建筑体型在节能设计的作用

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一、建筑体型与节能的关系

建筑体型不单单指建筑物的形状，常用建筑体形系数来表达其与节能的关系。当建筑体形系数小于0.3时，是比较理想的节能体型，但当其值大于0.3，则应对建筑外围护结构（包括外墙和屋顶）进行相应的保温设计，来弥补由于外露面积过大而导致过多的能量散失。当建筑的容积已确定，体形系数（见公式（1））与建筑平面形状、面积（长度×宽度）和高度有关。也就是说应尽量减小建筑物的外露面积——外围护结构的总面积，围护结构面积也就是建筑散失能量的面积，其值越小，建筑能耗越小。另外，当建筑的高度确定，增加建筑的长度可是能耗降低；当长度一定时，加大建筑的宽度会使建筑的传热指标增加，可有效降低建筑能耗量。S=F0/V0（1）lbnh1)112(其中，S为建筑体形系数(m-1)；F0为建筑外表面积(m2)；V0为建筑体积(m3)；n为建筑层；h为建筑层高；S0为建筑物底面积(m2)；b为建筑物宽度(m)；l为建筑长度；A为建筑面积(m2)。由于建筑形式的自由化，建筑风格的多样化，建筑形体往往不是规则的几何形体，而是追求标新立异，复杂的建筑平面会直接增加建筑外露表面积，使体形系数增大，从而增加散热机会。据统计计算，体形系数每增加0.01时，能源指标会增加2.5%左右，因此，建筑设计规范上对于建筑体形系数给出了明确的控制标准，一般来说，将其控制在0.3以下。另外，将居住建筑设计成单元组合的形式也是相对有效的节能办法，即将外露的墙体变为内墙，因此，在计算体形系数时，建筑外表面积减少了，从而达到节能的目的。

二、建筑的平面形态对节能的关系

建筑体型形态指的是其平面的构成特点，即建筑的平面形态。这与规划要求、建筑功能、景观设计、技术要求、设计思路等有不可分割的联系。建筑的平面形态决定了建筑物朝向、采光和通风面积及方式等方面的内容，从而决定了建筑物受光面积和散热面积。根据模拟结果与实践分析可知，当建筑体积一定时，平面形式为正方形的建筑，其外表面积最小，对应的建筑耗热量也最小。也就是说，但从平面形式来说，正方形最有利于节能，但在实际应用中，我们会发现，由于功能、建筑朝向、采光、通风等方面的影响，建筑平面很难为正方形。因此，在建筑设计过程中需要对建筑平面形式做综合节能分析。

三、建筑的长度和宽度与节能的关系

建筑物的长度和宽度受多方面因素的限制，如规划用地、建筑占地面积、主导风向、气候条件等，其中最主要的是要满足建筑的基本使用功能。在建筑节能中应用建筑体形系数来协调建筑能耗与节能的关系。体形系数为建筑物与室外大气直接接触的外表面积与其所包围的体积之比，通过计算比较可知，不论建筑高度如何变化，体形系数随建筑长度的变化趋势大致相同，即先快速减小，然后缓慢至最小值，之后又有小幅度的增加，当平面形状为正方形时，体形系数也达到最小值，此时最为节能。

四、建筑的高度与节能的关系

由于近些年来高层建筑在居住建筑和办公建筑的大量兴建，使建筑高度也成为建筑节能的一个重要因素。一般来说，建筑体形系数会随着建筑层高度的增加而逐渐减小；而当建筑物的层数增加，会降低层高对其建筑体形系数的影响，因此对于高层建筑来说高度的增加对建筑能耗的影响可以忽略。综上所述，当建筑面积在一定范围内（以居住建筑为例，约为2000m2），其体形系数相对较大，外围护结构的散热面积大，进而导致能耗大，不利于建筑的节能减排；当建筑面积较大时，比如将居住建筑以单元形式排开，无形中是将部分建筑外墙变为内墙，使建筑的外露面积降低，从而降低了体形系数，因此，我国的居住建筑一直延续着单元并列形式的建筑。从建筑的高度来讲，层高和层数的增加，对体形系数的影响很小，可以忽略不计，所以说，中高层建筑更符合节能的要求。

五、结语

随着可持续发展理念的各行各业的推行，建筑已成为节能减排工作的重点对象，相关部门对建筑节能提出了详细的法规和规范要求。对于建筑本身而言，体形系数是影响其节能效率的主要问题之一，其由建筑外围护结构、建筑尺度所决定，反映了建筑形体的复杂程度和围护结构散热面积的多少，或者说，体形系数的大小，表明建筑体型的复杂程度。围护结构的节能是建筑节能的关键所在，这从我国的建筑节能标准不难看出。通过上述分析可知，建筑体型的变化对建筑能耗的有直接影响。通常地，在满足规划、规范和建筑使用功能的基本要求下，体形系数与建筑平面形式息息相关，应尽量选择形状简单的平面，来降低建筑的能耗。由公式1可知，体形系数岁建筑面积的增大而减小，随层高、层数的增加而减小，相比而言，高层建筑更有利于节能。此外，增加建筑的宽度是控制其体型系数的重要手段之一，使其与建筑长度相差不多对建筑节能更为有利。综上所述，从节能的角度来说，中高层以上的建筑对能耗的减小更加有力，还要结合建筑朝向、气候情况、地理位置、周围环境、能源供应方式等条件来综合确定建筑节能方案。

本文作者：黄菁菁工作单位：中冶华天工程技术有限公司