規劃方案階段住宅建筑體形與建筑節能關系研究

摘要：建筑體形系數反應單位建筑空間的熱散失面積大小，對建筑耗能有直接影響。本文研究了住宅建筑不同平面形狀對建筑系數的影響，并通過實例分析了規劃方案階段建筑體形系數的控制對建筑節能的影響。

關鍵詞：建筑體形系數；綠色建筑；平面形狀；規劃方案階段；節能

引言：隨著中國經濟的飛速發展，對能源的消耗也急劇增加，在能源消耗中，建筑耗能占有相當分量，建筑節能已成為社會極度關注的現實問題。大力發展綠色建筑是降低建筑能耗的重要途徑，其中《綠色建筑評價標準》4·2·4條文中涉及的住宅建筑的體形不僅影響住宅的外在質量，同時也影響住宅的通風、采光和節能等方面的內在質量。綠色建筑應充分利用場地的有利條件，盡量避免不利因素，進行精心設計。建筑節能，設計是核心，其中規劃方案階段的設計與審批是重中之重。本文提出規劃方案階段就應對建筑節能相關指標進行控制。

一、建筑體形系數

建筑體形系數是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。外表面積即我們通常所說的圍護結構面積。圍護結構是建筑物及房間各面的圍護物，分為透明和不透明兩種類型：不透明圍護結構有墻、屋面、地板、頂棚等；透明圍護結構有窗戶、天窗、陽臺門、玻璃隔斷等。按是否與室外空氣直接接觸，又可以分為外圍護結構和內圍護結構[1]。在不需特別加以指明的情況下，圍護結構通常是指外圍護結構[5]。不采暖樓梯間隔墻和戶門屬于圍護結構，但計算建筑體形系數時，外表面積不包括地面以及不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積。

設建筑物接觸室外大氣的外表面積為F0，其所包圍的體積V0，則建筑體形系數

S= F0/ V0[2]。

建筑體形系數中所指的外表面積不包括女兒墻，也不包括屋面層的樓梯間與設備用房等的墻體。突出墻面的構件如空調板在計算時忽略掉，按完整的墻體計算即可。

二、建筑體形系數與能耗的關系

建筑體形系數與建筑物的節能有直接關系； 體形系數越大，說明同樣建筑體積的外表面積越大，散熱面積越大，建筑能耗就越高，對建筑節能越不利；體形系數越小對建筑節能越有利。也就是說，在其他條件相同的情況下，體積小、體形復雜的建筑，以及平房和低層建筑，

體形系數較大，對節能不利；體積大、體形簡單的建筑，以及多層和高層建筑，體形系數較小，對節能較為有利。通常寬的建筑比窄的好，高的比矮的好，外表整齊的比外表凸凹變化的好[3]。減少建筑物體型系數，也就是減少建筑物外表面積，減少外圍護結構面積，減少建筑形體的凹凸，是節能的有效措施之一。

三、不同平面形狀的住宅案例F0/V0分析研究

我國有關規范對 FO/VO 作了界限，居住建筑或類似建筑一般要求 FO/VO不大于0.3， 當 FO/VO〈0.3 時體形對節能帶來幫助，能為今后建筑實施節能目標提供有利條件。至于 FO/VO 在節能建筑設計中的變化規律和應用、在操作過程中的價值討論甚少，使建筑師對 FO/VO 了解不多，重視不夠。此次研究我們對國內有代表意義的不同平面形式的居住建筑案例的 FO/VO 進行比較分析和研究（表 1及圖 1），得出若干初步規律，從而便于在規劃方案階段設計與審批時對節能的考慮。

表一、典型住宅建筑F0/V0分析

圖一、表一中建筑平面形式

通過對以上案例進行分析，得出以下基本規律：

1）聯列遞減律 建筑體形系數與建筑單元聯列情況有關。分析表明，隨著增加一個聯列數，FO/VO 相應遞減 0.03，以等差數列類推，主要原因是外墻面積因聯列數增加而縮小，即可以省略山墻的面積，對降低 FO/VO 價值很大，所以對節能建筑（住宅）設計而言，適當多的住宅單元聯列，對體形系數控制是有益的。

2）高度反比例 分析證明建筑層高的增加可以使相應減少，這是因為隨著層高的增加外圍面積的增加比不上其包圍體積的增加，即體積增率略大于面積增率。以節能論，住宅層高以2.8米至3.2米為宜。

3）正方極限規律 面積相同條件下，提高建筑進深，面寬減少，FO/VO會相應提高。即對直角平面而言，正方形的建筑體型系數最小。因此，在房間功能及技術許可條件下，建筑平面接近正方形對建筑節能有力。

4）高層建筑規律。高層建筑體型系數往往較小，其屋面面積相對于外墻面積小的多，可以忽略。因此可用L/A替代FO/VO簡化計算。

四、規劃方案階段住宅建筑節能

我們在規劃審批工作過程中發現設計人員在設計時存在一些問題，多地建筑節能設計標準有兩種途徑達到設計標準要求 。一種是滿足規定性指標 ； 另一種是滿足建筑物節能綜合指標 。按規定性指標設計，必須滿足標準中關于體型系數、窗墻面積比、門窗等各項規定。在規定性指標不能全部滿足的情況下可通過計算全年的建筑物節能綜合指標判斷是否達到標準的規定。據統計分析，很大一部分建設工程項目是按節能綜合指標設計，住宅建筑體型系數絕大部分超過了標準限值。由于體型系數 、窗墻面積比過大，在規劃方案設計階段沒有得到有效地控制，在建筑施工后期主要存在以下問題：①只能通過增強外圍護結構節能措施以達到建筑節能的目的；②后期建筑節能增量成本增大 ；③保溫層設計過厚給施工帶來了很大的難度；④過厚的保溫層容易脫落，存在安全隱患：⑤ 由于在方案設計階段已確定外立面 、建筑物輪廓等，一些有效的節能措施無法實施 ，如建筑外遮陽、隔熱反射飾面層等。

在我國夏熱冬冷地區 ，以萊蕪地區為代表 ，在建筑節能工作“如火如荼”開展的今天，就居住建筑整體而言，建筑體型系數普遍偏高，主要原因是在規劃階段沒有對建筑體型系數進行有效的控制造成的，因而建筑規劃階段的體型系數控制是建筑節能工作的盲點，也是未來建筑節能工作的重點。

規劃方案階段體型系數對建筑能耗和建筑節能析，通過在規劃方案階段，對建筑平面的調整，可得出不同的體型系數。分別針對不同體型系數 ，通過模擬計算可得出不同的建筑能耗值，從而我們可通過控制體型系數，在規劃方案階段使建筑能耗降低。經分析計算夏熱冬冷地區建筑物體型系數每增加 0.0l，建筑能耗增加 2%～ 5%，因此規劃方案階段決定的設計方案產生的體型系數對建筑能耗的影響非常大。

五：結論

1）不同的建筑平面對熱傳導和節能效果有明顯的影響，建筑師在選擇建筑平面體形的方案構思過程中，在滿足功能要求的前提下，應將對節能的尊重融汝方案設計構思之中。

2） 建筑體形形態要具備盡量少的角部，外形不宜復雜多變，宜采用接近正方形的平面能獲得較小建筑體形系數。

3）規劃方案階段建筑體形系數對建筑能耗和建筑節能影響巨大，且對建筑后期施工造成難度，因此，我們提出在規劃方案階段就加強對建筑體形系數控制，在工程項目規劃方案設計階段充分考慮建筑體形系數對建筑節能影響，合理選取建筑平面形式，減少不必要的凹凸變化，簡化外立面設計，嚴格控制建筑體形系數，使建筑本身有利于節能，方能在后期建筑設計時，采用經濟、適用、安全的建筑節能措施，滿足節能規定，又能大幅度降低建筑節能增量成本。

4）現階段國家雖開始對規劃方案階段建筑節能重視，但還未制定出具體的執行方案，本文通過實例研究建筑體形系數對建筑耗能及節能的影響目的在于，對規劃方案階段實行建筑節能指標審查提供理論支持，為建筑節能專項審查，做好基礎工作。

參考文獻

[1]張志國.建筑節能新技術在工程中的應用[J].商品與質量·建筑與發展，2010，（11）：6-7.

[2]董頗.外墻內外保溫的節能差異分析[J]河南城建學院學報，2009，18（3）：22-24，30

[3]吳劍斌.淺談建筑設計中的節能控制[J].科技資訊，2008，（12）：84-84.

[4]黎嘉霖.關于建筑設計與建筑節能的探討[J].大科技·科技天地，2010，（7）：182-183.