摘要:建筑体形系数与建筑物的节能有直接关系，一般而言，体形系数越小，对建筑节能越有利，但体形系数并不是越小越好，体形系数过小，制约建筑师的创造性，会使建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。所以建筑师要权衡利弊，兼顾不同类型的建筑造型，尽可能选择合理的体形系数。
关键词:建筑耗能；外围护结构面积；通风；采光；体形系数限值
体形系数概念
英文:shape coefficient of building
体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积中，不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。
它实质上是指单位建筑体积所分摊到的外表面积。一般来讲，体积小、体形复杂的建筑，以及平房和低层建筑，体形系数较大；体积大、体形简单的建筑，以及多层和高层建筑，体形系数较小。联想一下，在微观世界里，微生物的体积非常大，它们的新陈代谢非常速度快；在宏观世界，在身高相同的人群中，一般身体偏瘦的人，体形系数相对大一些，他的新陈代谢快一些。而对建筑物来说，如果建筑物的高度相同，则其平面形式为圆形时体形系数最小，依次为正方形、长方形以及其他组合形式。
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图 1：此平面图为一梯四户的60㎡小户型，点式住宅，由于采光和通风需要满足住宅规范要求，因此，平面的凹凸比较大，它的体形系数会偏大。
建筑体形系数与建筑物的节能有直接关系，体形系数越大，说明同样建筑体积的外表面积越大，散热面积越大，建筑能耗就越高，对建筑节能越不利；反之亦然。
研究“体形系数对建筑节能效果影响”的方法
建筑体形系数反映单位建筑空间的热散失面积大小,对建筑能耗有直接影响.根据建筑体形系数定义了形状因子,并基于形状因子分析不同建筑底平面形状特征与极限体形系数和最佳楼层数的关系,结合形状因子分析体形系数对建筑节能效果的影响,提出计算最佳建筑体形系数和确定最佳节能楼层数、最佳底面形状的方法，推荐采用形状因子小的建筑底平面形状,并且采用与之相对应的最佳节能楼层数以降低体形系数,达到建筑节能设计标准要求.
体形系数在建筑能耗分析中的应用
建筑体形系数是影响建筑能耗最重要的因素，从降低建筑能耗的角度出发，应将体形系数控制在一个较低的水平。经研究显示，体形系数每增大1%，能耗指标约增加2.5%。提出体形系数要求的目的，是为了使特定体积的建筑物在冬季或夏季冷热作用下，使建筑物的外围护部分接受的冷、热量最少，从而减少冬季的热损失或夏季的冷损失。
通常，各地区根据气候条件，建筑的体形系数有所不同，北方寒冷地区建筑体形系数比夏热冬冷地区的体形系数要严格一些。要求建筑在平面布局上外形不宜凹凸太多，应尽可能力求完整，以减少建筑因凹凸太多形成外墙面积过大而提高体形系数。有人曾对北方寒冷地区的体形系数与耗热量指标进行过计算分析，分析表明，在建筑各部分围护结构传热系数和窗墙面积比不变的条件下，房屋的耗热量指标随体形系数的增加而直绒上升。低层和少单元住宅对节能不利，也就是说体积较小的建筑物，它的外围护结构的热损失量要占建筑物总热损失量的大部分。当建筑物体积小于1300立方米时，外围护结构的热损失量随体积的减少而迅速增大。
虽然形体复杂、凹凸面过多的建筑对节能不利，但是，体形系数也不能过小。体形系数不仅影响建筑物外围护结构的传热损失，它还影响着建筑造型、平面布局、采光通风等。体形系数过小，制约建筑师的创造性，会使建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。所以权衡利弊，兼顾不同类型的建筑造型，尽可能减少房间的外围护面积，使体形不要太复杂，凹凸面不宜过多。
根据不同的建筑层数选择合理的体形系数
根据别墅住宅建筑物节能评估中出现的较多体形系数超标现象,从考虑建筑物设计尺寸、选择适当长宽比、日辐射得热量等因素出发,分析住宅建筑体形系数和建筑节能的关系,应该选择别墅建筑最合理节能体形的设计方法。别墅的层数通常不高，由于屋面在体形系数计算中所占的比例提高，为保证建筑的平面、立面设计满足通风、采光等建筑功能要求，江苏省的夏热冬冷地区，3层及3层以下的居住建筑体形系数上限值提高到0.55，4~5层的居住建筑，体形系数上限提高到0.45。
对于6~11层的居住建筑，大多为单元式的条形建筑，考虑到自然通风的不利因素，在江苏省夏热冬冷地区，6~11层居住建筑体形系数上限值统一为0.40.
对于12层及12层以上的居住建筑，考虑到高层建筑的通风、采光条件优于低层和多层建筑，体形系数上限值为0.35。虽然体形系数偏于严格，但高层建筑的室内通风、采光功能仍满足使用的要求。
体形系数是把双刃剑，偏大和偏小都不合理
虽然体形系数越小越有利于减少外围护结构的传热损失，但它还与建筑的平面布局、采光通风等因素有关，体形系数过小，将导致居住建筑平面布置困难，住宅进深过大，甚至有损与建筑功能。住宅进深过大，会导致通风、采光不良，不利于自然通风和自然采光，使空调、照明灯具的开启时间增多，反而增加了建筑能耗。因此，综合考虑多方面的要求，对体形系数的下限也应当控制，比如：对不低于6层、必需应用被动节能技术的居住建筑，体形系数的下限值为不低于2.5，该体形系数下限值大致对应与建筑的进深等于2.5倍的居室进深的情况。
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图 2：此平面为某大学的学生宿舍楼标准层，由于南北进深比较大，东西的纵向长度比较短，造成体形系数偏低。由于体形系数偏低，该宿舍平面整体的采光系数偏低，通风条件也不是很理想。
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图 3：此平面为某小学的学生宿舍楼标准层，与图2的大学生宿舍楼平面相比：虽然东西向的纵向长度大致相等，但是南北的进深明显小了很多，它的体形系数比较合理。该宿舍平面整体的采光、通风条件比较理想。
当体形系数超过上限值时，允许通过加强围护结构的办法达到节能指标的要求，但体形系数低于规定的下限值是不允许的。
由此看来，体形系数并不是越小越好，有的时候，对居住建筑的体形系数的控制，下限值显得更为重要，体形系数过小，会影响建筑的平面功能和立面造型，甚至能影响整个建筑方案的可行性。
参考文献：
[1]付衡;龚延风;许锦峰;金斯科;夏热冬冷地区居住建筑体形系数对建筑能耗影响的分析[J]新型建筑材料；2010.01
[2]谢自强；董孟能；邓瑛鹏；陈亮；建筑体形系数对建筑节能增量成本的影响分析[J]重庆建筑；2008.12
论文作者:张松
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/11/23
标签：体形论文; 系数论文; 建筑论文; 平面论文; 采光论文; 建筑物论文; 进深论文; 《基层建设》2016年12期论文;