探討綠色建筑節(jié)能技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計的應(yīng)用

劉 玲 祖 敏 中國建筑設(shè)計研究院有限公司室內(nèi)空間設(shè)計研究院

1 前言

綠色建筑的節(jié)能性在很大程度上取決于照明、通風(fēng)空調(diào)、采暖等高能耗室內(nèi)設(shè)計內(nèi)容，室內(nèi)設(shè)計中應(yīng)該全面采用節(jié)能技術(shù)，從材料、能源供應(yīng)方式、能源的清潔性、能效比等多個層面降低建筑物能耗，提升能源利用效率。節(jié)能技術(shù)不斷地發(fā)展和進(jìn)步，路徑呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，室內(nèi)設(shè)計中要結(jié)合建筑物特點(diǎn)合理選擇節(jié)能技術(shù)。

2 建筑物室內(nèi)能耗分析

2.1 照明

照明系統(tǒng)在各類建筑物中的能耗（主要指電能）占比通常在10%～20%之間。民用建筑中其他用電項較少，照明是主要的用電項，因而占比更高，大約在20%上下。在現(xiàn)代化室內(nèi)設(shè)計中，照明燈具還具有顯著的裝飾作用，如住宅建筑中的燈帶。室內(nèi)照明工具在功能上存在不同的側(cè)重點(diǎn)，有些強(qiáng)調(diào)照明實用性，有些則是弱化照明功能，突出裝飾性。從節(jié)能角度看，主要發(fā)揮照明功能的燈具屬于“剛性”能耗，不可過分壓縮。而裝飾性燈具實用性較低，在室內(nèi)節(jié)能設(shè)計中應(yīng)該加以控制，適當(dāng)減少，甚至完全取消裝飾性燈具[1]。燈具上應(yīng)用的各類節(jié)能技術(shù)直接關(guān)系到能耗水平，變頻技術(shù)、節(jié)能燈具、鎮(zhèn)流器等均能顯著降低照明系統(tǒng)的能耗。因此在建筑室內(nèi)節(jié)能設(shè)計中，燈具是重要的能耗構(gòu)成，是重點(diǎn)控制的對象。

2.2 室內(nèi)取暖和降溫

（1）室內(nèi)取暖造成能耗。建筑室內(nèi)取暖的形式主要為空調(diào)制熱、城市集中供暖、電加熱設(shè)備制熱、天然氣燃燒制熱（如壁掛爐）。其中城市集中供暖的常見熱介質(zhì)為熱蒸汽和熱水，建筑物室內(nèi)設(shè)置有暖氣片或者地暖，通過燃燒煤炭、可燃性垃圾等產(chǎn)生加熱介質(zhì)的熱能，集中供暖亦可直接從地下采集地?zé)崮?。壁掛爐是當(dāng)前較為常見的一種室內(nèi)熱水供應(yīng)設(shè)備，在有地暖或者暖氣片的建筑物中可直接采用壁掛爐燃燒天然氣加熱冷水，這種供暖方式大多以家庭為單位?？照{(diào)制熱在我國南方省份的冬季取暖中占據(jù)最高的比例，能耗方式為電能[2]。（2）室內(nèi)降溫造成能耗。夏季需使用單體式空調(diào)或中央空調(diào)降低室內(nèi)溫度，空調(diào)系統(tǒng)以電能驅(qū)動壓縮機(jī)實現(xiàn)制冷，成為夏季的高能耗設(shè)備。

2.3 室內(nèi)通風(fēng)換氣

在家庭住宅或者企業(yè)辦公建筑中經(jīng)常設(shè)置專門的新風(fēng)系統(tǒng)。由于建筑物內(nèi)部空間密閉性相對較高，在冬季低溫或空氣質(zhì)量較差時段門窗幾乎全天關(guān)閉，室內(nèi)人員密集，長時間缺乏通風(fēng)會造成室內(nèi)空氣污濁。新風(fēng)系統(tǒng)可實現(xiàn)室內(nèi)空氣的置換，室外空氣經(jīng)過新風(fēng)系統(tǒng)的層層過濾進(jìn)入室內(nèi)環(huán)境中，同時室內(nèi)污濁空氣排除。這一過程由機(jī)械方式實現(xiàn)，住宅建筑中常用靜音型送風(fēng)機(jī)，更大型的建筑通常采用全熱交換器。顯然，這些設(shè)備在運(yùn)行過程中都會消耗一定的電能。

2.4 室內(nèi)能量散失

空調(diào)設(shè)備、新風(fēng)系統(tǒng)、照明燈具等都屬于主動型能耗單位，建筑物的墻體、門窗及屋面等部位與外界環(huán)境直接聯(lián)通，存在一定程度的熱交換，室內(nèi)能量向外界環(huán)境流失也在客觀上損耗了能源，最典型的例子是室內(nèi)熱量向外界流失。隔熱保溫效果不佳以及門窗密封性不嚴(yán)的建筑物，在室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)方面難以長時間維持，導(dǎo)致其不得不延長空調(diào)等設(shè)備的開機(jī)時長，增加了建筑物能耗水平[3]。特別是對于寒冷地區(qū)房屋而言，由于外部環(huán)境溫度較低，對于室內(nèi)能量散失問題要特別重視，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)外壓差為50Pa條件下，滿足N50≤0.6次/h。根據(jù)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，被動節(jié)能建筑的舒適溫度區(qū)間為20℃～26℃，自然室溫低于20℃需要進(jìn)行供暖，如果高于26℃則需要開啟空調(diào)，并引入度小時數(shù)算法，公式為：

公式（1）中，ti表示室內(nèi)溫度低于或者高于空調(diào)啟動溫度的限值，tc表示空調(diào)溫度限值，由室內(nèi)熱環(huán)境舒適溫度確定，Δτ表示計算時間間隔。利用該公式，對寒冷地區(qū)建筑物室內(nèi)空間進(jìn)行供熱、制冷，提升舒適度，避免由于室內(nèi)能量的散失導(dǎo)致室內(nèi)溫度過低。

3 室內(nèi)設(shè)計與建筑能耗之間的關(guān)系

建筑物室內(nèi)設(shè)計的內(nèi)容涵蓋了室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)布局、裝飾裝修、電氣、給排水等一系列內(nèi)容，大量的室內(nèi)設(shè)計內(nèi)容與建筑物能耗水平存在直接的關(guān)聯(lián)。

3.1 室內(nèi)設(shè)計影響著建筑能耗的類型

現(xiàn)代化建筑物在功能和服務(wù)質(zhì)量上大幅提升，為使用者創(chuàng)造了良好的居住體驗和工作體驗，建筑物功能越是完善，其對電氣設(shè)備和各種硬件設(shè)施的要求就越高，整體的能耗水平也會更高。室內(nèi)設(shè)計直接決定了建筑能耗的類型，最終影響著整體的能耗水平。例如，室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)即可采用中央空調(diào)，又可采用傳統(tǒng)的單體式空調(diào)。從制冷效果來看，中央空調(diào)制冷分布均勻、人體舒適度更佳，還可避免傳統(tǒng)單體式空調(diào)對人體的直接吹拂。中央空調(diào)可直接覆蓋室內(nèi)的所有設(shè)計制冷空間，因而其功率更大。分體式空調(diào)在制冷空間控制方面更加靈活，當(dāng)并非所有空間都要同時制冷時，使用分體式空間更加節(jié)能。因而這兩種設(shè)計模式在節(jié)能控制方面還受到使用空間的影響。再如，有些間建筑物自然通風(fēng)條件便利，空氣流通速度快，若在此類建筑物中設(shè)計新風(fēng)系統(tǒng)難免會存在浪費(fèi)能源的情況[4]。

3.2 室內(nèi)設(shè)計影響著建筑能源利用效率

室內(nèi)設(shè)計直接決定了建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備技術(shù)選型、建筑室內(nèi)裝飾裝修材料類型，而這些設(shè)計因素都會作用于建筑物的能耗控制。例如，建筑物內(nèi)部通常要設(shè)計隔墻，用來隔離出適宜的內(nèi)部空間，隔墻的材料可影響室內(nèi)空間的保溫效果，目前大多采用輕質(zhì)混凝土砌體材料制作建筑隔墻，其內(nèi)部存在較多的孔隙結(jié)構(gòu)，具有良好的隔熱保溫效果，有利于維持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。燈具、新風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、供暖方式等均屬于室內(nèi)設(shè)計的重點(diǎn)內(nèi)容，如果在設(shè)計階段充分對比各種技術(shù)選型的能耗水平和使用效果，一方面保證使用效果，另一方面最大程度上降低能耗水平，這是實現(xiàn)綠色建筑節(jié)能設(shè)計的有效措施。不同的技術(shù)選型在能源利用效率上差異巨大，要求設(shè)計者根據(jù)使用需求做出合理選擇，避免能源浪費(fèi)。

3.3 室內(nèi)設(shè)計對預(yù)防室內(nèi)能源流失產(chǎn)生影響

在冬季嚴(yán)寒條件下要利用集中供暖設(shè)備或空調(diào)提高室內(nèi)溫度，此時室內(nèi)溫度高于室外溫度，熱量可經(jīng)由門、窗及墻壁等向室外流失，導(dǎo)致室內(nèi)取暖效果下降，要維持穩(wěn)定的室內(nèi)溫度，就會消耗更多熱能或者電能。在夏季高溫條件下要利用空調(diào)系統(tǒng)降低室內(nèi)溫度，當(dāng)室外溫度高于室內(nèi)溫度時，熱量又會經(jīng)由門、窗、墻壁等向室內(nèi)傳遞，進(jìn)而降低制冷效果，導(dǎo)致室內(nèi)人員長時間運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)。如果是密閉性較高的空間，空調(diào)系統(tǒng)無須全時段運(yùn)行，只需間歇性制冷即可。門窗的活動部位及墻體上的預(yù)留孔洞常常成為室內(nèi)外熱量交換的主要部位，例如建筑物墻面上預(yù)留的空調(diào)孔、燃?xì)鉄崴髋艧熆椎任挥诮ㄖ锿饬⒚嫔希谑覂?nèi)設(shè)計中要從室內(nèi)對這些預(yù)留孔洞做邊沿密封處理。

4 建筑室內(nèi)設(shè)計節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

4.1 建筑室內(nèi)照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

第一，照明系統(tǒng)節(jié)能性評價指標(biāo)。照明的有效性通過照明功率密度值（LPD）這一指標(biāo)來描述，其含義為單位面積內(nèi)的照明安裝功率，在滿足使用需求的前提下，LPD值越低，代表照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計越成功。合理設(shè)計照明強(qiáng)度是實現(xiàn)這一管理目標(biāo)的關(guān)鍵措施，燈具的能源利用效率存在較大的差異，室內(nèi)照明設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮能源利用率更高的燈具。

第二，充分利用自然光照。實際上在民用建筑中，最節(jié)能的室內(nèi)照明方式為自然光，建筑師在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計階段就應(yīng)該充分考慮自然光照的應(yīng)用。例如，在民用高層建筑設(shè)計中控制好樓間距、樓層高度及樓梯的朝向。從室內(nèi)設(shè)計角度看，窗戶的幾何尺寸直接影響著室內(nèi)的采光面積，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，窗戶應(yīng)適當(dāng)增大面積，具體要考室內(nèi)自然光照的時長和強(qiáng)度。

第三，采用高效光源，合理選擇鎮(zhèn)流器，降低線損失。①現(xiàn)階段節(jié)能環(huán)保效果最突出的發(fā)光源是LED（發(fā)光二極管），與白熾燈相比較，在亮度相同的情況下，LED光源的耗電量僅為白熾燈的20%。并且這種光源的可靠性、使用壽命等都非常優(yōu)異，可大范圍地推廣和應(yīng)用。②在節(jié)能型熒光燈中，鎮(zhèn)流器是必不可少的組件，其主要作用是產(chǎn)生瞬時高電壓和限流，鎮(zhèn)流器技術(shù)發(fā)展迅速，目前已經(jīng)超限了超低損耗電感鎮(zhèn)流器、電子鎮(zhèn)流器等，其在節(jié)能效果上遠(yuǎn)高于普通的鎮(zhèn)流器，節(jié)能型照明燈具應(yīng)該優(yōu)先選用先進(jìn)的鎮(zhèn)流器。③降低線路損耗的措施。大型建筑物內(nèi)部照明線路復(fù)雜，線路整體長度較大，電力導(dǎo)線本身也存在一定的電阻值，當(dāng)導(dǎo)線長度過大時，這些導(dǎo)線上的電阻會造成一定的熱負(fù)荷，消耗電力能源。在設(shè)計照明線路時要盡可能優(yōu)化路徑，減少線路長度。

4.2 建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

第一，根據(jù)建筑物特點(diǎn)合理選擇空調(diào)形式。目前無論是企業(yè)辦公場所還是住宅建筑設(shè)置的空調(diào)系統(tǒng)，主流的形式為兩種，一是中央空調(diào)，二是單體式空調(diào)。衡量空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果的一個重要因素是空調(diào)的能效比，中央空調(diào)的能效比可達(dá)到3.0 以上，而傳統(tǒng)柜式和壁掛式空調(diào)僅能達(dá)到2.3～2.8，能效比中央空調(diào)更占優(yōu)勢。中央空調(diào)可采用一拖多的設(shè)計模式，室內(nèi)每一個空間都可獨(dú)立運(yùn)行，在使用靈活性方面不輸于傳統(tǒng)空調(diào)，在室內(nèi)獨(dú)立空間較多的情況下推薦使用中央空調(diào)系統(tǒng)。

第二，采用成熟的空調(diào)節(jié)能技術(shù)。①變頻技術(shù)。變頻空調(diào)設(shè)備相對于定頻空調(diào)設(shè)備具有更加優(yōu)異的節(jié)能效果，目前這種技術(shù)已經(jīng)全面普及于各種類型的空調(diào)產(chǎn)品中，為了更好地實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，推薦采用變頻的空調(diào)設(shè)備。②采用VAV變風(fēng)量空調(diào)技術(shù)。這種空調(diào)技術(shù)的特點(diǎn)是在室內(nèi)空間預(yù)先設(shè)置溫度傳感器，用以測量室內(nèi)的實際溫度，然后將這一實際溫度與空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定的溫度加以比較，根據(jù)其差值的大小自動選擇合適的風(fēng)量，不同的室內(nèi)空間在溫度差值上不完全相同，變風(fēng)量技術(shù)可據(jù)此調(diào)節(jié)每一個空間內(nèi)的送風(fēng)量，這種技術(shù)在節(jié)能方面效果顯著，VAV中央空調(diào)就是一種集成了變風(fēng)量技術(shù)的中央空調(diào)設(shè)備。

4.3 建筑室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

建筑新風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中將室內(nèi)的污濁空氣排出并將室外新鮮空氣送入室內(nèi)，但室內(nèi)的溫度和濕度要始終維持在適宜人體的程度，室外空氣的溫濕度和潔凈程度不一定達(dá)標(biāo)，冷空氣送入之后會降低室內(nèi)溫度，增加空調(diào)使用量。而室內(nèi)污濁空氣已經(jīng)過了空調(diào)系統(tǒng)和供暖設(shè)施的加熱處理，直接排放到室外會造成熱量損失。新風(fēng)系統(tǒng)要對室外空氣進(jìn)行一定程度的預(yù)處理，重點(diǎn)是除去粉塵顆粒物、控制室外空氣的溫濕度，使其與室內(nèi)設(shè)定的溫濕度保持一致。另外，通過溫度和濕度回收技術(shù)將室內(nèi)污濁空氣中的能量和水分等回收，實現(xiàn)再利用，目前新風(fēng)系統(tǒng)主要通過全熱交換器實室外空氣預(yù)處理和室內(nèi)排放氣體的能量回收。新風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果主要和這種全熱交換器的性能相關(guān)，不同廠家的產(chǎn)品在節(jié)能效果上存在一定的差異。有些新風(fēng)系統(tǒng)依靠機(jī)械方式實現(xiàn)換氣，但新型全熱交換器可采用其他類型的換氣模式，如“怡風(fēng)”換氣模式，國內(nèi)目前已經(jīng)設(shè)計制造出具備雙向流熱回收技術(shù)的換熱器，其對熱量的回收甚至接近90%，在建筑新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計中關(guān)鍵是選擇性能優(yōu)異的新風(fēng)全熱交換器。新風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)道也是影響其能耗水平的一大因素，當(dāng)前可采用布袋風(fēng)道供應(yīng)新風(fēng)，用于替代傳統(tǒng)的金屬末端風(fēng)道，其特點(diǎn)在于可應(yīng)用大空間層流送風(fēng)方式，節(jié)能性更加突出。

4.4 建筑室內(nèi)采暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

現(xiàn)階段建筑室內(nèi)采暖主要為地板熱輻射（亦可稱為地暖）、暖氣片及空調(diào)，在我國北方地區(qū)，主要依靠地暖或暖氣片采暖，并且地暖在近年來成為新建設(shè)建筑物的主流采暖形式，此處著重分析地暖的節(jié)能設(shè)計。地暖最主要的節(jié)能方式是優(yōu)化其熱源，燃煤、天然氣等石化燃料可用于提供熱源，燃煤大多用于城市集中供暖，天然氣以壁掛爐形式向地暖供熱。這兩種熱源以化石燃料供能，節(jié)能性并不突出。地?zé)崮芗疤柲芫勺鳛榈嘏墓岱绞?，地?zé)崮芄崾菍Σ赜诘叵律顚拥牡責(zé)崮懿杉蟻恚ㄖ苯佑玫責(zé)崮芗訜崂渌缓笞鳛榻ㄖ锏牡嘏療嵩?。這種能源更加清潔，不會產(chǎn)生污染物，也更加符合綠色建筑的設(shè)計要求。太陽能輔助電加熱技術(shù)也具備類似的節(jié)能環(huán)保效果。

4.5 門窗及墻壁預(yù)留孔的密封設(shè)計

預(yù)防建筑物門窗流失熱量的技術(shù)措施應(yīng)該重點(diǎn)考察三個方面，一是建筑物門窗的熱傳導(dǎo)性，二是門窗的氣密性，三是窗墻比系數(shù)與朝向。在節(jié)能設(shè)計中也要從這三個方面開展工作，例如建筑窗玻璃可采用雙層設(shè)計方案，中間以空氣隔絕，降低熱量通過玻璃材質(zhì)傳導(dǎo)向外界。關(guān)于門窗的氣密性，可在閉合處的邊緣位置設(shè)置密封條，門與門框結(jié)合部位之間增設(shè)密封帶，建筑物墻體外側(cè)設(shè)計有專門的隔熱保溫層，其熱傳導(dǎo)系數(shù)較低，熱量不易散失，而窗戶和墻體相比較，散熱性更強(qiáng)，設(shè)計時應(yīng)該適當(dāng)提高墻體占比，降低窗戶的面積占比。建筑物外墻上預(yù)留的各種孔洞是室內(nèi)設(shè)計和施工應(yīng)關(guān)注的問題，這些部位容易因為邊緣密封不到位而發(fā)生顯著的熱傳導(dǎo)。以空調(diào)孔為例，在部署排水管時要同步設(shè)置密封橡膠圈。

5 結(jié)束語

綠色建筑節(jié)能水平與室內(nèi)設(shè)計密切相關(guān)，具體涵蓋了室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、照明燈具、采暖等內(nèi)容，不同的設(shè)計內(nèi)容在節(jié)能技術(shù)方面各有不同。室內(nèi)采暖設(shè)計可使用地?zé)崮堋⑻柲茏鳛闊嵩捶绞?，照明燈具要采用高效率的熱源、?zhèn)流器，優(yōu)化線路，降低線損失。其他方面也都存在對應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，需將其引入綠色建筑的設(shè)計和建造中。