摘要：建筑體形系數(shù)反映了一棟建筑體形的復(fù)雜程度和圍護結(jié)構(gòu)散熱面積的多少，體形系數(shù)越大，體形便越復(fù)雜，其圍護結(jié)構(gòu)散熱面積就越大，建筑物圍護結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量就越大。建筑體形系數(shù)是影響建筑物耗熱量指標(biāo)的重要因素之一，是居住建筑節(jié)能設(shè)計的一個重要指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：建筑體形系數(shù)；建筑節(jié)能；影響和關(guān)系
中圖分類號：TU241文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）01-0020-02
引言
影響建筑耗熱量的因素，除了圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能外，建筑物的體型、朝向、窗墻比等都對耗熱有很大影響。一般來說，體型復(fù)雜的建筑的耗熱指標(biāo)大；東西向比南北向建筑耗熱指標(biāo)大。另外，適當(dāng)減小窗墻比及提高窗縫的密封性，減少空氣滲透量，也可明顯減少采暖耗熱量，以達到節(jié)能的目的。在進行建筑節(jié)能或保溫設(shè)計時，要充分利用有利因素，克服不利因素，本文將主要就建筑體形系數(shù)與建筑節(jié)能的關(guān)系逐一探討。
一、建筑體形系數(shù)
建筑體形系數(shù)（shape coefficient of building）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(jié)構(gòu)面積。圍護結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)有墻、屋面、地板、頂棚等；透明圍護結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)[1]。在不需特別加以指明的情況下，圍護結(jié)構(gòu)通常是指外圍護結(jié)構(gòu)[5]。不采暖樓梯間隔墻和戶門屬于圍護結(jié)構(gòu)，但計算建筑體形系數(shù)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[見《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》（JGJ26―95）。]，
設(shè)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(shù)S= F0/ V0[2]。需要區(qū)分的是建筑系數(shù)和建筑體形系數(shù)不同，建筑系數(shù)即“建筑占地系數(shù)”的簡稱，指建筑用地范圍內(nèi)所有建筑物占地的面積與用地總面積之比，以百分率計。
建筑體形系數(shù)中所指的外表面積不包括女兒墻，突出墻面的構(gòu)件如空調(diào)板在計算時忽略掉，按完整的墻體計算即可。
單一朝向外窗(門)面積和墻面積(含窗面積)的比值一般稱窗墻面積比。
窗墻比中的墻指一層室內(nèi)地坪線至屋面高度線之間的墻體。
凸窗的側(cè)板、窗臺板、窗頂板，對節(jié)能影響較大，雖然外墻面積不用考慮增加（窗面積按展開面積計算），但其自身保溫隔熱措施在地方規(guī)范中大多有做
要求。
窗戶和墻體該歸入哪個朝向來計算節(jié)能，各地規(guī)定會略有不同。通常朝向以45度角平分，如東南至西南向之間的90度角歸入南向。但也有些地方某朝向的歸入計算范圍會擴大到120度或縮小到60度的，具體情況要看各地方的規(guī)定，這可以在節(jié)能地方規(guī)范中查找到,在節(jié)能軟件中也可以查看到各地方的朝向計算方法。
二、建筑體形系數(shù)與能耗的關(guān)系
建筑體形系數(shù)與建筑物的節(jié)能有直接關(guān)系；體形系數(shù)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(jié)能越不利；體形系數(shù)越小對建筑節(jié)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(fù)雜的建筑，以及平房和低層建筑，體形系數(shù)較大，對節(jié)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(shù)較小，對節(jié)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(shù)，也就是減少建筑物外表面積，減少外圍護結(jié)構(gòu)面積，減少建筑形體的凹凸，是節(jié)能的有效措施之一。
通常居住建筑體形系數(shù)控制在0.3。若體形系數(shù)大于0.3，則屋頂和外墻應(yīng)加強保溫，其傳熱系數(shù)應(yīng)滿足規(guī)定。
三、體形系數(shù)及其在建筑能耗分析中的應(yīng)用
為得到合理的有利節(jié)能的建筑體形，體形系數(shù)一般應(yīng)控制在0.3以內(nèi)，住宅進深應(yīng)擴大到10m以上，而長度則以55m為宜。從熱傳遞方面分析，通常建筑物實墻的陽角內(nèi)側(cè)氣流較通風(fēng)口處差且散熱面相對比較大，所以交角處內(nèi)表面的溫度遠比主體內(nèi)表面溫度低[3]。同時由于具有熱橋作用的框架柱或構(gòu)造柱常設(shè)在此處，所以一般交角處是建筑物耗能量較大的部位。如果建筑物設(shè)計成圓柱形，則外墻棱角少，外表面積也小，有利于減少能量的消耗。所以外表面整齊的建筑比外表面凸凹變化的建筑要節(jié)能。從接收太陽輻射熱能考慮，應(yīng)使建筑物南向墻面的面積盡量的大，其他墻面的外表面積盡可能的小，也就是說南向墻面與其他各方位墻面的面積比應(yīng)是越大越好[3]。另外，也可以利用植物來調(diào)節(jié)氣溫，在日照強烈的墻面，種植植物來吸收太陽熱量，減少傳入室內(nèi)的熱源。
從降低建筑能耗的角度出發(fā)，應(yīng)該將體形系數(shù)控制在一個較低的水平上，有關(guān)研究表明，當(dāng)建筑物的體形系數(shù)為0.15時最為節(jié)能。但是，體形系數(shù)不僅影響外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱損失，它還與建筑造型、平面布局、采光通風(fēng)等緊密相關(guān)。體形系數(shù)過小，將制約建筑師的創(chuàng)造性，造成建筑造型呆板，平面布局困難，甚至損害建筑功能。因此，綜合考慮多方面的要求，標(biāo)準(zhǔn)JGJ134－2001第4.0.3條規(guī)定條式建筑物體形系數(shù)不應(yīng)超過0.35，點式建筑物體形系數(shù)不應(yīng)超過0.4[4]。據(jù)此規(guī)定，宜多建多層多單元的板式住宅，盡可能減少低層住宅和點式住宅；多層住宅中4個單元、6層樓及以上的住宅一般能控制在0.30以下，高層建筑更易做到；最好避免作2000 �以下的低層住宅，當(dāng)建筑面積為3000～5000 �時，層數(shù)以5～6層為宜，當(dāng)建筑面積為5000～8000 �時，以6～8層為宜。
不同體形系數(shù)的建筑，其耗熱量指標(biāo)是不同的，但是，原標(biāo)準(zhǔn)的耗熱量指標(biāo)是以體形系數(shù)為0.30左右的多層住宅建筑為基準(zhǔn)而制訂的，某一地區(qū)，只有一個耗熱量指標(biāo)，對于新設(shè)計的節(jié)能住宅，不論其體形系數(shù)大小，均應(yīng)達到這一指標(biāo)。這一規(guī)定，對于占絕大多數(shù)體形系數(shù)小于或等于0.30的多層和中高層住宅來說是完全可行的；對于占少數(shù)的體形系數(shù)在0．31―0．35的多層住宅來說是基本可行的，因為外墻和屋頂要求的保溫厚度不大；對于占極少數(shù)的體形系數(shù)大于0．35的低層和點式住宅來說，由于外墻和屋頂要求的保溫厚度過大，在實施中就發(fā)生了困難。考慮到這種情況，以及近年來有些地區(qū)新建住宅建筑體形系數(shù)有增大的趨勢(如北京地區(qū)近年來新建多層住宅建筑體形系數(shù)已增至0．35左右)，但有些地區(qū)(如沈陽、哈爾濱等地區(qū))新建多層住宅建筑平、立面仍比較規(guī)正，絕大多數(shù)體形系數(shù)仍保持0.30左右，因此、在本標(biāo)準(zhǔn)的耗熱量指標(biāo)仍以體形系數(shù)為0.30左右的多層住宅建筑為基準(zhǔn)來制訂。為了從總體上實現(xiàn)節(jié) 能50％這一目標(biāo)，不僅要求體形系數(shù)小于或等于0.30的多層和中高層住宅建筑的耗熱量指標(biāo)達到規(guī)定要求，而且要求體形系數(shù)大于0.30，小于或等于0．35的多層住宅建筑的耗熱量指標(biāo)也達到規(guī)定要求。鑒于節(jié)能和節(jié)地的需要，我國今后城市新建住宅，絕大多數(shù)將是多層多單元建筑，中高層和高層建筑也將日益增多，預(yù)計體形系數(shù)小于或等于0．35的住宅建筑將占絕大多數(shù)，保證這些住宅建筑的耗熱量指標(biāo)達到規(guī)定要求，就能從總體上實現(xiàn)節(jié)能50％這一目標(biāo)。至于占極少數(shù)體形系數(shù)大于0．35的低層和點式住宅，允許其耗熱量指標(biāo)稍有增加，但其圍護結(jié)構(gòu)的保溫水平應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)表的規(guī)定。
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