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摘要：建筑体形系数反映单位建筑空间的热散失面积的大小，对建筑物能耗有直接的影响。本文讨论分析了建筑凹凸变化与体形系数s和建筑能耗之间的影响关系，以及通过选择体形平衡得热与失热，探讨了体形选择应注意的问题。
关键词：建筑体形选择；体形系数；建筑能耗
建筑物体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与外表面积所包围的建筑体积之比(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)。在规范的一般理解中体形系数的大小对建筑物能耗的影响大，体形系数越大，单位建筑空间所分担的热损失越大，能耗就越多,相反，体形系数越小，建筑空间所分担的热损失越小，能耗就越少。建筑体形选择是建筑节能的重要环节，关于体形选择应注意以下几个问题。
一、控制体形系数对防热不如防寒有效
尽管控制体形系数可以在总体上降低热工能耗，但是由体形系数来控制外界面的热传导能耗在夏季却不是像冬季那么有效。因为夏季建筑内外的温差要比冬季小得多，而夏季通过外界面传导的能耗损失绝对值本身就比较小，减量的幅度十分有限。另外，当夏季建筑不使用空调且室内温度高于外界气温时，较大的体形系数还利于室内通过外界面向外散失热量。但从全年综合考虑，小的体形系数是有利的，特别是在夏季使用空调制冷降温越来越多的情况下。
同样道理，对外界面的隔热性能来讲也是如此，隔热性能良好的外界面在冬季防寒比在夏季防热更为有效。
二、建筑平面与体形系数
对于高度一定的建筑(比如建设量最大的多层住宅，高度一般多在6层左右)，其平面形式也就几乎成了影响建筑体形系数的唯一因素。在常见的平面形式中，圆形平面可以拥有最小的外表面积，其次是方形，（见图1）。从平面形状来看，凹多边形平面与相对应的凸多边形平面相比都会导致较大的体形系数。所以，开敞天井和内天井对体形控制都是不利的。不论是开敞天井或内天井，其主要目的无非是为了加强自然采光和自然通风。然而，同时又不可避免地导致外界面增加，体形系数扩大。此时通过建立可控的玻璃界面调节体系，在极端气候下封闭天井，对建筑体形进行“完形”。这样在满足自然采光的同时隔绝热交换，可以降低热工能耗，（如图2所示）。
图1 以立方体为基准，不同建筑体形
在空间总量相同时，外界的差异
图2 天井可根据气候的季节变化，建立可控制的界面调节体系(如玻璃)，在极端气候下(如冬季)下封闭天井
值得注意的是，建筑的体形系数与热工品质的关系非常复杂。因为有效的体形系数本身就是一个难以确定的参数，涉及建筑形态的许多细节。（如图3）中的三个建筑平面，尽管按照公式计算的建筑体形系数数值相等，但后两个建筑因体形转折导致空气滞留，可以使热工能耗减少。因此，真正关联热工品质的“体形系数”不是一个简单的比值，不仅取决于外界面的量，还与其围合形态有关。
圖3 三个建筑体形系数相同平面不同建筑的热工能耗比较
三、通过体形平衡得热与失热
尽管我国北方气候冬季气温很低，但大部分地区太阳日照辐射还比较强，特别是建筑的某些朝向的外界面在向外散失热量的同时也接受太阳辐射，包括南向的和东西方向的外界面。本文合称其为“受热界面”。如果从冬季利用太阳能的角度出发，适当调整受热界面的品质，可以做到受热外界面吸收的日照辐射热量大于其向外散失的热量。这部分“盈余的”热量能够补偿建筑其他外界面的热损失。这样，受热外界面，特别是南向外界面的面积越大，补偿给建筑的热量就越多，对节能就越有利。因而，此时建筑的体形不是以外界面越少越好来评价，而是应以南向外界面足够大，同时其他方向外界面尽可能少为标准来评价。用建筑南向外界面与外界面总面积之比来进行比较，更能说明建筑体形对太阳辐射能的利用情况。
正是基于这一考虑，德国建筑大师托马斯·赫尔佐格(Thomas Herzog)构想了 “对角正方体”住宅的概念：建筑的体形近似正方体，以对角线为轴南北方向放置，同时满足了减少外界面总量和增加受热外界面的两方面要求，实现了得热增量化和失热减量化的统一，既趋利又避害(图4)。
图4托马斯·赫尔佐格构想的“对角正方体”住宅
结 语
建筑体形系数是建筑节能设计的重要指标，建筑体形系数S与建筑采暖能耗、建筑空调能耗和建筑总能耗之间不是简单的线性关系，类似于二次函数抛物线。本文通过对于建筑体形选择应注意的问题及原因进行了剖析。倡导建筑节能要从区域规划设计做起，严格控制建筑体形系数，为人们创造一个低能耗高品质的人居空间。
参考文献
[1] (GB50189-2005)公共建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社 ,2005.
[2] 周燕.居住建筑体形系数对建筑能耗的影响[J].建筑节能，2007（5）25卷.
[3] 付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社 ,2002 ,65-68
[4] 曹毅然，陆善后等．建筑物体形系数与节能关系的探讨[J]．住宅科技．2005.(4) 26-28
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：建筑体形选择；体形系数；建筑能耗
建筑物体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与外表面积所包围的建筑体积之比(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)。在规范的一般理解中体形系数的大小对建筑物能耗的影响大，体形系数越大，单位建筑空间所分担的热损失越大，能耗就越多,相反，体形系数越小，建筑空间所分担的热损失越小，能耗就越少。建筑体形选择是建筑节能的重要环节，关于体形选择应注意以下几个问题。
一、控制体形系数对防热不如防寒有效
尽管控制体形系数可以在总体上降低热工能耗，但是由体形系数来控制外界面的热传导能耗在夏季却不是像冬季那么有效。因为夏季建筑内外的温差要比冬季小得多，而夏季通过外界面传导的能耗损失绝对值本身就比较小，减量的幅度十分有限。另外，当夏季建筑不使用空调且室内温度高于外界气温时，较大的体形系数还利于室内通过外界面向外散失热量。但从全年综合考虑，小的体形系数是有利的，特别是在夏季使用空调制冷降温越来越多的情况下。
同样道理，对外界面的隔热性能来讲也是如此，隔热性能良好的外界面在冬季防寒比在夏季防热更为有效。
二、建筑平面与体形系数
对于高度一定的建筑(比如建设量最大的多层住宅，高度一般多在6层左右)，其平面形式也就几乎成了影响建筑体形系数的唯一因素。在常见的平面形式中，圆形平面可以拥有最小的外表面积，其次是方形，（见图1）。从平面形状来看，凹多边形平面与相对应的凸多边形平面相比都会导致较大的体形系数。所以，开敞天井和内天井对体形控制都是不利的。不论是开敞天井或内天井，其主要目的无非是为了加强自然采光和自然通风。然而，同时又不可避免地导致外界面增加，体形系数扩大。此时通过建立可控的玻璃界面调节体系，在极端气候下封闭天井，对建筑体形进行“完形”。这样在满足自然采光的同时隔绝热交换，可以降低热工能耗，（如图2所示）。
图1 以立方体为基准，不同建筑体形
在空间总量相同时，外界的差异
图2 天井可根据气候的季节变化，建立可控制的界面调节体系(如玻璃)，在极端气候下(如冬季)下封闭天井
值得注意的是，建筑的体形系数与热工品质的关系非常复杂。因为有效的体形系数本身就是一个难以确定的参数，涉及建筑形态的许多细节。（如图3）中的三个建筑平面，尽管按照公式计算的建筑体形系数数值相等，但后两个建筑因体形转折导致空气滞留，可以使热工能耗减少。因此，真正关联热工品质的“体形系数”不是一个简单的比值，不仅取决于外界面的量，还与其围合形态有关。
圖3 三个建筑体形系数相同平面不同建筑的热工能耗比较
三、通过体形平衡得热与失热
尽管我国北方气候冬季气温很低，但大部分地区太阳日照辐射还比较强，特别是建筑的某些朝向的外界面在向外散失热量的同时也接受太阳辐射，包括南向的和东西方向的外界面。本文合称其为“受热界面”。如果从冬季利用太阳能的角度出发，适当调整受热界面的品质，可以做到受热外界面吸收的日照辐射热量大于其向外散失的热量。这部分“盈余的”热量能够补偿建筑其他外界面的热损失。这样，受热外界面，特别是南向外界面的面积越大，补偿给建筑的热量就越多，对节能就越有利。因而，此时建筑的体形不是以外界面越少越好来评价，而是应以南向外界面足够大，同时其他方向外界面尽可能少为标准来评价。用建筑南向外界面与外界面总面积之比来进行比较，更能说明建筑体形对太阳辐射能的利用情况。
正是基于这一考虑，德国建筑大师托马斯·赫尔佐格(Thomas Herzog)构想了 “对角正方体”住宅的概念：建筑的体形近似正方体，以对角线为轴南北方向放置，同时满足了减少外界面总量和增加受热外界面的两方面要求，实现了得热增量化和失热减量化的统一，既趋利又避害(图4)。
图4托马斯·赫尔佐格构想的“对角正方体”住宅
结 语
建筑体形系数是建筑节能设计的重要指标，建筑体形系数S与建筑采暖能耗、建筑空调能耗和建筑总能耗之间不是简单的线性关系，类似于二次函数抛物线。本文通过对于建筑体形选择应注意的问题及原因进行了剖析。倡导建筑节能要从区域规划设计做起，严格控制建筑体形系数，为人们创造一个低能耗高品质的人居空间。
参考文献
[1] (GB50189-2005)公共建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社 ,2005.
[2] 周燕.居住建筑体形系数对建筑能耗的影响[J].建筑节能，2007（5）25卷.
[3] 付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社 ,2002 ,65-68
[4] 曹毅然，陆善后等．建筑物体形系数与节能关系的探讨[J]．住宅科技．2005.(4) 26-28
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。