規(guī)劃方案階段住宅建筑體形與建筑節(jié)能關系研究

摘要：建筑體形系數(shù)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(shù)的影響，并通過實例分析了規(guī)劃方案階段建筑體形系數(shù)的控制對建筑節(jié)能的影響。

關鍵詞：建筑體形系數(shù)；綠色建筑；平面形狀；規(guī)劃方案階段；節(jié)能

引言：隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)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(jié)能已成為社會極度關注的現(xiàn)實問題。大力發(fā)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(zhì)量，同時也影響住宅的通風、采光和節(jié)能等方面的內(nèi)在質(zhì)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(jié)能，設計是核心，其中規(guī)劃方案階段的設計與審批是重中之重。本文提出規(guī)劃方案階段就應對建筑節(jié)能相關指標進行控制。

一、建筑體形系數(shù)

建筑體形系數(shù)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。

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(shù)

S= F0/ V0[2]。

建筑體形系數(shù)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(gòu)件如空調(diào)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(shù)與能耗的關系

建筑體形系數(shù)與建筑物的節(jié)能有直接關系； 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。

三、不同平面形狀的住宅案例F0/V0分析研究

我國有關規(guī)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(jié)能帶來幫助，能為今后建筑實施節(jié)能目標提供有利條件。至于 FO/VO 在節(jié)能建筑設計中的變化規(guī)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(nèi)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(guī)律，從而便于在規(guī)劃方案階段設計與審批時對節(jié)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(guī)律：

1）聯(lián)列遞減律 建筑體形系數(shù)與建筑單元聯(lián)列情況有關。分析表明，隨著增加一個聯(lián)列數(shù)，F(xiàn)O/VO 相應遞減 0.03，以等差數(shù)列類推，主要原因是外墻面積因聯(lián)列數(shù)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(jié)能建筑（住宅）設計而言，適當多的住宅單元聯(lián)列，對體形系數(shù)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(jié)能論，住宅層高以2.8米至3.2米為宜。

3）正方極限規(guī)律 面積相同條件下，提高建筑進深，面寬減少，F(xiàn)O/VO會相應提高。即對直角平面而言，正方形的建筑體型系數(shù)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(jié)能有力。

4）高層建筑規(guī)律。高層建筑體型系數(shù)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(guī)劃方案階段住宅建筑節(jié)能

我們在規(guī)劃審批工作過程中發(fā)現(xiàn)設計人員在設計時存在一些問題，多地建筑節(jié)能設計標準有兩種途徑達到設計標準要求 。一種是滿足規(guī)定性指標 ； 另一種是滿足建筑物節(jié)能綜合指標 。按規(guī)定性指標設計，必須滿足標準中關于體型系數(shù)、窗墻面積比、門窗等各項規(guī)定。在規(guī)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(jié)能綜合指標判斷是否達到標準的規(guī)定。據(jù)統(tǒng)計分析，很大一部分建設工程項目是按節(jié)能綜合指標設計，住宅建筑體型系數(shù)絕大部分超過了標準限值。由于體型系數(shù) 、窗墻面積比過大，在規(guī)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(jié)構(gòu)節(jié)能措施以達到建筑節(jié)能的目的；②后期建筑節(jié)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(jié)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(qū) ，以萊蕪地區(qū)為代表 ，在建筑節(jié)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(shù)普遍偏高，主要原因是在規(guī)劃階段沒有對建筑體型系數(shù)進行有效的控制造成的，因而建筑規(guī)劃階段的體型系數(shù)控制是建筑節(jié)能工作的盲點，也是未來建筑節(jié)能工作的重點。

規(guī)劃方案階段體型系數(shù)對建筑能耗和建筑節(jié)能析，通過在規(guī)劃方案階段，對建筑平面的調(diào)整，可得出不同的體型系數(shù)。分別針對不同體型系數(shù) ，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(shù)，在規(guī)劃方案階段使建筑能耗降低。經(jīng)分析計算夏熱冬冷地區(qū)建筑物體型系數(shù)每增加 0.0l，建筑能耗增加 2%～ 5%，因此規(guī)劃方案階段決定的設計方案產(chǎn)生的體型系數(shù)對建筑能耗的影響非常大。

五：結(jié)論

1）不同的建筑平面對熱傳導和節(jié)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(gòu)思過程中，在滿足功能要求的前提下，應將對節(jié)能的尊重融汝方案設計構(gòu)思之中。

2） 建筑體形形態(tài)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(shù)。

3）規(guī)劃方案階段建筑體形系數(shù)對建筑能耗和建筑節(jié)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(guī)劃方案階段就加強對建筑體形系數(shù)控制，在工程項目規(guī)劃方案設計階段充分考慮建筑體形系數(shù)對建筑節(jié)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(shù)，使建筑本身有利于節(jié)能，方能在后期建筑設計時，采用經(jīng)濟、適用、安全的建筑節(jié)能措施，滿足節(jié)能規(guī)定，又能大幅度降低建筑節(jié)能增量成本。

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

參考文獻

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[3]吳劍斌.淺談建筑設計中的節(jié)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(jié)能的探討[J].大科技·科技天地，2010，（7）：182-183.