第二節(jié) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)型與節(jié)能設(shè)計(jì)

一、建筑體形系數(shù)與節(jié)能設(shè)計(jì)

體形系數(shù)（Shape coefficient of building）就是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積A （m2）與其所包圍的體積V（m3）的比值；外表面積中，不包括地面和不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積。如圖3-3所示。從基本概念可以看出，體形系數(shù)越大，單位建筑體積對(duì)應(yīng)的外表面積越大，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失越大，能耗就越多。

因此提出體形系數(shù)要求的目的，是為了使特定體積的建筑在冬季及夏季的冷熱作用下，合理選擇傳熱面積，從而減少通過(guò)建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的冬季熱損失與夏季冷損失。

如圖3-4和表3-5所示，建筑物在體積下相同的情況下，因外形尺寸不同，其體形系數(shù)也不同，其中以立方體的體形系數(shù)為最小。

據(jù)此就要求建筑物在平面布局上，外形不宜凹凸太多，在相同體積下盡可能地收縮構(gòu)筑，力求外表面平整，以減少因凹凸太多形成外墻面積大而提高體形系數(shù)。

但是，體形系數(shù)不只是影響建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失，它還與建筑造型、平面布局、采光通風(fēng)等緊密相關(guān)。體形系數(shù)過(guò)小，將制約建筑師的創(chuàng)造性，使建筑造型呆板，平面布局困難，甚至損害建筑功能。因此權(quán)衡利弊，兼顧不同類型的建筑造型，盡可能減少房間外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，使體形不要太復(fù)雜，凹凸面不要過(guò)多。在北方嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，為了使建筑物在冬季盡可能多的獲得太陽(yáng)輻射熱，需要滿足或考慮建筑保溫要求的地區(qū)建筑應(yīng)朝向正南（向陽(yáng)），以爭(zhēng)取日照。同時(shí)，建筑布局時(shí)應(yīng)使建筑立面避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向。但是在夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)，夏季白天要防止太陽(yáng)輻射，夜間希望建筑有利于自然通風(fēng)、散熱。因此，與北方寒冷地區(qū)相比，在建筑體形系數(shù)上沒(méi)有那么嚴(yán)格的控制。為了滿足建筑節(jié)能要求，《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 75—2003）、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 134—2010）、《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26—2010）、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189—2005）等建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)不同地區(qū)不同性質(zhì)的建筑的體形系數(shù)給出了相應(yīng)的規(guī)定，建筑的體形系數(shù)不應(yīng)大于規(guī)定限值，當(dāng)體形系數(shù)大于規(guī)定限值時(shí)，必須圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能進(jìn)行權(quán)衡判斷，以滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)中，體形系數(shù)應(yīng)依據(jù)節(jié)能規(guī)范按如下要求選取。

（1）對(duì)于嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)的公共建筑，其體形系數(shù)應(yīng)小于或等于0.40。

（2）夏熱冬暖地區(qū)的居住建筑，建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向，北區(qū)內(nèi)單元式通廊式住宅的體形系數(shù)不宜超過(guò)0.35，塔式住宅的體形系數(shù)不宜超過(guò)0.40。

（3）對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑，建筑物宜朝向南北或接近朝向南北。其體形系數(shù)不應(yīng)大于表3-6規(guī)定的限值。

（4）嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑的體形系數(shù)不應(yīng)大于表3-7規(guī)定的限值。

二、窗墻比與節(jié)能設(shè)計(jì)

窗墻面積比（Area ratio of window to wall，簡(jiǎn)稱窗墻比）是指窗戶洞口面積與房間立面單元面積（即房間層高與開間定位線圍成的面積，包含窗面積）的比值。如圖3-5所示。

外窗是建筑必不可少的組成部分，與墻體和屋面相比，外窗的熱工性最差。同時(shí)，夏季白天太陽(yáng)輻射還可以通過(guò)窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)，窗戶是影響建筑環(huán)境和建筑能耗的重要因素之一，其長(zhǎng)期使用能耗占整個(gè)建筑長(zhǎng)期使用能耗的40%～50%，十分可觀，因此窗戶節(jié)能是建筑節(jié)能的一個(gè)重要突破口。

一般說(shuō)來(lái)，窗墻比越大，建筑物的能耗也越大，窗墻比越小，建筑物的能耗也越?。坏皦Ρ冗^(guò)小，會(huì)影響建筑采光、通風(fēng)等建筑環(huán)境。因此，如何根據(jù)不同地區(qū)的氣象條件，不同的建筑使用性質(zhì)，選擇合理的窗墻面積比，至關(guān)重要。一般情況，在保證室內(nèi)采光的前提下，確定合理的窗墻比，減少窗面積，對(duì)建筑節(jié)能大有裨益。因此，《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 75—2003）、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 134—2010）、《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26—2010）等建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)不同地區(qū)不同性質(zhì)建筑的各個(gè)朝向的窗墻比給出了相應(yīng)的規(guī)定，建筑窗墻面積比不應(yīng)大于規(guī)定限值，當(dāng)窗墻面積比大于限值時(shí)，必須進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡判斷，以滿足節(jié)能要求。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)依據(jù)節(jié)能規(guī)范按下列表3-8至表3-10選取。

窗墻比的確定需要同時(shí)兼顧保溫和太陽(yáng)輻射得熱兩方面的要求。在冬天，由于太陽(yáng)高度角低，陽(yáng)光經(jīng)由南窗入射進(jìn)室內(nèi)的深度大，使得南窗可以接受較多的太陽(yáng)熱量，這對(duì)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑非常重要，因此可以適當(dāng)加大南窗面積。但在夏季，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，透過(guò)外窗向室外傳遞熱量會(huì)增加，尤其對(duì)于夏熱地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)，因此需要設(shè)置合理的門窗遮陽(yáng)措施。而對(duì)于公共建筑，如果開窗面積過(guò)小會(huì)影響建筑的外觀和通透性，因此可適當(dāng)放寬窗墻比的限制，《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189—2005）規(guī)定“建筑物每個(gè)朝向的窗（包括透明幕墻）墻面積比均不應(yīng)大于0.70”，門窗的節(jié)能通常采用保溫隔熱性能玻璃，改善對(duì)太陽(yáng)輻射的透過(guò)、吸收和反射特性。