建筑物體形系數(shù)定義

在《民用建筑熱工設計規(guī)范》、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》的相關條例中都明確指出，體形系數(shù)是指建筑物的外表面積和外表面積所包的體積之比。

將其公式化為：

Tx=F/V

式中：

Tx——體形系數(shù)；

F——建筑物的外表面積；

v——建筑物外表面積所包的體積。

從基本概念可以看出體形系數(shù)的大小對建筑能耗的影響非常顯著。體形系數(shù)越大，單位建筑面積對應的外表面積越大，外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱損失越大，能耗就越多 。

建筑體形系數(shù)是影響建筑物耗熱量指標的重要因素之一， 是建筑節(jié)能設計一個重要指標。

（1）建筑物設計尺寸的影響

對于普通民用建筑而言，其主要形狀為長方體，而長方體的組成尺寸分別為長、寬、高。

體形系數(shù)隨著建筑物長度的增加而不斷減小，但是其減少幅度逐漸下降。

體形系數(shù)隨著建筑物寬度的增加而不斷減小，但是其減少幅度逐漸下降。

體形系數(shù)隨著建筑物高度的增加而不斷減小，但是其減少幅度逐漸下降 。

在建筑物總體積一定的情況下，選好適當?shù)拈L寬比也是相當重要的。對于正南朝向而言，一般是長寬比越大得熱就越多。當偏角達到67度左右時，各種長寬比的建筑得熱基本趨于一致，而當偏角為90度時，則長寬比越大，得熱越少。選好長寬比的前提是該建筑物的朝向必須先確定下來，因為朝向不僅與設計理念有關，而且也和建筑物日輻射得熱量有關。

（2）日輻射得熱量對體形系數(shù)的影響

從外界對建筑物能耗的影響來講，El輻射得熱量是一個重要因素。從節(jié)能的角度而言，合理的體形系數(shù)設計應該基于這一原理：使建筑物能在夏季得熱少，冬季得熱多。

圖1是將同體積的立方體建筑模型按不同的方式排列成各種體形和朝向，從日輻射得熱多少的角度來研究建筑體形對節(jié)能的影響。由圖可知，立方體A是冬季日輻射得熱量最少的建筑體形；D是夏季得熱最多的體形；E、C兩種體形的全年日輻射得熱量較為均衡；而長、寬、高比例較為適宜的B，在冬季得熱較多，在夏季則得熱最少。

由上可知，在建筑物的節(jié)能設計方案中，假設建筑物體積一定，那么必須綜合考慮建筑物的長寬比、朝向和日輻射得熱量，來求出最佳的建筑物設計尺寸，從而得到一個最佳的節(jié)能體形系數(shù)。當然，在建筑物體形系數(shù)的設計中還必須綜合考慮到建筑造型、平面布局和采光通風的要求，如果體形系數(shù)過小，它將制約建筑師的創(chuàng)造性，造成建筑造型呆板，平面布局困難，甚至影響建筑功能。因此必須權衡利弊，兼顧不同類型的建筑造型 。

建筑體形系數(shù)反映單位建筑空間的熱散失面積大小，對建筑能耗有直接影響。建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境形成的最主要原因主要是受各種外擾和內(nèi)擾的影響，建筑節(jié)能的關鍵在于圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能。20世紀80年代初，國家確立節(jié)能30%的建筑節(jié)能標準中，圍護結(jié)構(gòu)占20%；到1995年末，建設部又發(fā)布了居住建筑節(jié)能50%的節(jié)能標準，其中圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能占30%。

提高建筑結(jié)構(gòu)設計在建筑節(jié)能中的比例，降低采暖空調(diào)能耗是解決建筑能耗日益增高的有效途徑建筑體形的變化直接影響建筑能耗的大小，節(jié)能設計標準中建筑熱丁設計部分對建筑體形系數(shù)有明確的規(guī)定：《民用建筑節(jié)能設計標準(采暖居住建筑部分)》(JG326—95)第4.1.2條規(guī)定，建筑物體形系數(shù)宜控制在0.30及0.30以下，若體形系數(shù)大于0.30，則屋頂和外堵應加強保溫，傳熱系數(shù)應符合其標準表4.2.1限值的規(guī)定；《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》(JGJ134—2001)第4.0.3條規(guī)定“，條式建筑物的體形系數(shù)不應超過0.35，點式建筑物的體形系數(shù)不應超過0.40；《公共建筑節(jié)能設計標準》(GB50189—2005)第4.1.2條規(guī)定，嚴寒、寒冷地區(qū)建筑的體形系數(shù)應小于或等于0.40。

提出體形系數(shù)要求的目的，是為了使特定體積的建筑在冬季和夏季冷熱作用下，從面積因素考慮，合理選擇傳熱面積，使建筑物的外圍護部分接受的冷、熱量最少，從而減少冬季的熱損失與夏季的冷損失。

基于形狀因子f的節(jié)能分析

對于給定容積的建筑，體形系數(shù)與建筑物底面形狀、面積和建筑高度有關，而當建筑物的底面面積和建筑高度確定好之后，不同的底面形狀影響體形系數(shù)的值。定義系數(shù)形狀因子f以描述不同的底面形狀特征，當?shù)酌嫘螤畲_定以后，f的值也得到確定，可以說f僅與建筑物底面的形狀有關。形狀因子與建筑使用面積、建筑高度等參數(shù)結(jié)合起來既是對體形系數(shù)完整的描述，又是對建筑某一獨立局部如形狀、面積、高度等的描述。

所定義形狀因子為：

L₀為建筑物底面周長，S₀為建筑物底面面積。

形狀因子值f越小，體形系數(shù)值越小。

由表1得，圓形底面形狀因子。f值最小，正方形次之，矩形相對較大。因而通過外圍護結(jié)構(gòu)的熱量傳遞在上述條件下取決于形狀因子值f的大小、f值小的圓形底面，外包絡面積最小，在綜合熱作用下外圍護結(jié)構(gòu)傳熱面積最小，能耗最小。正方形底面次之，矩形底面相對較差。且底面形狀長寬比越大的條式建筑節(jié)能效果相對越差。因此，從節(jié)能角度考慮，超高層建筑底面形狀采取圓形相對其他形狀更節(jié)能。2100433B

是指建筑物接觸室外大氣的外表面積F0，與其所包圍的體積V0的比值，即S=F0/V0。它實質(zhì)上是指單位建筑何種所分攤到的外表面積。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。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；

通常居住建筑體形系數(shù)控制在0.3。若體形系數(shù)大于0.3，則屋頂和外墻應加強保溫，其傳熱系數(shù)應滿足規(guī)定。

建筑形體系數(shù)體形系數(shù)分類

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。

單一朝向外窗(門)面積和墻面積(含窗面積)的比值一般稱窗墻面積比。

窗墻比中的墻指一層室內(nèi)地坪線至屋面高度線之間的墻體。

凸窗的側(cè)板、窗臺板、窗頂板，對節(jié)能影響較大，雖然外墻面積不用考慮增加（窗面積按展開面積計算），但其自身保溫隔熱措施在地方規(guī)范中大多有作要求。

窗戶和墻體該歸入哪個朝向來計算節(jié)能，這個各地方會有規(guī)定。朝向通常以45度角平分，如東南至西南向之間的90度角歸入南向。但也有些地方某朝向的歸入計算范圍會擴大到120度或縮小到60度的，具體情況要看各地方的規(guī)定，這可以在節(jié)能地方規(guī)范中查找到,在節(jié)能軟件中也可以查看到各地方的朝向計算方法。

建筑形體系數(shù)體形系數(shù)及其在建筑能耗分析中的應用

體形系數(shù)（Shape Coefficient of Building）定義為建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積之比，即單位建筑體積所占有的外表面積，其中外表面積中不包括地面面積。從降低建筑能耗的角度出發(fā)，應該將體形系數(shù)控制在一個較低的水平上，有關研究表明，當建筑物的體形系數(shù)為0.15時最為節(jié)能。但是，體形系數(shù)不僅影響外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱損失，它還與建筑造型、平面布局、采光通風等緊密相關。體形系數(shù)過小，將制約建筑師的創(chuàng)造性，造成建筑造型呆板，平面布局困難，甚至損害建筑功能。因此，綜合考慮多方面的要求，標準JGJ134－2001第4.0.3條規(guī)定條式建筑物體形系數(shù)不應超過0.35，點式建筑物體形系數(shù)不應超過0.4；標準㎡定建筑物體形系數(shù)宜控制在0.30及0.30以下；若體形系數(shù)大于0.30，則屋頂和外墻應加強保溫，且標準列出了體形系數(shù)小于等于0.3和大于0.3的兩種采暖住宅外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值標準。據(jù)此規(guī)定，宜多建多層多單元的板式住宅，盡可能減少低層住宅和點式住宅；多層住宅中4個單元、6層樓及以上的住宅一般能控制在0.30以下，高層建筑更易做到；最好避免作2000 ㎡以下的低層住宅，當建筑面積為3000～5000 ㎡時，層數(shù)以5～6層為宜，當建筑面積為5000～8000 ㎡時，以6～8層為宜。2100433B