建筑體型在節能設計的作用

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一、建筑體型與節能的關系

建筑體型不單單指建筑物的形狀，常用建筑體形系數來表達其與節能的關系。當建筑體形系數小于0.3時，是比較理想的節能體型，但當其值大于0.3，則應對建筑外圍護結構（包括外墻和屋頂）進行相應的保溫設計，來彌補由于外露面積過大而導致過多的能量散失。當建筑的容積已確定，體形系數（見公式（1））與建筑平面形狀、面積（長度×寬度）和高度有關。也就是說應盡量減小建筑物的外露面積——外圍護結構的總面積，圍護結構面積也就是建筑散失能量的面積，其值越小，建筑能耗越小。另外，當建筑的高度確定，增加建筑的長度可是能耗降低；當長度一定時，加大建筑的寬度會使建筑的傳熱指標增加，可有效降低建筑能耗量。S=F0/V0（1）lbnh1)112(其中，S為建筑體形系數(m-1)；F0為建筑外表面積(m2)；V0為建筑體積(m3)；n為建筑層；h為建筑層高；S0為建筑物底面積(m2)；b為建筑物寬度(m)；l為建筑長度；A為建筑面積(m2)。由于建筑形式的自由化，建筑風格的多樣化，建筑形體往往不是規則的幾何形體，而是追求標新立異，復雜的建筑平面會直接增加建筑外露表面積，使體形系數增大，從而增加散熱機會。據統計計算，體形系數每增加0.01時，能源指標會增加2.5%左右，因此，建筑設計規范上對于建筑體形系數給出了明確的控制標準，一般來說，將其控制在0.3以下。另外，將居住建筑設計成單元組合的形式也是相對有效的節能辦法，即將外露的墻體變為內墻，因此，在計算體形系數時，建筑外表面積減少了，從而達到節能的目的。

二、建筑的平面形態對節能的關系

建筑體型形態指的是其平面的構成特點，即建筑的平面形態。這與規劃要求、建筑功能、景觀設計、技術要求、設計思路等有不可分割的聯系。建筑的平面形態決定了建筑物朝向、采光和通風面積及方式等方面的內容，從而決定了建筑物受光面積和散熱面積。根據模擬結果與實踐分析可知，當建筑體積一定時，平面形式為正方形的建筑，其外表面積最小，對應的建筑耗熱量也最小。也就是說，但從平面形式來說，正方形最有利于節能，但在實際應用中，我們會發現，由于功能、建筑朝向、采光、通風等方面的影響，建筑平面很難為正方形。因此，在建筑設計過程中需要對建筑平面形式做綜合節能分析。

三、建筑的長度和寬度與節能的關系

建筑物的長度和寬度受多方面因素的限制，如規劃用地、建筑占地面積、主導風向、氣候條件等，其中最主要的是要滿足建筑的基本使用功能。在建筑節能中應用建筑體形系數來協調建筑能耗與節能的關系。體形系數為建筑物與室外大氣直接接觸的外表面積與其所包圍的體積之比，通過計算比較可知，不論建筑高度如何變化，體形系數隨建筑長度的變化趨勢大致相同，即先快速減小，然后緩慢至最小值，之后又有小幅度的增加，當平面形狀為正方形時，體形系數也達到最小值，此時最為節能。

四、建筑的高度與節能的關系

由于近些年來高層建筑在居住建筑和辦公建筑的大量興建，使建筑高度也成為建筑節能的一個重要因素。一般來說，建筑體形系數會隨著建筑層高度的增加而逐漸減??；而當建筑物的層數增加，會降低層高對其建筑體形系數的影響，因此對于高層建筑來說高度的增加對建筑能耗的影響可以忽略。綜上所述，當建筑面積在一定范圍內（以居住建筑為例，約為2000m2），其體形系數相對較大，外圍護結構的散熱面積大，進而導致能耗大，不利于建筑的節能減排；當建筑面積較大時，比如將居住建筑以單元形式排開，無形中是將部分建筑外墻變為內墻，使建筑的外露面積降低，從而降低了體形系數，因此，我國的居住建筑一直延續著單元并列形式的建筑。從建筑的高度來講，層高和層數的增加，對體形系數的影響很小，可以忽略不計，所以說，中高層建筑更符合節能的要求。

五、結語

隨著可持續發展理念的各行各業的推行，建筑已成為節能減排工作的重點對象，相關部門對建筑節能提出了詳細的法規和規范要求。對于建筑本身而言，體形系數是影響其節能效率的主要問題之一，其由建筑外圍護結構、建筑尺度所決定，反映了建筑形體的復雜程度和圍護結構散熱面積的多少，或者說，體形系數的大小，表明建筑體型的復雜程度。圍護結構的節能是建筑節能的關鍵所在，這從我國的建筑節能標準不難看出。通過上述分析可知，建筑體型的變化對建筑能耗的有直接影響。通常地，在滿足規劃、規范和建筑使用功能的基本要求下，體形系數與建筑平面形式息息相關，應盡量選擇形狀簡單的平面，來降低建筑的能耗。由公式1可知，體形系數歲建筑面積的增大而減小，隨層高、層數的增加而減小，相比而言，高層建筑更有利于節能。此外，增加建筑的寬度是控制其體型系數的重要手段之一，使其與建筑長度相差不多對建筑節能更為有利。綜上所述，從節能的角度來說，中高層以上的建筑對能耗的減小更加有力，還要結合建筑朝向、氣候情況、地理位置、周圍環境、能源供應方式等條件來綜合確定建筑節能方案。

本文作者：黃菁菁工作單位：中冶華天工程技術有限公司