居住建筑体形系数与建筑节能

居住建筑体形系数与建筑节能

摘要：建筑体形系数反映了一栋建筑体形的复杂程度和围护结构散热面积的多少，体形系数越大，体形便越复杂，其围护结构散热面积就越大，建筑物围护结构传热耗热量就越大。建筑体形系数是影响建筑物耗热量指标的重要因素之一，是居住建筑节能设计的一个重要指标。

关键词：建筑体形系数建筑节能影响和关系

引言

影响建筑耗热量的因素，除了围护结构的保温性能外，建筑物的体型、朝向、窗墙比等都对耗热有很大影响。一般来说，体型复杂的建筑的耗热招标大；东西向比南北向建筑耗热指标大。另外，适当减小窗墙比及提高窗缝的密封性，减少空气渗透量，也可明显减少采暖耗，以达到节能的目的。在进行建筑节能或保温设计时，要充分利用有利因素，克服不利因素，本文将主要就建筑体形系数与建筑节能的关系逐一探讨。

一、建筑体形系数

建筑体形系数（shape coefficient of building）是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积即我们通常所说的围护结构面积。围护结构是建筑物及房间各面的围护物，分为透明和不透明两种类型：不透明围护结构有墙、屋面、地板、顶棚等；透明围护结构有窗户、天窗、阳台门、玻璃隔断等。按是否与室外空气直接接触，又可以分为外围护结构和内围护结构[1]。在不需特别加以指明的情况下，围护结构通常是指外围护结构[5]。不采暖楼梯间隔墙和户门属于围护结构，但计算建筑体形系数时，外表面积不包括地面以及不采暖楼梯间隔墙和户门的面积1，

设建筑物接触室外大气的外表面积为F0，其所包围的体积V0，则建筑体形系数S= F0/ V0[2]。需要区分的是建筑系数和建筑体形系数不同，建筑系数即“建筑占地系数”的简称，指建筑用地范围内所有建筑物占地的面积与用地总面积之比，以百分率计。

建筑体形系数中所指的外表面积不包括女儿墙，也不包括屋面层的楼梯间与设备用房等的墙体。突出墙面的构件如空调板在计算时忽略掉，按完整的墙体计算即可。

单一朝向外窗(门)面积和墙面积(含窗面积)的比值一般称窗墙面积比。

窗墙比中的墙指一层室内地坪线至屋面高度线之间的墙体。

凸窗的侧板、窗台板、窗顶板，对节能影响较大，虽然外墙面积不用考虑增加（窗面积按展开面积计算），但其自身保温隔热措施在地方规范中大多有作要求。

窗户和墙体该归入哪个朝向来计算节能，各地规定会略有不同。通常朝向以45度角平分，如东南至西南向之间的90度角归入南向。但也有些地方某朝向的归入计算范围会扩大到120度或缩小到60度的，具体情况要看各地方的规定，这可以在节能地方规范中查找到,在节能软件中也可以查看到各地方的朝向计算方法。

1见《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26—95）。

二、建筑体形系数与能耗的关系

建筑体形系数与建筑物的节能有直接关系；体形系数越大，说明同样建筑体积的外表面积越大，散热面积越大，建筑能耗就越高，对建筑节能越不利；体形系数越小对建筑节能越有利。也就是说，在其他条件相同的情况下，体积小、体形复杂的建筑，以及平房和低层建筑，体形系数较大，对节能不利；体积大、体形简单的建筑，以及多层和高层建筑，体形系数较小，对节能较为有利。通常宽的建筑比窄的好，高的比矮的好，外表整齐的比外表凸凹变化的好[3]。减少建筑物体型系数，也就是减少建筑物外表面积，减少外围护结构面积，减少建筑形体的凹凸，是节能的有效措施之一。

通常居住建筑体形系数控制在0.3。若体形系数大于0.3，则屋顶和外墙应加强保温，其传热系数应满足规定。

三、体形系数及其在建筑能耗分析中的应用

为得到合理的有利节能的建筑体形，体形系数一般应控制在0.3以内，住宅进深应扩大到10m以上，而长度则以55m为宜。从热传递方面分析，通常建筑物实墙的阳角内侧气流较通风口处差且散热面相对比较大，所以交角处内表面的温度远比主体内表面温度低[3]。同时由于具有热桥作用的框架柱或构造柱常设在此处，所以一般交角处是建筑物耗能量较大的部位。如果建筑物设计成圆柱形，则外墙棱角少，外表面积也小，有利于减少能量的消耗。所以外表面整齐的建筑比外表面凸凹变化的建筑要节能。从接收太阳辐射热能考虑，应使建筑物南向墙面的面积尽量的大，其他墙面的外表面积尽可能的小，也就是说南向墙面与其他各方位墙面的面积比应是越大越好[3]。另外，也可以利用植物来调节气温，在日照强烈的墙面，种植植物来吸收太阳热量，减少传入室内的热源。

从降低建筑能耗的角度出发，应该将体形系数控制在一个较低的水平上，有关研究表明，当建筑物的体形系数为0.15时最为节能。但是，体形系数不仅影响外围护结构的传热损失，它还与建筑造型、平面布局、采光通风等紧密相关。体形系数过小，将制约建筑师的创造性，造成建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。因此，综合考虑多方面的要求，标准JGJ134－2001第4.0.3条规定条式建筑物体形系数不应超过0.35，点式建筑物体形系数不应超过0.4[4]；标准㎡定建筑物体形系数宜控制在0.30及0.30以下；若体形系数大于0.30，则屋顶和外墙应加强保温，且标准列出了体形系数小于等于 0.3和大于0.3的两种采暖住宅外围护结构传热系数限值标准。据此规定，宜多建多层多单元的板式住宅，尽可能减少低层住宅和点式住宅；多层住宅中4个单元、6层楼及以上的住宅一般能控制在0.30以下，高层建筑更易做到；最好避免作2000 ㎡以下的低层住宅，当建筑面积为3000～5000 ㎡时，层数以5～6层为宜，当建筑面积为5000～8000 ㎡时，以6～8层为宜。

不同体形系数的建筑，其耗热量指标是不同的，但是，原标准的耗热量指标是以体形系数为0.30左右的多层住宅建筑为基准而制订的，某一地区，只有一个牦热量指标，对于新设计的节能住宅，不论其体形系数大小，均应达到这一指标。这一规定，对于占绝大多数体形系数小于或等于0.30的多层和中高层住宅来说是完全可行的；对于占少数的体形系数在0．31—0．35的多层住宅来说是基本可行的，因为外墙和屋顶要求的保温厚度不大；对于占极少数的体形系数大于0．35的低层和点式住宅来说，由于外墙和屋顶要求的保温厚度过大，在实施