体形系数对农村住宅节能保温的影响

杨 金 龙

(满洲里市建设工程质量监督站，内蒙古 满洲里 021400)

体形系数对农村住宅节能保温的影响

杨 金 龙

(满洲里市建设工程质量监督站，内蒙古 满洲里 021400)

为了提高农村住宅的节能保温效果，改善农民的居住条件，对影响农村住宅节能保温的主要因素(体形系数)进行了分析，指出可通过改变房屋长度、宽度、高度以及屋面形式的方法来达到合理控制住宅体形系数的目的。

体形系数，农村住宅，节能保温

近年来，以降低围护结构传热系数为主的住宅建筑节能技术得到了快速发展。据统计，围护结构中各部位的散热损失比例为：墙体约占60%～70%；门窗约占20%～30%；屋面约占10%[1]。在我国大中型城市的多、高层住宅建筑中采用了大量的新型建筑保温材料，在建筑节能方面取得了良好的效果[2]。但在农村，由于经济条件薄弱，农民在自建用房时一般都会考虑造价的问题，加上节能意识欠缺，大部分民用住宅都是直接用粘土砖砌筑而成，没有采用任何的保温材料，所以导致了农村住宅普遍存在节能保温效果较差的问题。为了提高农村住宅的节能特性，改善农民的居住条件，可通过控制建筑体形系数的方法来予以解决。

1 体形系数

建筑体形主要通过体形系数来控制，体形系数(Shape Coefficient of Building)是指建筑外表面与建筑所围成的体积之比[3]。体形系数越小，建筑单位体积对应的外表面积越小，外围护结构的传热损失就越小，越有利于节能。相反，体形系数越大，对节能越不利。一般以独立式别墅最大，多层次之，高层公寓最小。

从降低建筑能耗的角度出发，应该将体形系数控制在一个较低的水平。研究表明，当建筑的体形系数为0.15时最节能。但是，体形系数不仅影响外围护结构的传热损失，它还与建筑造型、平面布局、采光通风等紧密相关。体形系数过小，将制约建筑师的创造性，造成建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。就像普通的农村住宅，大多以平房或低层建筑为主，这种建筑形式的体形系数一般都很大，节能保温效果较差。一般体形系数相差2%时，传热量相差5%～20%，所以在建造农村住宅时，选择最佳的体形系数极为重要[4]。

JGJ 26-95民用建筑节能设计标准4.1.2条规定[5]：建筑物体形系数宜控制在0.30及0.30以下；若体形系数大于0.30，屋顶和外墙应加强保温措施。

对于长度为L、宽度为B、高度为H的平房，其体形系数计算公式为：

(1)

在确定建筑平面尺寸以后，可根据体形系数计算值，判断该建筑的节能保温效果。

2 房屋长度和宽度对节能保温的影响

假设某一单层房屋的宽度为5m，高度为3.3m，表1为房屋长度L对建筑体形系数增量ΔS的影响。由表中数据可以看出，随着房屋长度的增大，体形系数逐渐减小。当长度增加到30m时，房屋长度对体形系数的影响减小到0.10。

表1 长度L与体形系数增量ΔS的关系

表2为房屋宽度B对体形系数增量ΔS的影响。房屋长度和房屋高度分别为10 m和3.3 m。

表2 宽度B与体形系数增量ΔS的关系

由表2数据可以看出，房屋宽度越大，对应的建筑体形系数越小。随着宽度的增大，它对体形系数的影响越来越小。当房屋宽度增大到10 m以上时，宽度的增加对体形系数的影响有限。所以适当地增大房屋宽度可以有效地提高住宅的节能保温效果。

3 房屋高度对节能保温的影响

为了研究房屋高度H对农村住宅节能保温的影响，现保持房屋长度L和宽度B不变，取如图1所示的两个计算模型。其中，模型一是一栋3 m高的单层住宅；模型二是一栋6.6 m高的两层住宅，层高h=3.3 m，均为平屋面。

房屋长度L和宽度B分别取10 m和5 m进行计算。各自模型对应的体形系数计算结果列于表3。

表3 不同房屋高度住宅的节能计算

由表3计算结果可知，对于不同高度的平房住宅，房屋高度越大，其体形系数越小，围护结构的传热损失越小，对应的节能效果越好。所以说，在农村自建住宅中，楼房的节能保温效果普遍要比单层平房好。

对于一般的农村住宅，房屋的层数普遍在3层以下。图2为房屋层数对体形系数的影响。

从图2可以看出，随着层高的增大，对应的体形系数逐渐减小，并且层数越高，体形系数也越小。同时，随着住宅层数的增加，体形系数的改变量逐渐减小，一层平房与二层平房的体形系数差值最大。进一步说明，房屋高度对体形系数影响较大。

4 屋面形式对节能保温的影响

坡屋顶住宅既能丰富建筑的立面，又能抗渗防漏、隔热保温；在改善顶层居住环境的同时，又提高了空间的利用率。坡屋面在我国农村新建住宅中得到了大量的运用。一般住宅坡屋顶倾斜角度的合理范围在20°～45°[6]。

对于坡屋面住宅，假设住宅长度仍为L，宽度仍为B，山墙高度为H，坡屋面倾角为α，则体形系数计算公式变为：

(2)

为了评价屋面形式对住宅节能保温的影响，选用图3所示的两个不同计算模型。其中模型一为单层平屋面；模型二为30°倾角的单层坡屋面；两者层高相同，均为3m。利用式(2)分别计算出对应模型的体形系数，计算结果列于表4。可见，坡屋面的节能保温效果要比平屋面好。所以，在农村地区，如果条件允许的话，屋面形式尽量采用坡屋面，可有效地改善住宅的节能保温效果。

表4 不同屋面形式住宅的节能计算

模型LBHα/(°)S节能效果评价模型一105300.933模型二1053300.872坡屋面比平屋面节能效果好

随着屋面倾角α的改变，对应的体形系数变化情况如图4所示。其中α的变化范围为20°～45°，以每5°改变一次。

由图4曲线可以看出，在房屋长度L、宽度B以及层数n相同的条件下，随着坡屋面倾角α(α在合理倾角范围内)的线性增大，体形系数S逐渐减小，并趋于平稳，对应房屋的节能保温性能越好。

5 结语

住宅建筑的节能保温效果主要取决于房屋的体形系数。对于普通的平房，其体形系数S由房屋的长度L，宽度B以及高度H确定。而坡屋面住宅的体形系数S除了由L，B和H确定以外，还取决于其屋面的倾角α。通过对影响建筑体形系数的几个主要因素进行分析，得出了以下几点结论：

1)随着房屋长度的增大，体形系数逐渐减小。当长度增加到30m时，房屋长度对体形系数增量的影响较小；

2)房屋宽度越大，建筑体形系数越小。随着宽度的增大，它对体形系数的影响越来越小。当房屋宽度增大到10m以上时，宽度的增加对体形系数的影响非常小；

3)层数越高，房屋高度越大，体形系数越小，围护结构的传热损失越小，对应的节能效果越好。在农村住宅中，楼房的节能保温效果要比一层平房好；

4)随着坡屋面倾角的增大，体形系数逐渐减小，对应住宅的节能保温性能越好。

一般控制建筑体形系数的方法有：

1)减少建筑的面宽，加大进深，也就是说面宽与进深之比不宜过大，长宽适宜；

2)尽量从节能省地的角度出发，增加建筑的层数；

3)建筑体形不宜变化过多，立面不宜太过复杂。

[1] 顾天舒，谢连玉，陈 革.建筑节能与墙体保温[J].工程力学，2006,23(SⅡ):167-184.

[2] 张泽平，李 珠，董彦莉.建筑保温节能墙体的发展现状与展望[J].工程力学，2007，24(SⅡ):121-128.

[3] 张晓丹.陕西农村住宅墙体保温效果与节能技术研究[D].咸阳：西北农林科技大学硕士学位论文，2011.

[4] 孙世钧.北方农村住宅的节能与环保[J].哈尔滨工业大学学报，2003,35(6):763-765.

[5]JGJ26-95，民用建筑节能设计标准[S].

[6] 蒋宏志，邓昭明.坡屋顶住宅建筑设计中几个问题的探讨[J].中外建筑，2010(9):116-117.

Shapecoefficientofbuildingeffectonenergy-savingandthermalinsulatingofruralhouse

YANGJin-long

(ManchuriaConstructionEngineeringQualitySupervisionStation,Manchuria021400,China)

In order to improve the thermal insulation and energy-saving effect of rural housing, improvement of farmers’ living conditions, this paper analyzed the main factors(shape coefficient) influence of the thermal insulation and energy-saving of rural housing, pointed out that could through changing of housing length, width, height and roof form to achieve the purpose of reasonable control of shape coefficient.

shape coefficient, rural housing, energy-saving insulation

1009-6825(2014)36-0186-02

2014-10-10

杨金龙(1973- )，男，工程师

TU201.5

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