建筑体型在节能设计的作用

【摘要】本文从平面形状对住宅节能的影响、建筑边长与节能的关系、体型节能设计的可控性、建筑体型方面的节能设计，以及优化建筑位置朝向设计及体形设计这五个方面对建筑体型在节能设计的作用进行阐述。

【关键词】建筑；体型；节能设计；作用

一、前言

随着经济的不断向前发展，建筑物的数量不断增加，人们对于建筑节能设计的关注越来越多。在进行节能设计过程中，建筑物的体型设计也起着重要的作用。

二、平面形状对住宅节能的影响

人们在建筑设计中常常追求建筑形态的变化。体型形态是指建筑物平面所构成的形状特征。它取决于多项因素：城市景观、功能要求、技术条件、设计灵感等。建筑体型形态控制就是研究平面形状对建筑节能的影响。通常来说，影响建筑体形的因素有：建筑的长度、宽度（进深）和高度。虽然建筑围护结构材料、构造相同，但是由于平面形状不同，建筑受太阳影响程度以及建筑室内外通过外墙表面的热交换情况均有所差异。所以，本章将对建筑平面形状进行简化和对比，通过简化模型来分析和研究建筑平面形状、建筑体量与体形系数之间的关系和规律。

从建筑节能的角度出发，在建筑体积V相同的条件下，当建筑功能要求得到满足时，平面设计应注意使围护结构表面积A与建筑体积V之比尽可能地小，以减小表面的散热量。我们试对不同平面形式住宅建筑进行研究：假定某住宅高度为18m，在建筑体积V相同的条件下，5种不同的平面形式住宅建筑的体形参数，即正方形、长方形、L形、回字形以及U形。

经过相关的数据分析表明，平面形状为正方形在在建筑体积V的相同条件下，建筑外表面积最小，建筑耗热量也最小。为了保证研究讨论的平面形状具有一代表性和可比性，将城市中最常见的建筑平面进行了简化，并选取最符合工程实际的四边形作为研究模型。

三、建筑边长与节能的关系

1.建筑的长度和宽度与节能的关系

建筑物的长度和宽度受多方面因素的限制，如规划用地、建筑占地面积、主导风向、气候条件等，其中最主要的是要满足建筑的基本使用功能。在建筑节能中应用建筑体形系数来协调建筑能耗与节能的关系。体形系数为建筑物与室外大气直接接触的外表面积与其所包围的体积之比，通过计算比较可知，不论建筑高度如何变化，体形系数随建筑长度的变化趋势大致相同，即先快速减小，然后缓慢至最小值，之后又有小幅度的增加，当平面形状为正方形时，体形系数也达到最小值，此时最为节能。

2.建筑的高度与节能的关系

由于近些年来高层建筑在居住建筑和办公建筑的大量兴建，使建筑高度也成为建筑节能的一个重要因素。一般来说，建筑体形系数会随着建筑层高度的增加而逐渐减小；而当建筑物的层数增加，会降低层高对其建筑体形系数的影响，因此对于高层建筑来说高度的增加对建筑能耗的影响可以忽略。

四、体型节能设计的可控性

从理论上讲，如果只从减小热耗的角度考虑，除加强围护结构保温外，则应尽量减小其体型系数。按照此理论在某住宅建筑体积保持一定的前提下，只有减小住宅的外表面积，才能减小其体型系数。而减小住宅的外表面积只有通过加大住宅进深，减少长宽比才能达到。对于方形住宅而言，根据数学推导可得知正方体的体型系数最小。在进一步的研究中，英国著名学者L.March应用有效传热系数法（所谓有效传热系数是指综合考虑了结构材料、结构形式、受太阳辐射程度、寒风侵袭等因素影响后的传热系数值），根据数学推导得出了单位建筑面积耗热最小的体型条件，是建筑各向长度与该向的平均有效传热系数成比例。

最佳节能体型不只是以外表面积为标准，而是以热工特性的比例为准的，但在具体住宅中各面的有效传热系数由于朝向不同而受辐射量不同、开窗面积不同以及构造上的差别等因素影响，其有效传热系数不可能完全一致，因此正方形并不是最佳的节能体型，而是要求平均有效传热系数越大的面，其面积应相对较小，反之，则其面积应相对较大。同时还根据节能目标限定了不同地区墙、窗等构件的传热系数和各面窗墙比。因此，严格控制体型系数对节能住宅设计十分重要。

五、建筑体型方面的节能设计

1、控制体型系数。体型系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积（不计地面）与其所包转的建筑体积之比。体型系数越大，说明单位建筑所分担的热散失面积越大，能耗就越多。有研究资料表明，体型系数每增加0.01，耗热量指标约增加2.5%，一般宜控制在0.30以下。建筑体型系数还与建筑物的体型是否规整及建筑物体量大小有关。

2、控制表面面积系数。从获取更多的日照辐射，降低耗能的观点来看，表面面积系数越小越好。从节能意义来说，长轴朝向东西方长方形体型最好，正方形次之，而长轴朝向南北方的长方形体型的建筑节能效果最弱。

3、选择适当的长宽比。对正南朝向来说，一般长宽比越大，得热越多。但需注意，随着朝向的变化，其得热量会逐渐减少。当偏角达到67 度时，各种长宽比体型建筑的得热基本趋于一致。当偏角为90 度时，则长宽比越大，得热越少。

六、优化建筑位置朝向设计及体形设计

从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理，合理钓确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。

合理的建筑体形能够减少高层建筑物与外界的热量交换，在其他条件相同时，体型系数（建筑物外围护面积与其所包围体积之比）越大，单位面积散热量也越大，对节能不利。因此，正确处理建筑形式多样化和节能的关系，是建筑设计中应当引起重视的问题。另外，建筑物的外形越简单，其外壳的表面积越小，热交换量亦越少。因此，建筑物的造型宜简洁、完整，尽量避免复杂的轮廓线。

七、结语

综上所述，在进行建筑节能设计时，对建筑物的体型进行设计可以有效地提高建筑物的节能效果，进而降低建筑物整体的成本，促进建筑物的建设的循环发展，实现社会的可持续发展。

【参考文献】

[1]黄菁菁 建筑体型在节能设计中的应用分析 [J 《城市建筑 》 -2013年14期-

[2]张引 关于住宅建筑节能设计中体型设计的探讨 [J 《中华民居》 -2012年4期-

[3]姚露 住宅建筑节能体型设计 [J 《工程建设与设计》 -2010年5期-

[4]唐一峰，赵继龙 基于建筑体型控制的思考 [J 《科技致富向导》 -2010年8期-