱（Expansion Tank） | 维持系统压力，防止水循环问题 |
循环泵（Pump） | 促进热水循环，提高供暖效率 |
二、热水系统（Hot Water Systems）
热水供应通常与供暖系统结合，以下是几种主要的热水加热方式：
1. 传统热水系统
• 储水式热水器（Storage Water Heater）
• 通过储水罐存储热水，适用于大流量需求。
• 优点：可随时提供热水，适合家庭使用。
• 缺点：能耗较高，需要额外空间。
• 即热式热水器（Instantaneous Water Heater）
• 仅在需要时加热水，无需储存热水。
• 优点：高效节能，避免长时间加热造成能量浪费。
• 缺点：水流量有限，适用于小型住宅。
2. 可再生能源热水系统
• 太阳能热水系统（Solar Thermal Systems）
• 通过太阳能集热器加热水，减少对传统能源的依赖。
• 优点：节能环保，减少运行成本。
• 缺点：冬季供热受限，需要备用系统。
• 热泵热水器（Heat Pump Water Heater）
• 通过热泵技术从空气或地面中提取热量加热水。
• 优点：比传统电热水器节能 50% 以上。
• 缺点：初始投资较高，需要适当的安装空间。
三、电力系统（Electrical Systems）
现代住宅电力系统涉及供电、用电设备以及可再生能源的整合。
1. 传统供电系统
• 市政供电（Grid-Connected Electricity）
• 由国家电网供电，稳定可靠。
• 供电电压通常为 230V（单相）或 400V（三相）。
• 住宅配电系统
• 电力通过 配电箱（Consumer Unit） 分配到各个回路。
• 重要部件：
• 主断路器（Main Breaker）：控制整个住宅供电。
• 剩余电流保护器（RCD）：防止漏电事故。
• 独立回路（Ring Circuit）：不同设备采用不同电路，如照明、电器、供暖等。
2. 可再生能源供电
• 太阳能光伏系统（Solar PV）
• 通过太阳能板转换电能，并通过 逆变器（Inverter） 供电。
• 可与市政电网连接，实现 余电上网（Feed-in Tariff） 或 离网存储（Off-Grid Battery Storage）。
• 风力发电（Wind Turbine）
• 适用于风力较大的地区，可作为离网供电系统的一部分。
• 风速要求：至少 5m/s 才能有效发电。
四、给排水系统（Water Supply & Drainage）
1. 给水系统
• 市政自来水（Mains Water）
• 通过水管连接至城市供水系统，提供恒定压力。
• 地下水井（Borehole Water Supply）
• 适用于偏远地区，需要水泵和过滤系统。
2. 排水系统
• 市政污水处理（Mains Drainage）
• 连接城市下水道，由污水处理厂处理。
• 独立排污系统（Septic Tank）
• 适用于无市政排水的区域，通过微生物降解污水。
五、总结
1. 住宅供暖系统可使用燃气、燃油、电力或可再生能源，如热泵和生物质锅炉。
2. 热水系统包括储水式和即热式，太阳能热水系统可提高能效。
3. 电力系统涉及市政供电、配电网络，并可结合太阳能和风能供电。
4. 给水系统可依赖市政自来水或地下水井，排水系统需根据是否连接市政管网选择合适方式。
5. 可再生能源在现代住宅中应用广泛，太阳能光伏和风力发电可减少对传统能源的依赖。
本课是本系列的最后一部分，总结了建筑机电系统的核心要素。合理的机电系统设计可以提高建筑的能源利用效率，降低运行成本，并提升居住舒适度。
