寒冷地区居住建筑体型设计参数探索

寒冷地区居住建筑体型设计参数探索

汪来勇

浙江恒誉建设有限公司

摘要：建筑行业的快速发展正在驶入低碳环保的道路，节能研究依然成为建筑行业的热点，本文将主要从寒冷地区的建筑体型设计特点的角度出发，对建筑体型设计参数与节能的定量关系进行探索，从而起到减少建筑环境消耗的目的，顺应低碳生活发展趋势。

关键词：建筑设计；建筑节能；体型设计

建筑节能是一个涉及到多学科、多领域的技术热点，目前，我国对建筑节能的研究主要集中在建筑空调和照明系统两大类别，实际上，无论是建筑结构设计还是建筑材料选择、建筑管理方式等，都与建筑节能的理念和意识息息相关，尤其是在建筑方案的设计阶段，对建筑节能的研究更应当值得关注，因为，设计阶段的节能设计一方面是在最顶层对建筑项目节能的规划，另一方面，这个阶段的方案和措施也是最具有主观能动性的，能够对建筑的节能效果起到非常大的作用。

寒冷地区的建筑节能特点

1、寒冷地区特点

建筑节能在结构设计阶段优先应当考虑气候环境因素，建筑的结构设计需要最大限度的节约建筑使用中对能耗的使用量，其中的气候环境是一个非常重要的方面，这不仅关系到建筑设计时的采光选择、室内平面的布局方案，同时还将影响到建筑的整体造型、围护结构等方方面面，本文将主要在环境因素方面，从建筑体型设计参数的角度对建筑节能进行探索，并且以寒冷地区的居民建筑作为引例。

由于气候寒冷，建筑需要满足保暖和采光的要求，在我国的寒冷地区大多处于北方，尤其是在东北地区，这些地方太阳辐射较强，湿度较低，气候比较干燥。

2、建筑体型系数

在国家标准中，《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》规定了建筑体型系数，即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：

S=F/V

其中：F为建筑外表面积，模型表示中，F可以表示为建筑横截面周长与建筑高度的乘积，V为建筑外表面积所包围的建筑体积，模型表示中，V可以表示为建筑横截面积与建筑横截面周长的乘积，通常情况下，S越大则说明建筑外围结构与空气接触面越大，则越容易造成热量的损失，导致寒冷地区的建筑恒温耗能越大。

以北方居民建筑为例，建筑的横截面与建筑的高度（层高、层数）密切相关，同时也与建筑的进深有关，因此，就寒冷地区的居民建筑设计而言，如何对建筑的长度、层高、层数和进深进行设计，就在一定程度上控制了建筑物的耗能水平。

寒冷地区建筑节能设计参数

当前，我国北方寒冷地区居民建筑的主要类型大多集中在小高层住宅和高层住宅，建筑层数在9到13层之间的术语小高层，这种建筑类型的容积率高，但是与高层住宅相比，其优点并不明显，高层住宅可以在覆盖率较低的情况下达到较高的容积率，一梯两户或者两梯四户是当前各型住宅的主要结构。本文针对高层住宅的两梯四户作为模型，采用DesignBuilder软件结合能耗模拟引擎EnergyPlus对以下设计参数进行类比，探索不同体型设计参数对建筑节能的效果。

建筑平面参数与节能的关系

目前住宅主要采用的平面形状有长方形、凸字形、十字形、Y字形、L形，本文得出的数据如表1所示：

对单位建筑能耗的模拟结论显示，以每层为四户组合的住宅进行能耗模拟，得出长方形平面住宅的单位能耗水平最小，其余类型住宅能耗由小到大依次为凸字形﹤L字形﹤Y字形<十字形。

另外，对某一固定平面形状的建筑模型，探索不同的高度对建筑耗能的影响，采用对比方差的方式可以发现“平面形状”因素对建筑能耗的影响更大。

建筑长度参数与节能的关系

为了简化对比条件，根据以上模拟结果，这里直接以长方形作为住宅平面的形式进行研究，对以下数据进行考察，具体结果如表2所示。

对得到的能耗模拟结果进行统计分析可知，增加建筑平面进深可以降低建筑的单位建筑能，而建筑高度的增加也会起着一样的作用，因此对建筑平面进深和高度的能耗进行方差比较，可以得出在长方形的建筑平面前提下，建筑高度对能耗的影响比建筑进深的影响要大一些。

寒冷地区建筑体型系数小结

根据之前第一节中的公式可知，建筑体形系数等于建筑外表面积与外表面积所包围的体积之比，而建筑的长、宽、高与建筑的体积成正比，因此，通常对这三者的增加将导致体型技术的减少，住宅的长度和宽度与建筑能耗水平成反比，因此，系统系数的降低有助于建筑节能减排，然而，这种假设是建立在楼层较低的住宅建筑而言的，根据前面的讨论，对于采用同一长方形平面的住宅，尤其在主力高层住宅时，建筑高度变化引起体形系数变化时，随着建筑物高度的增加，因体形系数减小而导致单位建筑能耗增大，反而不利于节能。由此可知，对于北方寒冷地区的建筑而言，其高度变化产生体形系数的变化，首先应当确定能耗变化的高度临界点，在对高层建筑的长、宽、高进行适当增加。除了本文介绍的要素之外，建筑节能还需要考虑建筑的通风、门窗设计等，因此，建筑节能减排要从设计之初就要得到考虑，需要综合多方面的因素，这样才能最大限度的降低建筑对能源的消耗。

参考文献

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[2]耿雷,秦宪明，诸葛顺金，居住建筑节能现场检测技术及能效评价探讨，2009，39：87-88

[3]何妮娜，苑力群，苏莹，寒冷地区住宅层高的探讨，低温建筑技术，2013，01