科技住宅的发展及现状

■ 刘剑飞 LIU Jianfei

0 引言

在民用住宅商品化的进程里，经历了3 次有关舒适性的革命，随后进入到第四代智能化住宅产品（图1）；而当下越燃越热的科技住宅革命，虽然看起来有点名目繁多，但本质上是从更基本的层面来考虑人类对于舒适性的要求。总体来说，科技住宅主要有两个维度，即：①以五恒技术为核心的绿色科技；②以当前5G 应用为核心的智慧社区+智能家居系统。

图1 住宅发展至第四代科技智能化住宅产品

1 五恒绿色科技系统

1.1 五恒系统综述

所谓五恒系统，即恒温、恒湿、恒氧、恒净、恒洁（图2），既不需要室内设置吊顶安装出风口和风机，也不会有空调出风口对着人体直吹而导致我们常说的空调病。其装饰简约美观，且节约室内空间高度；采用地板输送新风的“地送顶回”模式，空气换气效率高[1]。

1.2 五恒系统分类及对比

1.2.1 按能源供给端分类

五恒系统按照能源供给端可分为集中式和分户式两种。其中，集中式技术主要利用地球表面浅层地热资源作为冷热源，即采用地源热泵系统；分户式系统则类似我们传统的VRV空调系统，采用空气源热泵作为冷热源。

1.2.1.1 集中式五恒系统——地源热泵系统

地源热泵技术属于可再生能源利用技术，它是利用地下地热资源进行热量交换既能供热又能制冷的高效节能环保型空调技术（图2）。仅需少量电能，地源热泵就可以实现能量从低温向高温热源的转移。冬季，把土壤中的热量置换出来，供给室内采暖；夏季，把室内的热量置换到土壤中去，来满足室内空调降温的需求。地源热泵仅使用电力，不会产生碳排放，也无需使用氟利昂制冷外机；由于不用直接向周围环境排热，不会产生热岛效应；它没有室外机，不会产生噪音；也不需要抽取地下水，因而不会对地下水资源造成破坏。地源热泵在满足夏季制冷、冬季供暖的同时，还可以全年提供生活热水。

1.2.1.2 分户式五恒系统

分户式五恒能源系统（图3）是结合中国气候及建筑技术特点，以独立家庭的“户”为单位，采用分户式风冷热泵作为供给能源，每户独立承担相关运营费用，以解决集中式地缘热泵一经开启必须全部用户分摊费用的难题。目前，分户式五恒系统正越来越多地被运用到实际项目中。

1.2.1.3 两种能源供给系统的比较

（1）项目初期投资对比：相比分户式五恒系统，集中式五恒系统一次性设备、主材等资金投入多。

（2）施工建设难度对比：集中式五恒系统建筑内预留结构多，施工交叉较多，需要施工机械较多，施工难度大于分户式系统。

（3）设备空间及产品使用：与集中式相比，分户式五恒系统设备体积庞大，需要建筑设计方案配置较大的设备平台且设备冗杂。

（4）年平均运行费用大致估算对比：集中式30 元/m2，分户式45元/m2。

（5）集中式系统24h 开启，在入住率不高的情况下，即使新风机组采用变频方式节能，但仍会产生较大的能源消耗及运行费用支出；且运行人员仍旧需24h 值班来维护系统运行。需要专业人员、专业公司进行系统的运行及维护，大型机组设备检修、维护成本高、难度大，很多情况还需要设备厂家进行配合（保修期后），一旦出现设备故障，有可能造成供暖制冷的大面积中断而招致业主投诉，或者导致业主室内结露产生损失赔偿等情况的出现。

综上是两种五恒系统能源端的优缺点比较。总体来讲，集中式系统初期投入高、施工难度大，且后期对于运营维护人员的技术水平要求也比较高。因此，结合我国市场特点，以及分户式系统技术的日趋成熟，目前市场主流开发商的五恒系统项目以分户式系统为主。

1.2.2 按辐射末端分类及对比

辐射供冷末端装置分为毛细管、辐射板吊顶、地板辐射三种主要形式。辐射空调能减小和避免传统中央空调空气二次污染的问题，本次新冠疫情或许是推动其发展的契机。

1.2.2.1 毛细管辐射式空调

毛细管辐射式空调通过在顶棚或墙面上敷设PVC 毛细管，向室内辐射换热。称其为毛细管，是因为敷设的PVC 水管很像我们人体皮肤下的毛细血管（图4）。与传统空调通过空气对流的方式不同，毛细管辐射是水管内的流体介质直接以辐射的方式和室内空气交换热量，实现制冷或制热需求。因其管道直径通常在4mm以内，减少了室内设备安装对净高的空间影响。

1.2.2.2 金属辐射板吊顶

金属辐射板吊顶由水媒介外加石墨超导层组成（图5），是一种类似“三明治”的结构形式，即中间是冷媒，上部为保温绝缘材料，下部是露出室内的吊顶辐射板。其原理是：以夹芯中的冷媒介质与辐射板进行热交换，裸露的吊顶辐射板以辐射的方式和室内空气交换热量，实现制冷或制热的需求。吊顶辐射板一般采用不锈钢板等金属材料，相比毛细管辐射空调，辐射板吊顶更加健康舒适，且因为金属的导热系数优于石膏板，节能效果更好。缺点在于价格较高，且必须在比较干燥的环境运行，否则容易结露[2]。

图2 地缘热泵原理示意图

图3 分户式五恒系统原理示意图

1.2.2.3 地板辐射

地板辐射类似我们传统所说的地暖，供冷也以水作为媒介，以辐射和对流的方式由地面向室内提供冷量。地板辐射通常只适合作为供暖使用，在我国比较少见。若将地板辐射用于制冷环境，地板温度会降到最低，而热空气集中在室内上部，会令使用者体感不舒服；且地面热阻系数大，导热效率低。

1.2.3 几种辐射末端系统的比较

相比下来，毛细管辐射安装灵活，对精装造型影响小且节约层高，基本无漏点。但由于是湿式作业，工艺较复杂，现阶段初期投资较高；且通径小易堵塞，对水质要求较高。金属辐射板采用工厂预制装配式安装，保温一体，较毛细管辐射效果更高、体感更舒适；但其成本较毛细管辐射更高，有结露隐患；且传统接头较多，漏点较毛细管辐射多。

图4 顶棚敷设PVC 毛细管

图5 吊顶辐射板

结合使用成本及本次新冠疫情的经验，笔者认为，家用可以毛细管辐射为主，高端办公、酒店及人员复杂密集的环境可以逐步推广金属辐射系统。

1.2.4 应用前景

目前，国内对五恒系统的应用项目主要集中在长江中下游地区，气候冬冷夏热，常年湿度较大。例如，位于上海浦东陆家嘴金融中心的星展银行大厦（图6），其空调系统即采用金属辐射板（图7）作为辐射末端。对项目的运行情况进行调研及监测，发现自建成使用以来，其运行特点如下。

图6 上海星展银行大厦

图7 星展银行的金属吊顶辐射空调

（1）优点：①静音效果好，办公区除了用电设备的电流声，感受不到传统空调电机和风口的噪声；②可靠性高，原来担心的结露并未发生；③由于没有冷凝水，吊顶里的卫生状况一直很好，物业对此系统非常认可。

（2）缺点：①由于项目刚开始设计时，仅仅考虑新风量的补充，导致整个办公空间内气流扰动不足，部分空间感觉空气新鲜度不够，此问题在试运行阶段通过增加吊顶内风机的方式得到了改善；②原来希望的“节能”预期效果没有明显表现出来，实际使用习惯和设计预估有偏差，导致节能未达到预期值；③金属辐射板系统成本仍然较高，由于没有大面积被采用推广，单位成本很难下降。

随着居民收入水平的提高，以及对五恒系统认知度的提升，五恒绿色科技将走入越来越多的家庭。

1.2.5 使用注意事项

最后补充一点，未使用过五恒系统的业主，有可能会在夏季开窗通风时造成室内结露，从而增加能源消耗使得运行费用大幅增加；也可能会在不允许打孔、钉钉子的墙面、地面施工造成毛细管网辐射末端泄露。因此，需要长期培养业主良好的使用习惯，防止上述情况的发生。

2 智慧社区+智能家居系统

随着物联网技术的发展和5G 时代的来临，智慧社区与智能家居系统正慢慢走进大众的生活。

所谓智慧社区，是利用物联网、云计算等最新的信息科学技术，为社区居民提供一个安全、健康、舒适、便利的智慧化生活环境（图8）。尤其是2020 年新冠疫情爆发以来，利用信息化技术的无感通行、人员轨迹追踪等技术，在疫情中发挥了巨大的积极作用，凸显了智慧社区发展的重要性。

图8 智慧社区管理系统

智能家居则是将各电器设备的网络通信协议、产品自动化、综合布线技术、语音识别等家居生活有关的设备整合集成在一个居住空间内，以提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，全面提高人们对于美好生活的居住需求。实际上，智能家居很早就已经开始出现在住宅应用领域，随着科技的进步，其自身也在不断发展。

2.1 智能社区的应用前景

2.1.1 在电子商务领域

如今，互联网电子商务不断改变着人们的生活。未来随着物联网平台技术的进一步发展成熟，住宅社区电子商务也会拓展更多的实际应用；未来的配送除了有快递员，甚至可以通过无人机和智能机器人来实现。社区居民在家中就可以连接社区菜场、社区药店、社区便利店，一些生活必备品可以通过手机APP 直接下单配送。

2.1.2 在医疗和养老领域

5G 时代的到来，使得医疗和养老服务也可以结合5G 技术得到进一步发展。5G 远程医疗使得小区住户在小区的5G 医疗站可以连接到对应的专业医院和医生，使小区业主在最短时间内得到初步诊断和治疗，再根据需要，有针对性地送往专业医院进一步治疗。

5G 技术也使得居家式养老模式能够更好地实现。通过各类传感器，可实时监控老人的各种体征体态，让子女可以安心上班工作；对应的专业养老结构可以根据实时传输的数据，给出日常生活中老人需要注意的事项，以及在突发事件发生时，及时制定处理方案。

2.2 智能家居的特点

2.2.1 使用便利性

以使用者的体验感为核心是智能家居的至关点。科技的应用是给人们带来方便，而不是增加人们使用科技的复杂性。所有的智能家居网关控制功能包括智能家电设备的控制、电动窗帘开关的控制、可变智能灯光控制、红外防盗报警、单元门禁对讲等，应按照具体住户的使用需求，个性化设置不同的情景模式，如：离家模式、回家模式、阅读模式、影音娱乐模式等，方便使用者一键操作。

此外，还可以将语音音箱作为控制网关，通过语音指令传达，控制各个场景模式。

2.2.2 通讯协议的标准性

智能家居系统的兼容接入分为有线和无线两种方式。有线布控通常用在别墅等户型面积较大、隔墙较多的场所，其稳定性优于无线布控方式，但往往需要占用较大的机房面积。近年来，无线布控得到广泛的应用发展，主要有WiFi、蓝牙、zigbee 等，它不需要很大的机房面积；系统的扩充性和扩展性也优于有线，在业主购买新的设备后，可以更加方便地接入，但系统的稳定性稍逊于有线布控方式。未来，随着科学技术的进步，无线布控终将会成为智能家居系统的主要集成方式。

2.3 智能家居的发展现状及问题

目前，国内智能家居的品牌众多，百花齐放，其实际应用的主要功能如图9 所示。但截止2020 年底，智能家居的发展并没有迎来预期的集中爆发，总体来讲，是因为非需求功能产生的产品溢价，消费者并不买账。经分析，排在第一梯队最主要的障碍分别来自于产品、用户、技术3 个维度：①首当其冲的是目前市面上的产品，人机交互体验较差（12.7%），比如语音识别及延迟；②没有真正挖掘用户的刚需应用场景（11.3%），智能家居往往成为鸡肋配置；③由于全屋智能家居系统尚未形成（11.0%），产品之间协议未打通，无法互联互通，缺乏联动性。

图9 智能家居应用系统主要功能

业内停留在“为了智能而智能”的阶段，最终导致用户不愿意为非需求功能提升而产生的产品溢价买单。

3 结语

进入后疫情时代，越来越多的人开始重视住宅的安全与健康问题。五恒绿色科技系统所配置的除霾抗菌新风系统，最大限度上保障了空气的质量；智慧社区保障了小区居民无接触通行，以及对人员信息的大数据追踪和分析；智能家居使人们可以足不出户居家办公，上网课变得更加方便有效。科技住宅的进步和发展正在逐步改善人们的生活水平。