“科技住宅”概念及技術體系探討

李 毅， 汪 涌， 張 帥， 王海峰， 侯 濤

(1.北京維拓時代建筑設計股份有限公司，北京100025；2.中國金茂控股集團有限公司-北京公司，北京100071)

0 引言

隨著我國科技發展水平的不斷提升及人民生活水平的不斷提高，人們渴望一種更高品質的居住空間，享受最新的科技成果，獲得健康、舒適、便捷、快樂的生活體驗，“科技住宅”產品應運而生。在百度上搜索“科技住宅”一詞，會出現成千上萬條相關條目，因此，不能忽略“科技住宅”這一概念的存在。“科技住宅”所追求的目標與效果，在許多方面與綠色建筑、主動建筑、被動建筑、智能建筑等概念相互重疊或相近，它是否有其獨特的特征呢?本文將對這一問題進行分析、探討。

1 “科技住宅”概念

1.1 “科技住宅”定義探討

“科技住宅”一般強調采用最新科技手段，協調人與居住環境的關系，其具有明顯的“科技感”和技術領先性。

目前，“科技住宅”是一個概念，不是一個統一標準，尚無評價體系。

“科技住宅”概念的建立與發展，滿足了人們內心的美好追求與期待，人們內心有一個相似或相近的衡量標準，因為生活已經被蓬勃發展的新技術、新產品所包圍，人們希望科技成果走進生活，提升我活品質。

近年來在我國，“科技住宅”概念隨著時代的進步與發展、人們生活水平的不斷提升而產生，市場上也出現許多以其命名的住宅產品。這也體現了人們對“未來住宅”的期待。

當討論“科技住宅”時，應該以一種產品的思維角度去考慮，不應是技術的疊加、堆砌。它以一種集成產品的形態出現，服務于人，滿足用戶需求。應該從“以人文本”的角度去討論和研究。

簡單的來說，就是通過一系列最新的、適宜的科技體系，構建健康、舒適、綠色節能、智能化的高品質住宅。

1.2 “科技住宅”基本特征

經過對目前市場上的“科技住宅”產品典型案例分析，盡管各自的側重點不同，但亦有相近的特征。筆者認為，健康、節能、智能是“科技住宅”的三個基本特性，三個特性是融合的關系。

下面就從用戶體驗的角度探討三個特征之間的關系。室內環境的健康與舒適水平，是用戶體驗所追求的第一目標。

健康與舒適水平的提高不能以高能耗為代價，需要采用節能技術平衡節能目標。同時，節能是社會可持續發展的必然需求，節能目標的實現是履行社會責任的體現。節能是社會整體健康發展的需求，同時也可以降低住宅運行成本，是客戶體驗追求的次要目標。

智能具有雙重特性，第一，智能技術是實現健康、節能特性的一種手段；第二，智能技術本身為用戶帶來便利與愉快，是用戶體驗追求的目標之一。

站在用戶體驗的角度，用戶對“科技住宅”特征關注程度如圖1所示。

圖1 用戶對“科技住宅”特征關注程度示意圖

2 “科技住宅”的主要技術體系

“科技住宅”相對于其他普通住宅，對于新技術、新產品的應用具有明顯的先進性，與市場的普遍性相比具有適度的超前性。“科技住宅”為實現其特定的目標，采用了眾多不同的技術體系，概括起來主要包括3個方面，即綠色節能外圍護建筑技術體系、居住空間空氣環境技術體系、住宅智能化技術體系。

2.1 綠色節能外圍護建筑技術體系

(1)節能外圍護結構的作用

為了保持室內溫度處于人體感受的舒適區，并保持溫度的盡量恒定，減少室外環境變化對室內的影響。建筑本身不過分依賴主動技術手段，減少維持環境所產生的能源消耗，需要建筑室內溫度的變化相對于室外環境的變化具有“惰性”特征。因此，建筑的外圍護結構的節能體系設計至關重要，是綠色節能建筑的基礎條件。

(2)節能外圍護建筑技術

綠色節能外圍護建筑技術體系包括:高效保溫隔熱外墻體系；熱橋阻斷構造技術；高效保溫隔熱屋面技術與構造；高效門窗系統與構造技術；高性能保溫隔熱技術與選用；高性能遮陽技術系統等。

科技住宅中外墻應用比較廣泛的是外保溫系統，主要采用膨脹聚苯板(EPS)薄抹灰外墻外保溫系統或擠塑聚苯板(XPS)薄抹灰外墻外保溫系統。節能窗在實際使用中以中空玻璃塑鋼窗、中空玻璃斷橋鋁合金窗為代表，而低輻射鍍膜玻璃(Low-e)、中空玻璃在近年來的科技住宅中廣泛使用。建筑遮陽是建筑節能的有效措施之一。

建筑的外圍護體系非本文論述重點，但建筑設計是一個整體體系，設計師需要對各組成部分有相應的了解，特別是對相關系統之間的協調關系、優化關系有所考慮。

(3)外圍護結構與通風系統

在過渡季(非采暖、空調季)，可通過開窗調節氣流來改善室內環境，降低空調負荷，達到節能的目的。

在采暖、空調季，希望提高外窗的氣密性，并減少外窗開啟。提高外窗氣密性，保持室內環境變化的“惰性”，對提高建筑節能起到促進作用。外窗氣密性提高對于室內空氣“清新度”的保持構成矛盾，需要考慮機械新風系統的配合。新風系統的開啟又會同時增加建筑的耗能。對空調系統、新風系統采用智能化控制技術，在保持室內環境舒適度的同時，減少不必要的能源消耗，使建筑節能與室內環境健康、舒適之間保持一定的平衡，各因素之間的關系見圖3示意。

圖2 健康、舒適與建筑節能之間平衡關系示意圖

如圖2所示，相對封閉的外圍護體系對機械通風系統有依存關系，為實現健康、舒適與節能之間的平衡，需要采用智能化控制手段減少環境能耗。

2.2 居住空間空氣環境技術體系

(1)空氣環境控制的要求

居住空間空氣環境的健康及舒適是居住者的核心訴求之一，在滿足居住功能、居住空間要求后，對室內空氣環境的要求將上升為主要關注點。

健康、舒適的室內環境是“科技住宅”的主要特征之一，一些“科技住宅”宣稱設置所謂的“三恒系統”，即恒溫、恒濕、恒氧，表現了對營造良好室內空氣環境的重視。故空氣環境控制的主要關注點為:溫度、適度的控制及空氣品質的控制。

(2)典型空氣環境技術體系

循環地源熱泵系統＋毛細管管網低溫輻射系統＋新風系統是“科技住宅”一種典型的技術體系，包括高效熱回收新風系統；除霾、高效過濾技術；毛細管管網低溫輻射系統；恒溫、恒濕控制技術；循環地源熱泵系統。

新風系統可采用高效熱回收技術，節約運行能耗。為提高空氣品質，新風系統可加裝高效過濾裝置，消除PM2.5污染。

毛細管管網低溫敷設系統，可以冬季供暖、夏季供冷。輻射空調方式無吹風感、無噪聲，極大提高了人體舒適感。

循環地源熱泵系統，冬季利用地下土壤中蘊含的淺層地熱能，夏季地源熱泵主機不需要啟動，直接與地下水換熱即可滿足供冷需求。循環地源熱泵系統利用了可再生能源，系統效率高，節省運行能耗。

(3)空氣環境技術體系與目標實現

空氣環境技術體系以實現健康、舒適的室內環境為首要目標，同時還要實現綠色、節能的目標，實現運行控制智能化的任務。空氣環境技術體系與實現目標的關系見圖3示意。

圖3 空氣環境技術體系與實現目標的關系示意圖

空氣環境技術體系的設計應貫穿綠色節能理念，控制其耗能指標是關鍵技術之一。需要采用高效能源利用方案及設備，包括地源熱泵系統、新風熱回收系統。同時，智能控制系統、能源管理系統的合理應用亦能提高節能效果。

為提高舒適性體驗，室內環境溫/濕度需要滿足個性化需求。為實現不同區域、不同時段的溫/濕度可調節，可利用智能化控制手段，進行分區控制、分時控制、自適應控制。

各技術體系的采用是為了實現相應的目標，但并非實現單一目標。實現健康兼顧節能目標，在節能的同時考慮健康、舒適、智能的要求。

2.3 住宅智能化技術體系

(1)住宅智能化區域劃分

居住建筑的智能化系統，按照控制區域可分為社區智能化系統、樓宇智能化系統、家居智能化系統，關系如圖4示意。

圖4 住宅智能化系統按區域劃分示意圖

住宅建筑智能化由多個不同的子系統組成，是一個成熟的概念體系，從不同的角度可以有不同的系統劃分方式。從用戶體驗的角度看，發現用戶越來越關注的是“智能家居”體驗。

(2)智能家居概念

智能家居是以住宅為平臺的家庭智能系統，利用先進的技術與產品，通過系統的集成提升家居安全性、便利性、舒適性，并實現環保節能的居住環境。

從用戶體驗的角度，智能家居系統可以劃分為智能家庭安防系統、智能家庭控制系統、智能家庭信息網絡系統及家庭智能末端設備。每個系統可以成為獨立的系統，通過網絡系統(包括有線網絡、無線網絡)的連接組成相互關聯的整體系統。

家庭智能末端設備的不斷豐富與發展推動了智能家居概念的豐富與發展。物聯網技術的不斷成熟將推動智能家居應用向更高水平演變。

(3)現代智能家居特征

智能家居概念由智能住宅概念演變而來，推動其演變的仍然是最先進的信息通訊技術。智能家居概念的發展得益于智能末端設備的不斷豐富與發展，由于無線網絡的普及與發展，智能家居概念已經超出了傳統的智能化設計的概念，包含了用戶的參與互動。智能家居的場景應是開放的、可擴充的、可更改的。

現代智能家居特征之一是“多網絡連接”，不能進行信息通訊的設備不能稱其為智能家居設備。現代智能家居特征之二是“智慧”，設備、人、環境之間能夠“感應”及互動，設備的功能動作不是固定的，而是“柔性”的、可變的。

智能家居服務于人，實現人的愿望，以人為核心，如圖5所示。

圖5 智能家居系統構成示意圖2

(4)智能家居設備集成

智能家居的設備集成有很多種劃分方式，本文中筆者將系統劃分為4部分:家庭信息網絡、家庭智能安防、家庭智能控制、家庭智能末端，見圖6示意。

圖6所示內容不盡全面、合理，僅供同行參考。隨著科技的發展和進步，新的設備及應用會不斷地更新與豐富，處于不斷地發展與變化之中。作為一個實際的住宅項目，不可能是以上所有設備的集成，應該是根據項目的定位及主要目標述求，進行合理的優化和組合。國家設計規范及地方法規強制要求的設置，則必須設置。

圖6 智能家居的設備集成示意圖

3 “科技住宅”設計案例

下面以一個實際案例說明“科技住宅”設計的特點及實現的功能，其智能化系統示意圖見圖7。

圖7 某“科技住宅”項目智能家居系統示意圖

(1)室內環境系統采用集中冷熱源供給系統，采用地源熱泵＋燃氣鍋爐輔熱方案，戶內末端設備采用毛細管網低溫敷設方式。戶內利用溫/濕度控制器調節分集水器電動閥控制室內溫度，溫/濕度控制器與室內智能家居系統聯網。各樓設置集中新風換熱機房，通過集中風井向戶內輸送新風，保持室內較好的空氣品質。環境設備采用DDC控制系統，實時監測室內外環境情況，自動控制設備技術參數，并進行能耗數據的自動統計、分析。

(2)設置家庭智能控制主機，通過智能控制模塊控制部分照明燈具及電動窗簾，系統可以對照明、窗簾進行程序和場景控制。

(3)通過“一鍵開關”控制面板，用戶可以控制家庭電氣設備的“離家”狀態及“在家”狀態。在“離家”狀態時，系統可自動斷開不需使用的家用電器電源，節約不必要的電力能耗，同時提高家庭用電的安全性。

(4)本項目智能家居控制系統以有線系統為主，智能控制主機通過局域網接口與家庭網絡路由器連接，構建家庭無線網絡環境，用戶可使用移動端設備控制電器設備，也可以在戶外使用手機通過蜂窩移動網絡監視、控制家庭電器設備。

(5)通過設置無線網關，用戶后期可自行添加更多的智能終端設備，構建開放的智能家居控制平臺。設計時應考慮通訊總線、通訊協議的相互兼容，使智能家居系統具有擴展性、靈活性、方便性。

4 “科技住宅”的智能家居設計發展方向

筆者認為，科技住宅智能家居設計有以下幾個發展方向。

(1)滿足人們心理要求提升

滿足了居住環境的基本使用要求后，智能家居應滿足人們心理要求的提升。如安全性健康性，便捷、舒適性，娛樂性、趣味性等要求的提升。

(2)有線系統與無線兼容，逐步向無線系統設計轉化

系統接線以有線連接為基礎，無線連接為補充。有線連接穩定性高，目前仍無法替代，但應該考慮無線連接的接口及方式。無線連接的可移動性、靈活性優點，使之成為未來的發展方向。

(3)智能化設計向智慧化設計轉化

傳統的壁掛式智能控制主機指令式操作控制，越來越不符合現代人的操作習慣。取而代之的是菜單式操作控制、無操作控制。所有復雜的控制邏輯隱藏于后臺，系統具有友好的操作界面。面對用戶的是“傻瓜式”控制方式，如自適應控制、感應控制、一鍵控制、語音控制、手機控制等。

(4)“傳統住宅智能化設計”向“現代智能家居設計”轉化

適應智能家居發展的設計，并不僅僅是在原來智能化設計的基礎上增加點位及管路，而應是設計思路、設計方法的逐步改進，需要設計創新。例如低壓直流電源接口的預留、網絡信號有線與無線信號接口的預留、無線信號覆蓋強度的估算、家庭信息存儲及交換設施設計、家庭信息網絡設備供電可靠性提升等。

5 結束語

“科技住宅”可以說是高品質住宅的代名詞之一，其立足于最新的科技手段，致力于創造更好的客戶體驗與生活享受，提升住宅的價值。設計師需要真正了解“科技住宅”這一概念所要實現的真正的目的，探討、研究其實現的方法與手段，而不是炫耀概念與“噱頭”，不是進行最新技術、最新產品的“堆砌”。對于“科技住宅”項目的設計，需要了解各技術體系的的方案及相互之間的關聯關系，重點要做好室內環境系統控制的設計及智能家居系統的設計，緊跟時代發展的腳步。