一、建筑體型與節(jié)能的關(guān)系

建筑體型不單單指建筑物的形狀,常用建筑體形系數(shù)來表達其與節(jié)能的關(guān)系。當建筑體形系數(shù)小于0.3時,是比較理想的節(jié)能體型,但當其值大于0.3,則應(yīng)對建筑外圍護結(jié)構(gòu)(包括外墻和屋頂)進行相應(yīng)的保溫設(shè)計,來彌補由于外露面積過大而導(dǎo)致過多的能量散失。當建筑的容積已確定,體形系數(shù)(見公式(1))與建筑平面形狀、面積(長度×寬度)和高度有關(guān)。也就是說應(yīng)盡量減小建筑物的外露面積——外圍護結(jié)構(gòu)的總面積,圍護結(jié)構(gòu)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(shù)(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(fēng)格的多樣化,建筑形體往往不是規(guī)則的幾何形體,而是追求標新立異,復(fù)雜的建筑平面會直接增加建筑外露表面積,使體形系數(shù)增大,從而增加散熱機會。據(jù)統(tǒng)計計算,體形系數(shù)每增加0.01時,能源指標會增加2.5%左右,因此,建筑設(shè)計規(guī)范上對于建筑體形系數(shù)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(shè)計成單元組合的形式也是相對有效的節(jié)能辦法,即將外露的墻體變?yōu)閮?nèi)墻,因此,在計算體形系數(shù)時,建筑外表面積減少了,從而達到節(jié)能的目的。

二、建筑的平面形態(tài)對節(jié)能的關(guān)系

建筑體型形態(tài)指的是其平面的構(gòu)成特點,即建筑的平面形態(tài)。這與規(guī)劃要求、建筑功能、景觀設(shè)計、技術(shù)要求、設(shè)計思路等有不可分割的聯(lián)系。建筑的平面形態(tài)決定了建筑物朝向、采光和通風(fēng)面積及方式等方面的內(nèi)容,從而決定了建筑物受光面積和散熱面積。根據(jù)模擬結(jié)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(yīng)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(jié)能,但在實際應(yīng)用中,我們會發(fā)現(xiàn),由于功能、建筑朝向、采光、通風(fēng)等方面的影響,建筑平面很難為正方形。因此,在建筑設(shè)計過程中需要對建筑平面形式做綜合節(jié)能分析。

三、建筑的長度和寬度與節(jié)能的關(guān)系

建筑物的長度和寬度受多方面因素的限制,如規(guī)劃用地、建筑占地面積、主導(dǎo)風(fēng)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(jié)能中應(yīng)用建筑體形系數(shù)來協(xié)調(diào)建筑能耗與節(jié)能的關(guān)系。體形系數(shù)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(shù)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(shù)也達到最小值,此時最為節(jié)能。

四、建筑的高度與節(jié)能的關(guān)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(jié)能的一個重要因素。一般來說,建筑體形系數(shù)會隨著建筑層高度的增加而逐漸減小;而當建筑物的層數(shù)增加,會降低層高對其建筑體形系數(shù)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(nèi)(以居住建筑為例,約為2000m2),其體形系數(shù)相對較大,外圍護結(jié)構(gòu)的散熱面積大,進而導(dǎo)致能耗大,不利于建筑的節(jié)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?yōu)閮?nèi)墻,使建筑的外露面積降低,從而降低了體形系數(shù),因此,我國的居住建筑一直延續(xù)著單元并列形式的建筑。從建筑的高度來講,層高和層數(shù)的增加,對體形系數(shù)的影響很小,可以忽略不計,所以說,中高層建筑更符合節(jié)能的要求。

五、結(jié)語

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的各行各業(yè)的推行,建筑已成為節(jié)能減排工作的重點對象,相關(guān)部門對建筑節(jié)能提出了詳細的法規(guī)和規(guī)范要求。對于建筑本身而言,體形系數(shù)是影響其節(jié)能效率的主要問題之一,其由建筑外圍護結(jié)構(gòu)、建筑尺度所決定,反映了建筑形體的復(fù)雜程度和圍護結(jié)構(gòu)散熱面積的多少,或者說,體形系數(shù)的大小,表明建筑體型的復(fù)雜程度。圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能是建筑節(jié)能的關(guān)鍵所在,這從我國發(fā)布的建筑節(jié)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(guī)劃、規(guī)范和建筑使用功能的基本要求下,體形系數(shù)與建筑平面形式息息相關(guān),應(yīng)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(shù)歲建筑面積的增大而減小,隨層高、層數(shù)的增加而減小,相比而言,高層建筑更有利于節(jié)能。此外,增加建筑的寬度是控制其體型系數(shù)的重要手段之一,使其與建筑長度相差不多對建筑節(jié)能更為有利。綜上所述,從節(jié)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(jié)合建筑朝向、氣候情況、地理位置、周圍環(huán)境、能源供應(yīng)方式等條件來綜合確定建筑節(jié)能方案。