澳大利亚与英国家用热水系统管道布局对总能耗与峰值能耗的权衡影响研究

本研究针对可再生能源转型中住宅能耗双降需求，通过动态建模(DYNWAREHO)对比澳英两国12户家庭三种热水系统布局（储水式/即热式/淋浴专用即热式），首次揭示储水系统总能耗较高(0.025–0.041 kWh/L)但峰值能耗仅为即热系统的1/4，为解决能耗悖论提供关键数据支撑。

　　

随着全球向碳中和经济转型，住宅能源需求优化成为关键战场。其中热水供应占家庭能耗的20-50%，而淋浴能耗又占热水用能的48%，且集中在早晚两个用能高峰时段。当前太阳能供电与用能高峰存在时间错配，迫使电网依赖化石能源调峰。更棘手的是，现有研究往往顾此失彼：降低总能耗可能加剧峰值负荷（Wanjiru et al., 2017a），而控制温度节能又可能引发军团菌(^Legionella
)繁殖风险（Buechler et al., 2024）。尤其值得注意的是，气候差异导致的热水系统设计差异常被忽视——澳大利亚将水箱置于室外导致更高热损失，而英国等寒冷地区室内安装反而节能，这种反直觉现象（Hall et al., 2025）亟待系统研究。

为此，R.J. Hall等学者在《Journal of Cleaner Production》发表研究，首次采用DYNWAREHO动态模型对比分析澳英两国12户家庭的三种热水系统布局：储水式(SHS)、全屋即热式(IHS-H)、淋浴专用即热式(IHS-S)。研究团队通过入户调查获取两地家庭用水数据，运用高分辨率动态模拟技术量化能量流动，重点解析管道布局对总能耗与峰值能耗的差异化影响。

关键技术包括：1) 基于DYNWAREHO平台构建热水系统动态模型；2) 采集英国埃克塞特与澳大利亚墨尔本共12户家庭的用水行为数据；3) 量化评估储热损失、管道热损、排水余热等能量流；4) 归一化处理不同系统的能耗指标(kWh/L)。

能量消耗与损失分解
研究发现储水系统总能耗(0.025–0.041 kWh/L)显著高于即热系统(0.022–0.024 kWh/L)，其中14-45%能耗源于储水箱热损失，3-21%来自管道散热。但储水系统峰值能耗仅为即热系统的25%，因其可提前蓄热避开用电高峰。值得注意的是，排水余热占 shower 总能耗的50%以上（1.7-5.0 kWh/hh/day），水温从喷头到排水口仅降低2°C，提示废水热回收(DWHR)具有巨大节能潜力。

结论与展望
该研究首次揭示热水系统布局存在"能效-峰谷"权衡：储水系统适合平滑负荷但能效低，即热系统能效高却加剧电网峰谷差。建议通过太阳能集成、电池储能、超滤灭菌等技术组合破解困局。跨国家比较凸显气候文化对系统设计的影响，为全球住宅节能提供差异化解决方案。动态建模方法的创新应用，为后续智能控制系统开发奠定理论基础。

（注：全文数据与结论均源自原文，DYNWAREHO为动态热水系统建模工具，DWHR指排水热回收技术，SHS/IHS分别为储水/即热式系统缩写）