“科技住宅”概念及技术体系探讨

李 毅， 汪 涌， 张 帅， 王海峰， 侯 涛

(1.北京维拓时代建筑设计股份有限公司，北京100025；2.中国金茂控股集团有限公司-北京公司，北京100071)

0 引言

随着我国科技发展水平的不断提升及人民生活水平的不断提高，人们渴望一种更高品质的居住空间，享受最新的科技成果，获得健康、舒适、便捷、快乐的生活体验，“科技住宅”产品应运而生。在百度上搜索“科技住宅”一词，会出现成千上万条相关条目，因此，不能忽略“科技住宅”这一概念的存在。“科技住宅”所追求的目标与效果，在许多方面与绿色建筑、主动建筑、被动建筑、智能建筑等概念相互重叠或相近，它是否有其独特的特征呢?本文将对这一问题进行分析、探讨。

1 “科技住宅”概念

1.1 “科技住宅”定义探讨

“科技住宅”一般强调采用最新科技手段，协调人与居住环境的关系，其具有明显的“科技感”和技术领先性。

目前，“科技住宅”是一个概念，不是一个统一标准，尚无评价体系。

“科技住宅”概念的建立与发展，满足了人们内心的美好追求与期待，人们内心有一个相似或相近的衡量标准，因为生活已经被蓬勃发展的新技术、新产品所包围，人们希望科技成果走进生活，提升我活品质。

近年来在我国，“科技住宅”概念随着时代的进步与发展、人们生活水平的不断提升而产生，市场上也出现许多以其命名的住宅产品。这也体现了人们对“未来住宅”的期待。

当讨论“科技住宅”时，应该以一种产品的思维角度去考虑，不应是技术的叠加、堆砌。它以一种集成产品的形态出现，服务于人，满足用户需求。应该从“以人文本”的角度去讨论和研究。

简单的来说，就是通过一系列最新的、适宜的科技体系，构建健康、舒适、绿色节能、智能化的高品质住宅。

1.2 “科技住宅”基本特征

经过对目前市场上的“科技住宅”产品典型案例分析，尽管各自的侧重点不同，但亦有相近的特征。笔者认为，健康、节能、智能是“科技住宅”的三个基本特性，三个特性是融合的关系。

下面就从用户体验的角度探讨三个特征之间的关系。室内环境的健康与舒适水平，是用户体验所追求的第一目标。

健康与舒适水平的提高不能以高能耗为代价，需要采用节能技术平衡节能目标。同时，节能是社会可持续发展的必然需求，节能目标的实现是履行社会责任的体现。节能是社会整体健康发展的需求，同时也可以降低住宅运行成本，是客户体验追求的次要目标。

智能具有双重特性，第一，智能技术是实现健康、节能特性的一种手段；第二，智能技术本身为用户带来便利与愉快，是用户体验追求的目标之一。

站在用户体验的角度，用户对“科技住宅”特征关注程度如图1所示。

图1 用户对“科技住宅”特征关注程度示意图

2 “科技住宅”的主要技术体系

“科技住宅”相对于其他普通住宅，对于新技术、新产品的应用具有明显的先进性，与市场的普遍性相比具有适度的超前性。“科技住宅”为实现其特定的目标，采用了众多不同的技术体系，概括起来主要包括3个方面，即绿色节能外围护建筑技术体系、居住空间空气环境技术体系、住宅智能化技术体系。

2.1 绿色节能外围护建筑技术体系

(1)节能外围护结构的作用

为了保持室内温度处于人体感受的舒适区，并保持温度的尽量恒定，减少室外环境变化对室内的影响。建筑本身不过分依赖主动技术手段，减少维持环境所产生的能源消耗，需要建筑室内温度的变化相对于室外环境的变化具有“惰性”特征。因此，建筑的外围护结构的节能体系设计至关重要，是绿色节能建筑的基础条件。

(2)节能外围护建筑技术

绿色节能外围护建筑技术体系包括:高效保温隔热外墙体系；热桥阻断构造技术；高效保温隔热屋面技术与构造；高效门窗系统与构造技术；高性能保温隔热技术与选用；高性能遮阳技术系统等。

科技住宅中外墙应用比较广泛的是外保温系统，主要采用膨胀聚苯板(EPS)薄抹灰外墙外保温系统或挤塑聚苯板(XPS)薄抹灰外墙外保温系统。节能窗在实际使用中以中空玻璃塑钢窗、中空玻璃断桥铝合金窗为代表，而低辐射镀膜玻璃(Low-e)、中空玻璃在近年来的科技住宅中广泛使用。建筑遮阳是建筑节能的有效措施之一。

建筑的外围护体系非本文论述重点，但建筑设计是一个整体体系，设计师需要对各组成部分有相应的了解，特别是对相关系统之间的协调关系、优化关系有所考虑。

(3)外围护结构与通风系统

在过渡季(非采暖、空调季)，可通过开窗调节气流来改善室内环境，降低空调负荷，达到节能的目的。

在采暖、空调季，希望提高外窗的气密性，并减少外窗开启。提高外窗气密性，保持室内环境变化的“惰性”，对提高建筑节能起到促进作用。外窗气密性提高对于室内空气“清新度”的保持构成矛盾，需要考虑机械新风系统的配合。新风系统的开启又会同时增加建筑的耗能。对空调系统、新风系统采用智能化控制技术，在保持室内环境舒适度的同时，减少不必要的能源消耗，使建筑节能与室内环境健康、舒适之间保持一定的平衡，各因素之间的关系见图3示意。

图2 健康、舒适与建筑节能之间平衡关系示意图

如图2所示，相对封闭的外围护体系对机械通风系统有依存关系，为实现健康、舒适与节能之间的平衡，需要采用智能化控制手段减少环境能耗。

2.2 居住空间空气环境技术体系

(1)空气环境控制的要求

居住空间空气环境的健康及舒适是居住者的核心诉求之一，在满足居住功能、居住空间要求后，对室内空气环境的要求将上升为主要关注点。

健康、舒适的室内环境是“科技住宅”的主要特征之一，一些“科技住宅”宣称设置所谓的“三恒系统”，即恒温、恒湿、恒氧，表现了对营造良好室内空气环境的重视。故空气环境控制的主要关注点为:温度、适度的控制及空气品质的控制。

(2)典型空气环境技术体系

循环地源热泵系统＋毛细管管网低温辐射系统＋新风系统是“科技住宅”一种典型的技术体系，包括高效热回收新风系统；除霾、高效过滤技术；毛细管管网低温辐射系统；恒温、恒湿控制技术；循环地源热泵系统。

新风系统可采用高效热回收技术，节约运行能耗。为提高空气品质，新风系统可加装高效过滤装置，消除PM2.5污染。

毛细管管网低温敷设系统，可以冬季供暖、夏季供冷。辐射空调方式无吹风感、无噪声，极大提高了人体舒适感。

循环地源热泵系统，冬季利用地下土壤中蕴含的浅层地热能，夏季地源热泵主机不需要启动，直接与地下水换热即可满足供冷需求。循环地源热泵系统利用了可再生能源，系统效率高，节省运行能耗。

(3)空气环境技术体系与目标实现

空气环境技术体系以实现健康、舒适的室内环境为首要目标，同时还要实现绿色、节能的目标，实现运行控制智能化的任务。空气环境技术体系与实现目标的关系见图3示意。

图3 空气环境技术体系与实现目标的关系示意图

空气环境技术体系的设计应贯穿绿色节能理念，控制其耗能指标是关键技术之一。需要采用高效能源利用方案及设备，包括地源热泵系统、新风热回收系统。同时，智能控制系统、能源管理系统的合理应用亦能提高节能效果。

为提高舒适性体验，室内环境温/湿度需要满足个性化需求。为实现不同区域、不同时段的温/湿度可调节，可利用智能化控制手段，进行分区控制、分时控制、自适应控制。

各技术体系的采用是为了实现相应的目标，但并非实现单一目标。实现健康兼顾节能目标，在节能的同时考虑健康、舒适、智能的要求。

2.3 住宅智能化技术体系

(1)住宅智能化区域划分

居住建筑的智能化系统，按照控制区域可分为社区智能化系统、楼宇智能化系统、家居智能化系统，关系如图4示意。

图4 住宅智能化系统按区域划分示意图

住宅建筑智能化由多个不同的子系统组成，是一个成熟的概念体系，从不同的角度可以有不同的系统划分方式。从用户体验的角度看，发现用户越来越关注的是“智能家居”体验。

(2)智能家居概念

智能家居是以住宅为平台的家庭智能系统，利用先进的技术与产品，通过系统的集成提升家居安全性、便利性、舒适性，并实现环保节能的居住环境。

从用户体验的角度，智能家居系统可以划分为智能家庭安防系统、智能家庭控制系统、智能家庭信息网络系统及家庭智能末端设备。每个系统可以成为独立的系统，通过网络系统(包括有线网络、无线网络)的连接组成相互关联的整体系统。

家庭智能末端设备的不断丰富与发展推动了智能家居概念的丰富与发展。物联网技术的不断成熟将推动智能家居应用向更高水平演变。

(3)现代智能家居特征

智能家居概念由智能住宅概念演变而来，推动其演变的仍然是最先进的信息通讯技术。智能家居概念的发展得益于智能末端设备的不断丰富与发展，由于无线网络的普及与发展，智能家居概念已经超出了传统的智能化设计的概念，包含了用户的参与互动。智能家居的场景应是开放的、可扩充的、可更改的。

现代智能家居特征之一是“多网络连接”，不能进行信息通讯的设备不能称其为智能家居设备。现代智能家居特征之二是“智慧”，设备、人、环境之间能够“感应”及互动，设备的功能动作不是固定的，而是“柔性”的、可变的。

智能家居服务于人，实现人的愿望，以人为核心，如图5所示。

图5 智能家居系统构成示意图2

(4)智能家居设备集成

智能家居的设备集成有很多种划分方式，本文中笔者将系统划分为4部分:家庭信息网络、家庭智能安防、家庭智能控制、家庭智能末端，见图6示意。

图6所示内容不尽全面、合理，仅供同行参考。随着科技的发展和进步，新的设备及应用会不断地更新与丰富，处于不断地发展与变化之中。作为一个实际的住宅项目，不可能是以上所有设备的集成，应该是根据项目的定位及主要目标述求，进行合理的优化和组合。国家设计规范及地方法规强制要求的设置，则必须设置。

图6 智能家居的设备集成示意图

3 “科技住宅”设计案例

下面以一个实际案例说明“科技住宅”设计的特点及实现的功能，其智能化系统示意图见图7。

图7 某“科技住宅”项目智能家居系统示意图

(1)室内环境系统采用集中冷热源供给系统，采用地源热泵＋燃气锅炉辅热方案，户内末端设备采用毛细管网低温敷设方式。户内利用温/湿度控制器调节分集水器电动阀控制室内温度，温/湿度控制器与室内智能家居系统联网。各楼设置集中新风换热机房，通过集中风井向户内输送新风，保持室内较好的空气品质。环境设备采用DDC控制系统，实时监测室内外环境情况，自动控制设备技术参数，并进行能耗数据的自动统计、分析。

(2)设置家庭智能控制主机，通过智能控制模块控制部分照明灯具及电动窗帘，系统可以对照明、窗帘进行程序和场景控制。

(3)通过“一键开关”控制面板，用户可以控制家庭电气设备的“离家”状态及“在家”状态。在“离家”状态时，系统可自动断开不需使用的家用电器电源，节约不必要的电力能耗，同时提高家庭用电的安全性。

(4)本项目智能家居控制系统以有线系统为主，智能控制主机通过局域网接口与家庭网络路由器连接，构建家庭无线网络环境，用户可使用移动端设备控制电器设备，也可以在户外使用手机通过蜂窝移动网络监视、控制家庭电器设备。

(5)通过设置无线网关，用户后期可自行添加更多的智能终端设备，构建开放的智能家居控制平台。设计时应考虑通讯总线、通讯协议的相互兼容，使智能家居系统具有扩展性、灵活性、方便性。

4 “科技住宅”的智能家居设计发展方向

笔者认为，科技住宅智能家居设计有以下几个发展方向。

(1)满足人们心理要求提升

满足了居住环境的基本使用要求后，智能家居应满足人们心理要求的提升。如安全性健康性，便捷、舒适性，娱乐性、趣味性等要求的提升。

(2)有线系统与无线兼容，逐步向无线系统设计转化

系统接线以有线连接为基础，无线连接为补充。有线连接稳定性高，目前仍无法替代，但应该考虑无线连接的接口及方式。无线连接的可移动性、灵活性优点，使之成为未来的发展方向。

(3)智能化设计向智慧化设计转化

传统的壁挂式智能控制主机指令式操作控制，越来越不符合现代人的操作习惯。取而代之的是菜单式操作控制、无操作控制。所有复杂的控制逻辑隐藏于后台，系统具有友好的操作界面。面对用户的是“傻瓜式”控制方式，如自适应控制、感应控制、一键控制、语音控制、手机控制等。

(4)“传统住宅智能化设计”向“现代智能家居设计”转化

适应智能家居发展的设计，并不仅仅是在原来智能化设计的基础上增加点位及管路，而应是设计思路、设计方法的逐步改进，需要设计创新。例如低压直流电源接口的预留、网络信号有线与无线信号接口的预留、无线信号覆盖强度的估算、家庭信息存储及交换设施设计、家庭信息网络设备供电可靠性提升等。

5 结束语

“科技住宅”可以说是高品质住宅的代名词之一，其立足于最新的科技手段，致力于创造更好的客户体验与生活享受，提升住宅的价值。设计师需要真正了解“科技住宅”这一概念所要实现的真正的目的，探讨、研究其实现的方法与手段，而不是炫耀概念与“噱头”，不是进行最新技术、最新产品的“堆砌”。对于“科技住宅”项目的设计，需要了解各技术体系的的方案及相互之间的关联关系，重点要做好室内环境系统控制的设计及智能家居系统的设计，紧跟时代发展的脚步。