體形系數對農村住宅節能保溫的影響

楊 金 龍

(滿洲里市建設工程質量監督站，內蒙古 滿洲里 021400)

體形系數對農村住宅節能保溫的影響

楊 金 龍

(滿洲里市建設工程質量監督站，內蒙古 滿洲里 021400)

為了提高農村住宅的節能保溫效果，改善農民的居住條件，對影響農村住宅節能保溫的主要因素(體形系數)進行了分析，指出可通過改變房屋長度、寬度、高度以及屋面形式的方法來達到合理控制住宅體形系數的目的。

體形系數，農村住宅，節能保溫

近年來，以降低圍護結構傳熱系數為主的住宅建筑節能技術得到了快速發展。據統計，圍護結構中各部位的散熱損失比例為：墻體約占60%～70%；門窗約占20%～30%；屋面約占10%[1]。在我國大中型城市的多、高層住宅建筑中采用了大量的新型建筑保溫材料，在建筑節能方面取得了良好的效果[2]。但在農村，由于經濟條件薄弱，農民在自建用房時一般都會考慮造價的問題，加上節能意識欠缺，大部分民用住宅都是直接用粘土磚砌筑而成，沒有采用任何的保溫材料，所以導致了農村住宅普遍存在節能保溫效果較差的問題。為了提高農村住宅的節能特性，改善農民的居住條件，可通過控制建筑體形系數的方法來予以解決。

1 體形系數

建筑體形主要通過體形系數來控制，體形系數(Shape Coefficient of Building)是指建筑外表面與建筑所圍成的體積之比[3]。體形系數越小，建筑單位體積對應的外表面積越小，外圍護結構的傳熱損失就越小，越有利于節能。相反，體形系數越大，對節能越不利。一般以獨立式別墅最大，多層次之，高層公寓最小。

從降低建筑能耗的角度出發，應該將體形系數控制在一個較低的水平。研究表明，當建筑的體形系數為0.15時最節能。但是，體形系數不僅影響外圍護結構的傳熱損失，它還與建筑造型、平面布局、采光通風等緊密相關。體形系數過小，將制約建筑師的創造性，造成建筑造型呆板，平面布局困難，甚至損害建筑功能。就像普通的農村住宅，大多以平房或低層建筑為主，這種建筑形式的體形系數一般都很大，節能保溫效果較差。一般體形系數相差2%時，傳熱量相差5%～20%，所以在建造農村住宅時，選擇最佳的體形系數極為重要[4]。

JGJ 26-95民用建筑節能設計標準4.1.2條規定[5]：建筑物體形系數宜控制在0.30及0.30以下；若體形系數大于0.30，屋頂和外墻應加強保溫措施。

對于長度為L、寬度為B、高度為H的平房，其體形系數計算公式為：

(1)

在確定建筑平面尺寸以后，可根據體形系數計算值，判斷該建筑的節能保溫效果。

2 房屋長度和寬度對節能保溫的影響

假設某一單層房屋的寬度為5m，高度為3.3m，表1為房屋長度L對建筑體形系數增量ΔS的影響。由表中數據可以看出，隨著房屋長度的增大，體形系數逐漸減小。當長度增加到30m時，房屋長度對體形系數的影響減小到0.10。

表1 長度L與體形系數增量ΔS的關系

表2為房屋寬度B對體形系數增量ΔS的影響。房屋長度和房屋高度分別為10 m和3.3 m。

表2 寬度B與體形系數增量ΔS的關系

由表2數據可以看出，房屋寬度越大，對應的建筑體形系數越小。隨著寬度的增大，它對體形系數的影響越來越小。當房屋寬度增大到10 m以上時，寬度的增加對體形系數的影響有限。所以適當地增大房屋寬度可以有效地提高住宅的節能保溫效果。

3 房屋高度對節能保溫的影響

為了研究房屋高度H對農村住宅節能保溫的影響，現保持房屋長度L和寬度B不變，取如圖1所示的兩個計算模型。其中，模型一是一棟3 m高的單層住宅；模型二是一棟6.6 m高的兩層住宅，層高h=3.3 m，均為平屋面。

房屋長度L和寬度B分別取10 m和5 m進行計算。各自模型對應的體形系數計算結果列于表3。

表3 不同房屋高度住宅的節能計算

由表3計算結果可知，對于不同高度的平房住宅，房屋高度越大，其體形系數越小，圍護結構的傳熱損失越小，對應的節能效果越好。所以說，在農村自建住宅中，樓房的節能保溫效果普遍要比單層平房好。

對于一般的農村住宅，房屋的層數普遍在3層以下。圖2為房屋層數對體形系數的影響。

從圖2可以看出，隨著層高的增大，對應的體形系數逐漸減小，并且層數越高，體形系數也越小。同時，隨著住宅層數的增加，體形系數的改變量逐漸減小，一層平房與二層平房的體形系數差值最大。進一步說明，房屋高度對體形系數影響較大。

4 屋面形式對節能保溫的影響

坡屋頂住宅既能豐富建筑的立面，又能抗滲防漏、隔熱保溫；在改善頂層居住環境的同時，又提高了空間的利用率。坡屋面在我國農村新建住宅中得到了大量的運用。一般住宅坡屋頂傾斜角度的合理范圍在20°～45°[6]。

對于坡屋面住宅，假設住宅長度仍為L，寬度仍為B，山墻高度為H，坡屋面傾角為α，則體形系數計算公式變為：

(2)

為了評價屋面形式對住宅節能保溫的影響，選用圖3所示的兩個不同計算模型。其中模型一為單層平屋面；模型二為30°傾角的單層坡屋面；兩者層高相同，均為3m。利用式(2)分別計算出對應模型的體形系數，計算結果列于表4。可見，坡屋面的節能保溫效果要比平屋面好。所以，在農村地區，如果條件允許的話，屋面形式盡量采用坡屋面，可有效地改善住宅的節能保溫效果。

表4 不同屋面形式住宅的節能計算

模型LBHα/(°)S節能效果評價模型一105300.933模型二1053300.872坡屋面比平屋面節能效果好

隨著屋面傾角α的改變，對應的體形系數變化情況如圖4所示。其中α的變化范圍為20°～45°，以每5°改變一次。

由圖4曲線可以看出，在房屋長度L、寬度B以及層數n相同的條件下，隨著坡屋面傾角α(α在合理傾角范圍內)的線性增大，體形系數S逐漸減小，并趨于平穩，對應房屋的節能保溫性能越好。

5 結語

住宅建筑的節能保溫效果主要取決于房屋的體形系數。對于普通的平房，其體形系數S由房屋的長度L，寬度B以及高度H確定。而坡屋面住宅的體形系數S除了由L，B和H確定以外，還取決于其屋面的傾角α。通過對影響建筑體形系數的幾個主要因素進行分析，得出了以下幾點結論：

1)隨著房屋長度的增大，體形系數逐漸減小。當長度增加到30m時，房屋長度對體形系數增量的影響較小；

2)房屋寬度越大，建筑體形系數越小。隨著寬度的增大，它對體形系數的影響越來越小。當房屋寬度增大到10m以上時，寬度的增加對體形系數的影響非常小；

3)層數越高，房屋高度越大，體形系數越小，圍護結構的傳熱損失越小，對應的節能效果越好。在農村住宅中，樓房的節能保溫效果要比一層平房好；

4)隨著坡屋面傾角的增大，體形系數逐漸減小，對應住宅的節能保溫性能越好。

一般控制建筑體形系數的方法有：

1)減少建筑的面寬，加大進深，也就是說面寬與進深之比不宜過大，長寬適宜；

2)盡量從節能省地的角度出發，增加建筑的層數；

3)建筑體形不宜變化過多，立面不宜太過復雜。

[1] 顧天舒，謝連玉，陳 革.建筑節能與墻體保溫[J].工程力學，2006,23(SⅡ):167-184.

[2] 張澤平，李 珠，董彥莉.建筑保溫節能墻體的發展現狀與展望[J].工程力學，2007，24(SⅡ):121-128.

[3] 張曉丹.陜西農村住宅墻體保溫效果與節能技術研究[D].咸陽：西北農林科技大學碩士學位論文，2011.

[4] 孫世鈞.北方農村住宅的節能與環保[J].哈爾濱工業大學學報，2003,35(6):763-765.

[5]JGJ26-95，民用建筑節能設計標準[S].

[6] 蔣宏志，鄧昭明.坡屋頂住宅建筑設計中幾個問題的探討[J].中外建筑，2010(9):116-117.

Shapecoefficientofbuildingeffectonenergy-savingandthermalinsulatingofruralhouse

YANGJin-long

(ManchuriaConstructionEngineeringQualitySupervisionStation,Manchuria021400,China)

In order to improve the thermal insulation and energy-saving effect of rural housing, improvement of farmers’ living conditions, this paper analyzed the main factors(shape coefficient) influence of the thermal insulation and energy-saving of rural housing, pointed out that could through changing of housing length, width, height and roof form to achieve the purpose of reasonable control of shape coefficient.

shape coefficient, rural housing, energy-saving insulation

1009-6825(2014)36-0186-02

2014-10-10

楊金龍(1973- )，男，工程師

TU201.5

A