“科技住宅”概念及技術(shù)體系探討

李 毅， 汪 涌， 張 帥， 王海峰， 侯 濤

(1.北京維拓時(shí)代建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，北京100025；2.中國金茂控股集團(tuán)有限公司-北京公司，北京100071)

0 引言

隨著我國科技發(fā)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(zhì)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(yàn)，“科技住宅”產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。在百度上搜索“科技住宅”一詞，會(huì)出現(xiàn)成千上萬條相關(guān)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(biāo)與效果，在許多方面與綠色建筑、主動(dòng)建筑、被動(dòng)建筑、智能建筑等概念相互重疊或相近，它是否有其獨(dú)特的特征呢?本文將對(duì)這一問題進(jìn)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(qiáng)調(diào)采用最新科技手段，協(xié)調(diào)人與居住環(huán)境的關(guān)系，其具有明顯的“科技感”和技術(shù)領(lǐng)先性。

目前，“科技住宅”是一個(gè)概念，不是一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，尚無評(píng)價(jià)體系。

“科技住宅”概念的建立與發(fā)展，滿足了人們內(nèi)心的美好追求與期待，人們內(nèi)心有一個(gè)相似或相近的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樯钜呀?jīng)被蓬勃發(fā)展的新技術(shù)、新產(chǎn)品所包圍，人們希望科技成果走進(jìn)生活，提升我活品質(zhì)。

近年來在我國，“科技住宅”概念隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展、人們生活水平的不斷提升而產(chǎn)生，市場(chǎng)上也出現(xiàn)許多以其命名的住宅產(chǎn)品。這也體現(xiàn)了人們對(duì)“未來住宅”的期待。

當(dāng)討論“科技住宅”時(shí)，應(yīng)該以一種產(chǎn)品的思維角度去考慮，不應(yīng)是技術(shù)的疊加、堆砌。它以一種集成產(chǎn)品的形態(tài)出現(xiàn)，服務(wù)于人，滿足用戶需求。應(yīng)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(gòu)建健康、舒適、綠色節(jié)能、智能化的高品質(zhì)住宅。

1.2 “科技住宅”基本特征

經(jīng)過對(duì)目前市場(chǎng)上的“科技住宅”產(chǎn)品典型案例分析，盡管各自的側(cè)重點(diǎn)不同，但亦有相近的特征。筆者認(rèn)為，健康、節(jié)能、智能是“科技住宅”的三個(gè)基本特性，三個(gè)特性是融合的關(guān)系。

下面就從用戶體驗(yàn)的角度探討三個(gè)特征之間的關(guān)系。室內(nèi)環(huán)境的健康與舒適水平，是用戶體驗(yàn)所追求的第一目標(biāo)。

健康與舒適水平的提高不能以高能耗為代價(jià)，需要采用節(jié)能技術(shù)平衡節(jié)能目標(biāo)。同時(shí)，節(jié)能是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然需求，節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是履行社會(huì)責(zé)任的體現(xiàn)。節(jié)能是社會(huì)整體健康發(fā)展的需求，同時(shí)也可以降低住宅運(yùn)行成本，是客戶體驗(yàn)追求的次要目標(biāo)。

智能具有雙重特性，第一，智能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)健康、節(jié)能特性的一種手段；第二，智能技術(shù)本身為用戶帶來便利與愉快，是用戶體驗(yàn)追求的目標(biāo)之一。

站在用戶體驗(yàn)的角度，用戶對(duì)“科技住宅”特征關(guān)注程度如圖1所示。

圖1 用戶對(duì)“科技住宅”特征關(guān)注程度示意圖

2 “科技住宅”的主要技術(shù)體系

“科技住宅”相對(duì)于其他普通住宅，對(duì)于新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用具有明顯的先進(jìn)性，與市場(chǎng)的普遍性相比具有適度的超前性。“科技住宅”為實(shí)現(xiàn)其特定的目標(biāo)，采用了眾多不同的技術(shù)體系，概括起來主要包括3個(gè)方面，即綠色節(jié)能外圍護(hù)建筑技術(shù)體系、居住空間空氣環(huán)境技術(shù)體系、住宅智能化技術(shù)體系。

2.1 綠色節(jié)能外圍護(hù)建筑技術(shù)體系

(1)節(jié)能外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用

為了保持室內(nèi)溫度處于人體感受的舒適區(qū)，并保持溫度的盡量恒定，減少室外環(huán)境變化對(duì)室內(nèi)的影響。建筑本身不過分依賴主動(dòng)技術(shù)手段，減少維持環(huán)境所產(chǎn)生的能源消耗，需要建筑室內(nèi)溫度的變化相對(duì)于室外環(huán)境的變化具有“惰性”特征。因此，建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能體系設(shè)計(jì)至關(guān)重要，是綠色節(jié)能建筑的基礎(chǔ)條件。

(2)節(jié)能外圍護(hù)建筑技術(shù)

綠色節(jié)能外圍護(hù)建筑技術(shù)體系包括:高效保溫隔熱外墻體系；熱橋阻斷構(gòu)造技術(shù)；高效保溫隔熱屋面技術(shù)與構(gòu)造；高效門窗系統(tǒng)與構(gòu)造技術(shù)；高性能保溫隔熱技術(shù)與選用；高性能遮陽技術(shù)系統(tǒng)等。

科技住宅中外墻應(yīng)用比較廣泛的是外保溫系統(tǒng)，主要采用膨脹聚苯板(EPS)薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)或擠塑聚苯板(XPS)薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)。節(jié)能窗在實(shí)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(jié)能的有效措施之一。

建筑的外圍護(hù)體系非本文論述重點(diǎn)，但建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)整體體系，設(shè)計(jì)師需要對(duì)各組成部分有相應(yīng)的了解，特別是對(duì)相關(guān)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系、優(yōu)化關(guān)系有所考慮。

(3)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)與通風(fēng)系統(tǒng)

在過渡季(非采暖、空調(diào)季)，可通過開窗調(diào)節(jié)氣流來改善室內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。

在采暖、空調(diào)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(nèi)環(huán)境變化的“惰性”，對(duì)提高建筑節(jié)能起到促進(jìn)作用。外窗氣密性提高對(duì)于室內(nèi)空氣“清新度”的保持構(gòu)成矛盾，需要考慮機(jī)械新風(fēng)系統(tǒng)的配合。新風(fēng)系統(tǒng)的開啟又會(huì)同時(shí)增加建筑的耗能。對(duì)空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)采用智能化控制技術(shù)，在保持室內(nèi)環(huán)境舒適度的同時(shí)，減少不必要的能源消耗，使建筑節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境健康、舒適之間保持一定的平衡，各因素之間的關(guān)系見圖3示意。

圖2 健康、舒適與建筑節(jié)能之間平衡關(guān)系示意圖

如圖2所示，相對(duì)封閉的外圍護(hù)體系對(duì)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)有依存關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)健康、舒適與節(jié)能之間的平衡，需要采用智能化控制手段減少環(huán)境能耗。

2.2 居住空間空氣環(huán)境技術(shù)體系

(1)空氣環(huán)境控制的要求

居住空間空氣環(huán)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(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境的要求將上升為主要關(guān)注點(diǎn)。

健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境是“科技住宅”的主要特征之一，一些“科技住宅”宣稱設(shè)置所謂的“三恒系統(tǒng)”，即恒溫、恒濕、恒氧，表現(xiàn)了對(duì)營造良好室內(nèi)空氣環(huán)境的重視。故空氣環(huán)境控制的主要關(guān)注點(diǎn)為:溫度、適度的控制及空氣品質(zhì)的控制。

(2)典型空氣環(huán)境技術(shù)體系

循環(huán)地源熱泵系統(tǒng)＋毛細(xì)管管網(wǎng)低溫輻射系統(tǒng)＋新風(fēng)系統(tǒng)是“科技住宅”一種典型的技術(shù)體系，包括高效熱回收新風(fēng)系統(tǒng)；除霾、高效過濾技術(shù)；毛細(xì)管管網(wǎng)低溫輻射系統(tǒng)；恒溫、恒濕控制技術(shù)；循環(huán)地源熱泵系統(tǒng)。

新風(fēng)系統(tǒng)可采用高效熱回收技術(shù)，節(jié)約運(yùn)行能耗。為提高空氣品質(zhì)，新風(fēng)系統(tǒng)可加裝高效過濾裝置，消除PM2.5污染。

毛細(xì)管管網(wǎng)低溫敷設(shè)系統(tǒng)，可以冬季供暖、夏季供冷。輻射空調(diào)方式無吹風(fēng)感、無噪聲，極大提高了人體舒適感。

循環(huán)地源熱泵系統(tǒng)，冬季利用地下土壤中蘊(yùn)含的淺層地?zé)崮?，夏季地源熱泵主機(jī)不需要啟動(dòng)，直接與地下水換熱即可滿足供冷需求。循環(huán)地源熱泵系統(tǒng)利用了可再生能源，系統(tǒng)效率高，節(jié)省運(yùn)行能耗。

(3)空氣環(huán)境技術(shù)體系與目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

空氣環(huán)境技術(shù)體系以實(shí)現(xiàn)健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境為首要目標(biāo)，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制智能化的任務(wù)?？諝猸h(huán)境技術(shù)體系與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)系見圖3示意。

圖3 空氣環(huán)境技術(shù)體系與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)系示意圖

空氣環(huán)境技術(shù)體系的設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿綠色節(jié)能理念，控制其耗能指標(biāo)是關(guān)鍵技術(shù)之一。需要采用高效能源利用方案及設(shè)備，包括地源熱泵系統(tǒng)、新風(fēng)熱回收系統(tǒng)。同時(shí)，智能控制系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)的合理應(yīng)用亦能提高節(jié)能效果。

為提高舒適性體驗(yàn)，室內(nèi)環(huán)境溫/濕度需要滿足個(gè)性化需求。為實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域、不同時(shí)段的溫/濕度可調(diào)節(jié)，可利用智能化控制手段，進(jìn)行分區(qū)控制、分時(shí)控制、自適應(yīng)控制。

各技術(shù)體系的采用是為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的目標(biāo)，但并非實(shí)現(xiàn)單一目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)健康兼顧節(jié)能目標(biāo)，在節(jié)能的同時(shí)考慮健康、舒適、智能的要求。

2.3 住宅智能化技術(shù)體系

(1)住宅智能化區(qū)域劃分

居住建筑的智能化系統(tǒng)，按照控制區(qū)域可分為社區(qū)智能化系統(tǒng)、樓宇智能化系統(tǒng)、家居智能化系統(tǒng)，關(guān)系如圖4示意。

圖4 住宅智能化系統(tǒng)按區(qū)域劃分示意圖

住宅建筑智能化由多個(gè)不同的子系統(tǒng)組成，是一個(gè)成熟的概念體系，從不同的角度可以有不同的系統(tǒng)劃分方式。從用戶體驗(yàn)的角度看，發(fā)現(xiàn)用戶越來越關(guān)注的是“智能家居”體驗(yàn)。

(2)智能家居概念

智能家居是以住宅為平臺(tái)的家庭智能系統(tǒng)，利用先進(jìn)的技術(shù)與產(chǎn)品，通過系統(tǒng)的集成提升家居安全性、便利性、舒適性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。

從用戶體驗(yàn)的角度，智能家居系統(tǒng)可以劃分為智能家庭安防系統(tǒng)、智能家庭控制系統(tǒng)、智能家庭信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及家庭智能末端設(shè)備。每個(gè)系統(tǒng)可以成為獨(dú)立的系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(包括有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò))的連接組成相互關(guān)聯(lián)的整體系統(tǒng)。

家庭智能末端設(shè)備的不斷豐富與發(fā)展推動(dòng)了智能家居概念的豐富與發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟將推動(dòng)智能家居應(yīng)用向更高水平演變。

(3)現(xiàn)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(dòng)其演變的仍然是最先進(jìn)的信息通訊技術(shù)。智能家居概念的發(fā)展得益于智能末端設(shè)備的不斷豐富與發(fā)展，由于無線網(wǎng)絡(luò)的普及與發(fā)展，智能家居概念已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)的概念，包含了用戶的參與互動(dòng)。智能家居的場(chǎng)景應(yīng)是開放的、可擴(kuò)充的、可更改的。

現(xiàn)代智能家居特征之一是“多網(wǎng)絡(luò)連接”，不能進(jìn)行信息通訊的設(shè)備不能稱其為智能家居設(shè)備?，F(xiàn)代智能家居特征之二是“智慧”，設(shè)備、人、環(huán)境之間能夠“感應(yīng)”及互動(dòng)，設(shè)備的功能動(dòng)作不是固定的，而是“柔性”的、可變的。

智能家居服務(wù)于人，實(shí)現(xiàn)人的愿望，以人為核心，如圖5所示。

圖5 智能家居系統(tǒng)構(gòu)成示意圖2

(4)智能家居設(shè)備集成

智能家居的設(shè)備集成有很多種劃分方式，本文中筆者將系統(tǒng)劃分為4部分:家庭信息網(wǎng)絡(luò)、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(nèi)容不盡全面、合理，僅供同行參考。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，新的設(shè)備及應(yīng)用會(huì)不斷地更新與豐富，處于不斷地發(fā)展與變化之中。作為一個(gè)實(shí)際的住宅項(xiàng)目，不可能是以上所有設(shè)備的集成，應(yīng)該是根據(jù)項(xiàng)目的定位及主要目標(biāo)述求，進(jìn)行合理的優(yōu)化和組合。國家設(shè)計(jì)規(guī)范及地方法規(guī)強(qiáng)制要求的設(shè)置，則必須設(shè)置。

圖6 智能家居的設(shè)備集成示意圖

3 “科技住宅”設(shè)計(jì)案例

下面以一個(gè)實(shí)際案例說明“科技住宅”設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)的功能，其智能化系統(tǒng)示意圖見圖7。

圖7 某“科技住宅”項(xiàng)目智能家居系統(tǒng)示意圖

(1)室內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)采用集中冷熱源供給系統(tǒng)，采用地源熱泵＋燃?xì)忮仩t輔熱方案，戶內(nèi)末端設(shè)備采用毛細(xì)管網(wǎng)低溫敷設(shè)方式。戶內(nèi)利用溫/濕度控制器調(diào)節(jié)分集水器電動(dòng)閥控制室內(nèi)溫度，溫/濕度控制器與室內(nèi)智能家居系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。各樓設(shè)置集中新風(fēng)換熱機(jī)房，通過集中風(fēng)井向戶內(nèi)輸送新風(fēng)，保持室內(nèi)較好的空氣品質(zhì)。環(huán)境設(shè)備采用DDC控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外環(huán)境情況，自動(dòng)控制設(shè)備技術(shù)參數(shù)，并進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、分析。

(2)設(shè)置家庭智能控制主機(jī)，通過智能控制模塊控制部分照明燈具及電動(dòng)窗簾，系統(tǒng)可以對(duì)照明、窗簾進(jìn)行程序和場(chǎng)景控制。

(3)通過“一鍵開關(guān)”控制面板，用戶可以控制家庭電氣設(shè)備的“離家”狀態(tài)及“在家”狀態(tài)。在“離家”狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)斷開不需使用的家用電器電源，節(jié)約不必要的電力能耗，同時(shí)提高家庭用電的安全性。

(4)本項(xiàng)目智能家居控制系統(tǒng)以有線系統(tǒng)為主，智能控制主機(jī)通過局域網(wǎng)接口與家庭網(wǎng)絡(luò)路由器連接，構(gòu)建家庭無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，用戶可使用移動(dòng)端設(shè)備控制電器設(shè)備，也可以在戶外使用手機(jī)通過蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、控制家庭電器設(shè)備。

(5)通過設(shè)置無線網(wǎng)關(guān)，用戶后期可自行添加更多的智能終端設(shè)備，構(gòu)建開放的智能家居控制平臺(tái)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮通訊總線、通訊協(xié)議的相互兼容，使智能家居系統(tǒng)具有擴(kuò)展性、靈活性、方便性。

4 “科技住宅”的智能家居設(shè)計(jì)發(fā)展方向

筆者認(rèn)為，科技住宅智能家居設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)發(fā)展方向。

(1)滿足人們心理要求提升

滿足了居住環(huán)境的基本使用要求后，智能家居應(yīng)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(tǒng)與無線兼容，逐步向無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化

系統(tǒng)接線以有線連接為基礎(chǔ)，無線連接為補(bǔ)充。有線連接穩(wěn)定性高，目前仍無法替代，但應(yīng)該考慮無線連接的接口及方式。無線連接的可移動(dòng)性、靈活性優(yōu)點(diǎn)，使之成為未來的發(fā)展方向。

(3)智能化設(shè)計(jì)向智慧化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化

傳統(tǒng)的壁掛式智能控制主機(jī)指令式操作控制，越來越不符合現(xiàn)代人的操作習(xí)慣。取而代之的是菜單式操作控制、無操作控制。所有復(fù)雜的控制邏輯隱藏于后臺(tái)，系統(tǒng)具有友好的操作界面。面對(duì)用戶的是“傻瓜式”控制方式，如自適應(yīng)控制、感應(yīng)控制、一鍵控制、語音控制、手機(jī)控制等。

(4)“傳統(tǒng)住宅智能化設(shè)計(jì)”向“現(xiàn)代智能家居設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)化

適應(yīng)智能家居發(fā)展的設(shè)計(jì)，并不僅僅是在原來智能化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加點(diǎn)位及管路，而應(yīng)是設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法的逐步改進(jìn)，需要設(shè)計(jì)創(chuàng)新。例如低壓直流電源接口的預(yù)留、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)有線與無線信號(hào)接口的預(yù)留、無線信號(hào)覆蓋強(qiáng)度的估算、家庭信息存儲(chǔ)及交換設(shè)施設(shè)計(jì)、家庭信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電可靠性提升等。

5 結(jié)束語

“科技住宅”可以說是高品質(zhì)住宅的代名詞之一，其立足于最新的科技手段，致力于創(chuàng)造更好的客戶體驗(yàn)與生活享受，提升住宅的價(jià)值。設(shè)計(jì)師需要真正了解“科技住宅”這一概念所要實(shí)現(xiàn)的真正的目的，探討、研究其實(shí)現(xiàn)的方法與手段，而不是炫耀概念與“噱頭”，不是進(jìn)行最新技術(shù)、最新產(chǎn)品的“堆砌”。對(duì)于“科技住宅”項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，需要了解各技術(shù)體系的的方案及相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，重點(diǎn)要做好室內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)及智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，緊跟時(shí)代發(fā)展的腳步。