探讨绿色建筑节能技术在室内设计的应用

刘 玲 祖 敏 中国建筑设计研究院有限公司室内空间设计研究院

1 前言

绿色建筑的节能性在很大程度上取决于照明、通风空调、采暖等高能耗室内设计内容，室内设计中应该全面采用节能技术，从材料、能源供应方式、能源的清洁性、能效比等多个层面降低建筑物能耗，提升能源利用效率。节能技术不断地发展和进步，路径呈现出多样化的特点，室内设计中要结合建筑物特点合理选择节能技术。

2 建筑物室内能耗分析

2.1 照明

照明系统在各类建筑物中的能耗（主要指电能）占比通常在10%～20%之间。民用建筑中其他用电项较少，照明是主要的用电项，因而占比更高，大约在20%上下。在现代化室内设计中，照明灯具还具有显著的装饰作用，如住宅建筑中的灯带。室内照明工具在功能上存在不同的侧重点，有些强调照明实用性，有些则是弱化照明功能，突出装饰性。从节能角度看，主要发挥照明功能的灯具属于“刚性”能耗，不可过分压缩。而装饰性灯具实用性较低，在室内节能设计中应该加以控制，适当减少，甚至完全取消装饰性灯具[1]。灯具上应用的各类节能技术直接关系到能耗水平，变频技术、节能灯具、镇流器等均能显著降低照明系统的能耗。因此在建筑室内节能设计中，灯具是重要的能耗构成，是重点控制的对象。

2.2 室内取暖和降温

（1）室内取暖造成能耗。建筑室内取暖的形式主要为空调制热、城市集中供暖、电加热设备制热、天然气燃烧制热（如壁挂炉）。其中城市集中供暖的常见热介质为热蒸汽和热水，建筑物室内设置有暖气片或者地暖，通过燃烧煤炭、可燃性垃圾等产生加热介质的热能，集中供暖亦可直接从地下采集地热能。壁挂炉是当前较为常见的一种室内热水供应设备，在有地暖或者暖气片的建筑物中可直接采用壁挂炉燃烧天然气加热冷水，这种供暖方式大多以家庭为单位。空调制热在我国南方省份的冬季取暖中占据最高的比例，能耗方式为电能[2]。（2）室内降温造成能耗。夏季需使用单体式空调或中央空调降低室内温度，空调系统以电能驱动压缩机实现制冷，成为夏季的高能耗设备。

2.3 室内通风换气

在家庭住宅或者企业办公建筑中经常设置专门的新风系统。由于建筑物内部空间密闭性相对较高，在冬季低温或空气质量较差时段门窗几乎全天关闭，室内人员密集，长时间缺乏通风会造成室内空气污浊。新风系统可实现室内空气的置换，室外空气经过新风系统的层层过滤进入室内环境中，同时室内污浊空气排除。这一过程由机械方式实现，住宅建筑中常用静音型送风机，更大型的建筑通常采用全热交换器。显然，这些设备在运行过程中都会消耗一定的电能。

2.4 室内能量散失

空调设备、新风系统、照明灯具等都属于主动型能耗单位，建筑物的墙体、门窗及屋面等部位与外界环境直接联通，存在一定程度的热交换，室内能量向外界环境流失也在客观上损耗了能源，最典型的例子是室内热量向外界流失。隔热保温效果不佳以及门窗密封性不严的建筑物，在室内温度调节方面难以长时间维持，导致其不得不延长空调等设备的开机时长，增加了建筑物能耗水平[3]。特别是对于寒冷地区房屋而言，由于外部环境温度较低，对于室内能量散失问题要特别重视，依据相关标准，室内外压差为50Pa条件下，满足N50≤0.6次/h。根据《近零能耗建筑技术标准》，被动节能建筑的舒适温度区间为20℃～26℃，自然室温低于20℃需要进行供暖，如果高于26℃则需要开启空调，并引入度小时数算法，公式为：

公式（1）中，ti表示室内温度低于或者高于空调启动温度的限值，tc表示空调温度限值，由室内热环境舒适温度确定，Δτ表示计算时间间隔。利用该公式，对寒冷地区建筑物室内空间进行供热、制冷，提升舒适度，避免由于室内能量的散失导致室内温度过低。

3 室内设计与建筑能耗之间的关系

建筑物室内设计的内容涵盖了室内建筑结构布局、装饰装修、电气、给排水等一系列内容，大量的室内设计内容与建筑物能耗水平存在直接的关联。

3.1 室内设计影响着建筑能耗的类型

现代化建筑物在功能和服务质量上大幅提升，为使用者创造了良好的居住体验和工作体验，建筑物功能越是完善，其对电气设备和各种硬件设施的要求就越高，整体的能耗水平也会更高。室内设计直接决定了建筑能耗的类型，最终影响着整体的能耗水平。例如，室内空调系统即可采用中央空调，又可采用传统的单体式空调。从制冷效果来看，中央空调制冷分布均匀、人体舒适度更佳，还可避免传统单体式空调对人体的直接吹拂。中央空调可直接覆盖室内的所有设计制冷空间，因而其功率更大。分体式空调在制冷空间控制方面更加灵活，当并非所有空间都要同时制冷时，使用分体式空间更加节能。因而这两种设计模式在节能控制方面还受到使用空间的影响。再如，有些间建筑物自然通风条件便利，空气流通速度快，若在此类建筑物中设计新风系统难免会存在浪费能源的情况[4]。

3.2 室内设计影响着建筑能源利用效率

室内设计直接决定了建筑物内部结构、电气设备技术选型、建筑室内装饰装修材料类型，而这些设计因素都会作用于建筑物的能耗控制。例如，建筑物内部通常要设计隔墙，用来隔离出适宜的内部空间，隔墙的材料可影响室内空间的保温效果，目前大多采用轻质混凝土砌体材料制作建筑隔墙，其内部存在较多的孔隙结构，具有良好的隔热保温效果，有利于维持室内温度的稳定性。灯具、新风系统、空调系统、供暖方式等均属于室内设计的重点内容，如果在设计阶段充分对比各种技术选型的能耗水平和使用效果，一方面保证使用效果，另一方面最大程度上降低能耗水平，这是实现绿色建筑节能设计的有效措施。不同的技术选型在能源利用效率上差异巨大，要求设计者根据使用需求做出合理选择，避免能源浪费。

3.3 室内设计对预防室内能源流失产生影响

在冬季严寒条件下要利用集中供暖设备或空调提高室内温度，此时室内温度高于室外温度，热量可经由门、窗及墙壁等向室外流失，导致室内取暖效果下降，要维持稳定的室内温度，就会消耗更多热能或者电能。在夏季高温条件下要利用空调系统降低室内温度，当室外温度高于室内温度时，热量又会经由门、窗、墙壁等向室内传递，进而降低制冷效果，导致室内人员长时间运行空调系统。如果是密闭性较高的空间，空调系统无须全时段运行，只需间歇性制冷即可。门窗的活动部位及墙体上的预留孔洞常常成为室内外热量交换的主要部位，例如建筑物墙面上预留的空调孔、燃气热水器排烟孔等位于建筑物外立面上，在室内设计中要从室内对这些预留孔洞做边沿密封处理。

4 建筑室内设计节能技术应用

4.1 建筑室内照明系统的节能设计

第一，照明系统节能性评价指标。照明的有效性通过照明功率密度值（LPD）这一指标来描述，其含义为单位面积内的照明安装功率，在满足使用需求的前提下，LPD值越低，代表照明系统的节能设计越成功。合理设计照明强度是实现这一管理目标的关键措施，灯具的能源利用效率存在较大的差异，室内照明设计应优先考虑能源利用率更高的灯具。

第二，充分利用自然光照。实际上在民用建筑中，最节能的室内照明方式为自然光，建筑师在房屋结构设计阶段就应该充分考虑自然光照的应用。例如，在民用高层建筑设计中控制好楼间距、楼层高度及楼梯的朝向。从室内设计角度看，窗户的几何尺寸直接影响着室内的采光面积，在满足结构强度的基础上，窗户应适当增大面积，具体要考室内自然光照的时长和强度。

第三，采用高效光源，合理选择镇流器，降低线损失。①现阶段节能环保效果最突出的发光源是LED（发光二极管），与白炽灯相比较，在亮度相同的情况下，LED光源的耗电量仅为白炽灯的20%。并且这种光源的可靠性、使用寿命等都非常优异，可大范围地推广和应用。②在节能型荧光灯中，镇流器是必不可少的组件，其主要作用是产生瞬时高电压和限流，镇流器技术发展迅速，目前已经超限了超低损耗电感镇流器、电子镇流器等，其在节能效果上远高于普通的镇流器，节能型照明灯具应该优先选用先进的镇流器。③降低线路损耗的措施。大型建筑物内部照明线路复杂，线路整体长度较大，电力导线本身也存在一定的电阻值，当导线长度过大时，这些导线上的电阻会造成一定的热负荷，消耗电力能源。在设计照明线路时要尽可能优化路径，减少线路长度。

4.2 建筑空调系统节能设计

第一，根据建筑物特点合理选择空调形式。目前无论是企业办公场所还是住宅建筑设置的空调系统，主流的形式为两种，一是中央空调，二是单体式空调。衡量空调系统节能效果的一个重要因素是空调的能效比，中央空调的能效比可达到3.0 以上，而传统柜式和壁挂式空调仅能达到2.3～2.8，能效比中央空调更占优势。中央空调可采用一拖多的设计模式，室内每一个空间都可独立运行，在使用灵活性方面不输于传统空调，在室内独立空间较多的情况下推荐使用中央空调系统。

第二，采用成熟的空调节能技术。①变频技术。变频空调设备相对于定频空调设备具有更加优异的节能效果，目前这种技术已经全面普及于各种类型的空调产品中，为了更好地实现节能目标，推荐采用变频的空调设备。②采用VAV变风量空调技术。这种空调技术的特点是在室内空间预先设置温度传感器，用以测量室内的实际温度，然后将这一实际温度与空调系统设定的温度加以比较，根据其差值的大小自动选择合适的风量，不同的室内空间在温度差值上不完全相同，变风量技术可据此调节每一个空间内的送风量，这种技术在节能方面效果显著，VAV中央空调就是一种集成了变风量技术的中央空调设备。

4.3 建筑室内新风系统节能设计

建筑新风系统在运行过程中将室内的污浊空气排出并将室外新鲜空气送入室内，但室内的温度和湿度要始终维持在适宜人体的程度，室外空气的温湿度和洁净程度不一定达标，冷空气送入之后会降低室内温度，增加空调使用量。而室内污浊空气已经过了空调系统和供暖设施的加热处理，直接排放到室外会造成热量损失。新风系统要对室外空气进行一定程度的预处理，重点是除去粉尘颗粒物、控制室外空气的温湿度，使其与室内设定的温湿度保持一致。另外，通过温度和湿度回收技术将室内污浊空气中的能量和水分等回收，实现再利用，目前新风系统主要通过全热交换器实室外空气预处理和室内排放气体的能量回收。新风系统的节能效果主要和这种全热交换器的性能相关，不同厂家的产品在节能效果上存在一定的差异。有些新风系统依靠机械方式实现换气，但新型全热交换器可采用其他类型的换气模式，如“怡风”换气模式，国内目前已经设计制造出具备双向流热回收技术的换热器，其对热量的回收甚至接近90%，在建筑新风系统的设计中关键是选择性能优异的新风全热交换器。新风系统的风道也是影响其能耗水平的一大因素，当前可采用布袋风道供应新风，用于替代传统的金属末端风道，其特点在于可应用大空间层流送风方式，节能性更加突出。

4.4 建筑室内采暖系统节能设计

现阶段建筑室内采暖主要为地板热辐射（亦可称为地暖）、暖气片及空调，在我国北方地区，主要依靠地暖或暖气片采暖，并且地暖在近年来成为新建设建筑物的主流采暖形式，此处着重分析地暖的节能设计。地暖最主要的节能方式是优化其热源，燃煤、天然气等石化燃料可用于提供热源，燃煤大多用于城市集中供暖，天然气以壁挂炉形式向地暖供热。这两种热源以化石燃料供能，节能性并不突出。地热能及太阳能均可作为地暖的供热方式，地热能供热是将储藏于地下深层的地热能采集上来（直接用地热能加热冷水），然后作为建筑物的地暖热源。这种能源更加清洁，不会产生污染物，也更加符合绿色建筑的设计要求。太阳能辅助电加热技术也具备类似的节能环保效果。

4.5 门窗及墙壁预留孔的密封设计

预防建筑物门窗流失热量的技术措施应该重点考察三个方面，一是建筑物门窗的热传导性，二是门窗的气密性，三是窗墙比系数与朝向。在节能设计中也要从这三个方面开展工作，例如建筑窗玻璃可采用双层设计方案，中间以空气隔绝，降低热量通过玻璃材质传导向外界。关于门窗的气密性，可在闭合处的边缘位置设置密封条，门与门框结合部位之间增设密封带，建筑物墙体外侧设计有专门的隔热保温层，其热传导系数较低，热量不易散失，而窗户和墙体相比较，散热性更强，设计时应该适当提高墙体占比，降低窗户的面积占比。建筑物外墙上预留的各种孔洞是室内设计和施工应关注的问题，这些部位容易因为边缘密封不到位而发生显著的热传导。以空调孔为例，在部署排水管时要同步设置密封橡胶圈。

5 结束语

绿色建筑节能水平与室内设计密切相关，具体涵盖了室内新风系统、空调系统、照明灯具、采暖等内容，不同的设计内容在节能技术方面各有不同。室内采暖设计可使用地热能、太阳能作为热源方式，照明灯具要采用高效率的热源、镇流器，优化线路，降低线损失。其他方面也都存在对应的节能技术，需将其引入绿色建筑的设计和建造中。