科技住宅的發展及現狀

■ 劉劍飛 LIU Jianfei

0 引言

在民用住宅商品化的進程里，經歷了3 次有關舒適性的革命，隨后進入到第四代智能化住宅產品（圖1）；而當下越燃越熱的科技住宅革命，雖然看起來有點名目繁多，但本質上是從更基本的層面來考慮人類對于舒適性的要求。總體來說，科技住宅主要有兩個維度，即：①以五恒技術為核心的綠色科技；②以當前5G 應用為核心的智慧社區+智能家居系統。

圖1 住宅發展至第四代科技智能化住宅產品

1 五恒綠色科技系統

1.1 五恒系統綜述

所謂五恒系統，即恒溫、恒濕、恒氧、恒凈、恒潔（圖2），既不需要室內設置吊頂安裝出風口和風機，也不會有空調出風口對著人體直吹而導致我們常說的空調病。其裝飾簡約美觀，且節約室內空間高度；采用地板輸送新風的“地送頂回”模式，空氣換氣效率高[1]。

1.2 五恒系統分類及對比

1.2.1 按能源供給端分類

五恒系統按照能源供給端可分為集中式和分戶式兩種。其中，集中式技術主要利用地球表面淺層地熱資源作為冷熱源，即采用地源熱泵系統；分戶式系統則類似我們傳統的VRV空調系統，采用空氣源熱泵作為冷熱源。

1.2.1.1 集中式五恒系統——地源熱泵系統

地源熱泵技術屬于可再生能源利用技術，它是利用地下地熱資源進行熱量交換既能供熱又能制冷的高效節能環保型空調技術（圖2）。僅需少量電能，地源熱泵就可以實現能量從低溫向高溫熱源的轉移。冬季，把土壤中的熱量置換出來，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量置換到土壤中去，來滿足室內空調降溫的需求。地源熱泵僅使用電力，不會產生碳排放，也無需使用氟利昂制冷外機；由于不用直接向周圍環境排熱，不會產生熱島效應；它沒有室外機，不會產生噪音；也不需要抽取地下水，因而不會對地下水資源造成破壞。地源熱泵在滿足夏季制冷、冬季供暖的同時，還可以全年提供生活熱水。

1.2.1.2 分戶式五恒系統

分戶式五恒能源系統（圖3）是結合中國氣候及建筑技術特點，以獨立家庭的“戶”為單位，采用分戶式風冷熱泵作為供給能源，每戶獨立承擔相關運營費用，以解決集中式地緣熱泵一經開啟必須全部用戶分攤費用的難題。目前，分戶式五恒系統正越來越多地被運用到實際項目中。

1.2.1.3 兩種能源供給系統的比較

（1）項目初期投資對比：相比分戶式五恒系統，集中式五恒系統一次性設備、主材等資金投入多。

（2）施工建設難度對比：集中式五恒系統建筑內預留結構多，施工交叉較多，需要施工機械較多，施工難度大于分戶式系統。

（3）設備空間及產品使用：與集中式相比，分戶式五恒系統設備體積龐大，需要建筑設計方案配置較大的設備平臺且設備冗雜。

（4）年平均運行費用大致估算對比：集中式30 元/m2，分戶式45元/m2。

（5）集中式系統24h 開啟，在入住率不高的情況下，即使新風機組采用變頻方式節能，但仍會產生較大的能源消耗及運行費用支出；且運行人員仍舊需24h 值班來維護系統運行。需要專業人員、專業公司進行系統的運行及維護，大型機組設備檢修、維護成本高、難度大，很多情況還需要設備廠家進行配合（保修期后），一旦出現設備故障，有可能造成供暖制冷的大面積中斷而招致業主投訴，或者導致業主室內結露產生損失賠償等情況的出現。

綜上是兩種五恒系統能源端的優缺點比較。總體來講，集中式系統初期投入高、施工難度大，且后期對于運營維護人員的技術水平要求也比較高。因此，結合我國市場特點，以及分戶式系統技術的日趨成熟，目前市場主流開發商的五恒系統項目以分戶式系統為主。

1.2.2 按輻射末端分類及對比

輻射供冷末端裝置分為毛細管、輻射板吊頂、地板輻射三種主要形式。輻射空調能減小和避免傳統中央空調空氣二次污染的問題，本次新冠疫情或許是推動其發展的契機。

1.2.2.1 毛細管輻射式空調

毛細管輻射式空調通過在頂棚或墻面上敷設PVC 毛細管，向室內輻射換熱。稱其為毛細管，是因為敷設的PVC 水管很像我們人體皮膚下的毛細血管（圖4）。與傳統空調通過空氣對流的方式不同，毛細管輻射是水管內的流體介質直接以輻射的方式和室內空氣交換熱量，實現制冷或制熱需求。因其管道直徑通常在4mm以內，減少了室內設備安裝對凈高的空間影響。

1.2.2.2 金屬輻射板吊頂

金屬輻射板吊頂由水媒介外加石墨超導層組成（圖5），是一種類似“三明治”的結構形式，即中間是冷媒，上部為保溫絕緣材料，下部是露出室內的吊頂輻射板。其原理是：以夾芯中的冷媒介質與輻射板進行熱交換，裸露的吊頂輻射板以輻射的方式和室內空氣交換熱量，實現制冷或制熱的需求。吊頂輻射板一般采用不銹鋼板等金屬材料，相比毛細管輻射空調，輻射板吊頂更加健康舒適，且因為金屬的導熱系數優于石膏板，節能效果更好。缺點在于價格較高，且必須在比較干燥的環境運行，否則容易結露[2]。

圖2 地緣熱泵原理示意圖

圖3 分戶式五恒系統原理示意圖

1.2.2.3 地板輻射

地板輻射類似我們傳統所說的地暖，供冷也以水作為媒介，以輻射和對流的方式由地面向室內提供冷量。地板輻射通常只適合作為供暖使用，在我國比較少見。若將地板輻射用于制冷環境，地板溫度會降到最低，而熱空氣集中在室內上部，會令使用者體感不舒服；且地面熱阻系數大，導熱效率低。

1.2.3 幾種輻射末端系統的比較

相比下來，毛細管輻射安裝靈活，對精裝造型影響小且節約層高，基本無漏點。但由于是濕式作業，工藝較復雜，現階段初期投資較高；且通徑小易堵塞，對水質要求較高。金屬輻射板采用工廠預制裝配式安裝，保溫一體，較毛細管輻射效果更高、體感更舒適；但其成本較毛細管輻射更高，有結露隱患；且傳統接頭較多，漏點較毛細管輻射多。

圖4 頂棚敷設PVC 毛細管

圖5 吊頂輻射板

結合使用成本及本次新冠疫情的經驗，筆者認為，家用可以毛細管輻射為主，高端辦公、酒店及人員復雜密集的環境可以逐步推廣金屬輻射系統。

1.2.4 應用前景

目前，國內對五恒系統的應用項目主要集中在長江中下游地區，氣候冬冷夏熱，常年濕度較大。例如，位于上海浦東陸家嘴金融中心的星展銀行大廈（圖6），其空調系統即采用金屬輻射板（圖7）作為輻射末端。對項目的運行情況進行調研及監測，發現自建成使用以來，其運行特點如下。

圖6 上海星展銀行大廈

圖7 星展銀行的金屬吊頂輻射空調

（1）優點：①靜音效果好，辦公區除了用電設備的電流聲，感受不到傳統空調電機和風口的噪聲；②可靠性高，原來擔心的結露并未發生；③由于沒有冷凝水，吊頂里的衛生狀況一直很好，物業對此系統非常認可。

（2）缺點：①由于項目剛開始設計時，僅僅考慮新風量的補充，導致整個辦公空間內氣流擾動不足，部分空間感覺空氣新鮮度不夠，此問題在試運行階段通過增加吊頂內風機的方式得到了改善；②原來希望的“節能”預期效果沒有明顯表現出來，實際使用習慣和設計預估有偏差，導致節能未達到預期值；③金屬輻射板系統成本仍然較高，由于沒有大面積被采用推廣，單位成本很難下降。

隨著居民收入水平的提高，以及對五恒系統認知度的提升，五恒綠色科技將走入越來越多的家庭。

1.2.5 使用注意事項

最后補充一點，未使用過五恒系統的業主，有可能會在夏季開窗通風時造成室內結露，從而增加能源消耗使得運行費用大幅增加；也可能會在不允許打孔、釘釘子的墻面、地面施工造成毛細管網輻射末端泄露。因此，需要長期培養業主良好的使用習慣，防止上述情況的發生。

2 智慧社區+智能家居系統

隨著物聯網技術的發展和5G 時代的來臨，智慧社區與智能家居系統正慢慢走進大眾的生活。

所謂智慧社區，是利用物聯網、云計算等最新的信息科學技術，為社區居民提供一個安全、健康、舒適、便利的智慧化生活環境（圖8）。尤其是2020 年新冠疫情爆發以來，利用信息化技術的無感通行、人員軌跡追蹤等技術，在疫情中發揮了巨大的積極作用，凸顯了智慧社區發展的重要性。

圖8 智慧社區管理系統

智能家居則是將各電器設備的網絡通信協議、產品自動化、綜合布線技術、語音識別等家居生活有關的設備整合集成在一個居住空間內，以提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，全面提高人們對于美好生活的居住需求。實際上，智能家居很早就已經開始出現在住宅應用領域，隨著科技的進步，其自身也在不斷發展。

2.1 智能社區的應用前景

2.1.1 在電子商務領域

如今，互聯網電子商務不斷改變著人們的生活。未來隨著物聯網平臺技術的進一步發展成熟，住宅社區電子商務也會拓展更多的實際應用；未來的配送除了有快遞員，甚至可以通過無人機和智能機器人來實現。社區居民在家中就可以連接社區菜場、社區藥店、社區便利店，一些生活必備品可以通過手機APP 直接下單配送。

2.1.2 在醫療和養老領域

5G 時代的到來，使得醫療和養老服務也可以結合5G 技術得到進一步發展。5G 遠程醫療使得小區住戶在小區的5G 醫療站可以連接到對應的專業醫院和醫生，使小區業主在最短時間內得到初步診斷和治療，再根據需要，有針對性地送往專業醫院進一步治療。

5G 技術也使得居家式養老模式能夠更好地實現。通過各類傳感器，可實時監控老人的各種體征體態，讓子女可以安心上班工作；對應的專業養老結構可以根據實時傳輸的數據，給出日常生活中老人需要注意的事項，以及在突發事件發生時，及時制定處理方案。

2.2 智能家居的特點

2.2.1 使用便利性

以使用者的體驗感為核心是智能家居的至關點?？萍嫉膽檬墙o人們帶來方便，而不是增加人們使用科技的復雜性。所有的智能家居網關控制功能包括智能家電設備的控制、電動窗簾開關的控制、可變智能燈光控制、紅外防盜報警、單元門禁對講等，應按照具體住戶的使用需求，個性化設置不同的情景模式，如：離家模式、回家模式、閱讀模式、影音娛樂模式等，方便使用者一鍵操作。

此外，還可以將語音音箱作為控制網關，通過語音指令傳達，控制各個場景模式。

2.2.2 通訊協議的標準性

智能家居系統的兼容接入分為有線和無線兩種方式。有線布控通常用在別墅等戶型面積較大、隔墻較多的場所，其穩定性優于無線布控方式，但往往需要占用較大的機房面積。近年來，無線布控得到廣泛的應用發展，主要有WiFi、藍牙、zigbee 等，它不需要很大的機房面積；系統的擴充性和擴展性也優于有線，在業主購買新的設備后，可以更加方便地接入，但系統的穩定性稍遜于有線布控方式。未來，隨著科學技術的進步，無線布控終將會成為智能家居系統的主要集成方式。

2.3 智能家居的發展現狀及問題

目前，國內智能家居的品牌眾多，百花齊放，其實際應用的主要功能如圖9 所示。但截止2020 年底，智能家居的發展并沒有迎來預期的集中爆發，總體來講，是因為非需求功能產生的產品溢價，消費者并不買賬。經分析，排在第一梯隊最主要的障礙分別來自于產品、用戶、技術3 個維度：①首當其沖的是目前市面上的產品，人機交互體驗較差（12.7%），比如語音識別及延遲；②沒有真正挖掘用戶的剛需應用場景（11.3%），智能家居往往成為雞肋配置；③由于全屋智能家居系統尚未形成（11.0%），產品之間協議未打通，無法互聯互通，缺乏聯動性。

圖9 智能家居應用系統主要功能

業內停留在“為了智能而智能”的階段，最終導致用戶不愿意為非需求功能提升而產生的產品溢價買單。

3 結語

進入后疫情時代，越來越多的人開始重視住宅的安全與健康問題。五恒綠色科技系統所配置的除霾抗菌新風系統，最大限度上保障了空氣的質量；智慧社區保障了小區居民無接觸通行，以及對人員信息的大數據追蹤和分析；智能家居使人們可以足不出戶居家辦公，上網課變得更加方便有效。科技住宅的進步和發展正在逐步改善人們的生活水平。