試論建筑平面體形設(shè)計(jì)中的節(jié)能問(wèn)題

【摘要】在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，節(jié)能建筑成為當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)發(fā)展的主要趨勢(shì)，如何更好的體現(xiàn)建筑的節(jié)能效應(yīng)成為建筑設(shè)計(jì)人員最為關(guān)心的問(wèn)題。本文中主要針對(duì)平面體形設(shè)計(jì)這一方面，來(lái)談?wù)劷ㄖ墓?jié)能問(wèn)題。文章首先簡(jiǎn)要分析了平面體形系數(shù)的相關(guān)概念，指出了平面體形中節(jié)能設(shè)計(jì)的原則，并就體形形態(tài)的節(jié)能控制措施提出了一些建議。

【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計(jì)；平面體形；節(jié)能設(shè)計(jì)；控制措施

在社會(huì)快速發(fā)展的進(jìn)程中，人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中對(duì)能源資源的需求越來(lái)越大，直接導(dǎo)致了全球能源緊張加劇，資源短缺嚴(yán)重，這種現(xiàn)象使人們不得不正視節(jié)能理念的應(yīng)用與推廣。到目前為止，節(jié)能理念幾乎已經(jīng)滲入到各個(gè)行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，并成為其未來(lái)發(fā)展的主要方向。建筑業(yè)作為一個(gè)消耗能源較大的行業(yè)，若其能夠充分實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，那將會(huì)對(duì)緩解能源危機(jī)起到重要作用。建筑的平面體形設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，是建筑所要表現(xiàn)出的形狀的直接體現(xiàn)，其除了要滿足建筑技術(shù)設(shè)計(jì)的要求以外，還要實(shí)現(xiàn)一定的文化藝術(shù)要求。在今天，設(shè)計(jì)人員又為其提出了一種新的要求，即節(jié)能效應(yīng)。那么如何利用對(duì)建筑平面體形的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能呢？以下本文就來(lái)詳細(xì)探討這一問(wèn)題。

1、建筑平面體形概述

體形系數(shù)是目前常用的體形控制指標(biāo)之一，以比值FO/VO來(lái)描述，物理意義是指圍合建筑物室內(nèi)單位體積所需建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，從節(jié)能建筑原理來(lái)講，是用盡量小的建筑外表面積來(lái)圍合盡量大的建筑內(nèi)部單位體積。FO/VO越小則意味著外墻面積越小，也就是能量流失途徑越少，越具節(jié)能意義。

我國(guó)有關(guān)規(guī)范對(duì)FO/VO作了界限，居住建筑或類似建筑以FO/VO=0.3為界限，當(dāng)FO/VO〈0.3時(shí)體形對(duì)節(jié)能帶來(lái)幫助，能為今后建筑實(shí)施節(jié)能目標(biāo)提供有利條件。至于FO/VO在節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中的變化規(guī)律和應(yīng)用、在操作過(guò)程中的價(jià)值討論甚少，使建筑師對(duì)FO/VO了解不多，重視不夠。

2、平面體形節(jié)能的設(shè)計(jì)原則

通常而言，在建筑的平面體形設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能效應(yīng)，設(shè)計(jì)人員往往需要遵循三個(gè)基本設(shè)計(jì)原則，即建筑體形的整體原則、組合原則以及定量原則。其各自不同的設(shè)計(jì)要求具體如下分析所述：

2.1建筑體形整體原則

所謂整體原則，就是指在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量避免將建筑平面過(guò)分分割或變形，要保證平面體形的整體性特點(diǎn)，而不是凌亂、隨機(jī)的特點(diǎn)。這是體現(xiàn)節(jié)能理念的一種方式，因而在建筑的體形設(shè)計(jì)中，對(duì)于主體建筑來(lái)講，最好選擇較為典型的平面體形，比如方形或三角形等，然后再在這些典型的平面圖形上做出相應(yīng)變化，以實(shí)現(xiàn)良好的美學(xué)效果。但在你建筑的平面設(shè)計(jì)上，最好不要將其設(shè)計(jì)成凸凹不平的結(jié)構(gòu)體形，而是以簡(jiǎn)單整齊統(tǒng)一的完成外墻設(shè)計(jì)，這樣更易完成富有特點(diǎn)的體形設(shè)計(jì)。

2.2建筑體形組合原則

有效的組合設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能效果也是有著很大意義的。如在對(duì)建筑的外墻平面設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)對(duì)單元之間外墻的相互結(jié)合，來(lái)減少整體外墻所占面積，實(shí)現(xiàn)土地資源的合理有效規(guī)劃。但這種組合設(shè)計(jì)必須要在符合消防、景觀等要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效重疊組合，并且要注意西山墻的設(shè)計(jì)，要盡量減少夏季西曬而增高建筑室內(nèi)溫度，增大空調(diào)負(fù)荷，而不利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能效應(yīng)。

2.3建筑體形定量原則

21世紀(jì)的建筑設(shè)計(jì)應(yīng)注意對(duì)環(huán)境的影響及環(huán)境對(duì)建筑使用帶來(lái)的制約和作用，并應(yīng)十分強(qiáng)調(diào)必要的定量控制，以貫徹建筑業(yè)的節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展。一般而言，高層建筑的FO/VO一般控制0/10-0.15在之間，對(duì)于高密度聚居區(qū)的建筑開發(fā)、環(huán)境控制和小氣候改善，應(yīng)將FO/VO 列入建筑設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，以控制高能耗區(qū)域的節(jié)能狀況，意義甚大。

3、體形形態(tài)節(jié)能控制

體形形態(tài)是指建筑物平面所構(gòu)成的形狀特征。它取決于多項(xiàng)因素：城市景觀、功能要求、技術(shù)條件、設(shè)計(jì)靈感等。建筑體形形態(tài)控制就是研究平面形狀對(duì)建筑節(jié)能的影響。雖然建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)造相同，但是由于平面形狀不同，建筑受太陽(yáng)影響程度和建筑室內(nèi)外通過(guò)外墻表面的熱交換情況均有所差異。

通過(guò)各種分析，研究體形形態(tài)與建筑節(jié)能的關(guān)系和規(guī)律，對(duì)千姿百態(tài)的平面形狀進(jìn)行優(yōu)化和對(duì)比，使建筑師在進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思和選擇方案過(guò)程中，對(duì)不同的平面形狀有正確的節(jié)能評(píng)價(jià)，使建筑成為節(jié)能建筑。

4、基本平面形狀的節(jié)能效果

若就基本平面形狀的各種參數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比，分析其各自的節(jié)能效果，對(duì)于提高建筑的平面體形設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)水平有著很重要的意義。將平面形狀與建筑的相關(guān)原理結(jié)合起來(lái)的節(jié)能效果分析如下所示：

4.1體形系數(shù)分析

從體形系數(shù)FO/VO的計(jì)算值可以看出，圓形的FO/VO最小，三角形最大，F(xiàn)O/VO與nl和B成反比，即多邊形邊數(shù)越多其FO/VO成遞減關(guān)系。顯而易見，以體形系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)，其對(duì)節(jié)能的意義順序?yàn)椋簣A、多邊形、正方形、長(zhǎng)方形、三角形，圓和多邊形為推薦平面形狀，三角形對(duì)節(jié)能不利。

4.2輻射得熱分析

建筑物所處的室外環(huán)境并不是只與溫度有關(guān)，尚與太陽(yáng)輻射、風(fēng)、雨等有關(guān)。其中太陽(yáng)輻射是主要因素，建筑的外立面由于朝向不同其得到（或失去）的太陽(yáng)能量也不同。以太陽(yáng)輻射得熱而論，正方形比長(zhǎng)方形更合理，南側(cè)較長(zhǎng)的長(zhǎng)方形平面形狀的得熱將較大，因此建筑師在外墻面積相同的情況下應(yīng)盡量擴(kuò)大南立面減小北立面。

4.3傳熱理論分析

從建筑傳熱理論分析，一個(gè)室內(nèi)空間如果所形成的角越多，那么由于熱橋、傳熱方式變化，其傳熱就越快。因此，建筑師在選擇平面形式時(shí)，除了要討論FO/VO外，尚應(yīng)充分考慮角系數(shù)問(wèn)題，以盡量少的角系數(shù)為好。

4.4體形的風(fēng)流分析

建筑的不同平面形態(tài)將會(huì)使室外風(fēng)環(huán)境對(duì)建筑的影響產(chǎn)生不同的反應(yīng)，以增加建筑通風(fēng)為目的的夏季而論，盡量大的迎風(fēng)口正壓區(qū)域會(huì)使建筑接受更多的風(fēng)量，可以為改善室內(nèi)通風(fēng)條件創(chuàng)造良好的外部條件，增加（或削弱）迎風(fēng)面的方法

5、結(jié)語(yǔ)

總之，在建筑設(shè)計(jì)中，關(guān)于平面體形的節(jié)能設(shè)計(jì)是需要考慮到各方面因素的，要在滿足建筑的基本功能需求下，完成節(jié)能設(shè)計(jì)。筆者認(rèn)為，建筑的體形形態(tài)最好不要有過(guò)多的角部設(shè)計(jì)，以降低熱傳導(dǎo)效應(yīng)，提高節(jié)能效益。同時(shí)要對(duì)建筑體形的整個(gè)外表面積進(jìn)行有效控制，盡可能的減少外圍結(jié)構(gòu)的面積，以減少熱量流失。當(dāng)然，建筑的平面體形設(shè)計(jì)若要實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果，其所涉及的因素是較為復(fù)雜的，只有將這些因素協(xié)調(diào)平衡，全面控制，才能實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展的建筑體形設(shè)計(jì)效果。