对建筑体形系数的质疑

cnm

对建筑体形系数的质疑　　XXXXX设计研究院　lyf 2007.12.26

为加快建设节约性社会，我国先后发布实施了＜民用建筑节能设计标准＞和＜公共建筑节能设计标准＞，但在实际实施过程中发现了一个本人认为的误区，这个误区就是用体形系数的标准做为建筑节能设计的一个重要依据。
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。但通过实例计算，这个结论并不完全正确，下面我们就举例对比一下：
某五层框架结构建筑A：长　L=40m,宽B＝10m,层高均为3.3m,高H＝3.3*5=16.5m.
其体形系数为：
S＝[2（40+10）*16.5+40*10]/(40*10*16.5)=2050/6600=0.31
另一五层框架结构建筑B同样：长　L=40m,宽B＝10m,层高均为3.9m,高H＝3.9*5=19.5m.
其体形系数为：
S＝[2（40+10）*19.5+40*10]/(40*10*19.5)=2350/7800=0.30
建筑A与建筑B层高相差0.6m,体形系数相差0.01. 建筑A层高小,体形系数大于0.3，建筑B层高大,体形系数小于0.3，假设都处在同一地点同一朝向，＜公共建筑节能设计标准＞两者对建筑围护结构传热系数要求不一样,如严寒B区。
建筑A：外墙K≦0.45　屋面　K≦0.35
建筑B：外墙K≦0.50　屋面　K≦0.45
如果两建筑的门窗大小和建筑构造一样，它们的各部围护结构传热系数也应该相同。按＜民用建筑节能设计标准＞JGJ26-95规定的计算方法计算，两建筑的实际能耗结果：
qH=   qH.T+ qINF-qI.H 其中：qI.H两楼的值一致，但qH.T和qINF不一样。
qH.T＝(ti-te)(∑έ i*Ki*Fi)/A0
qINF=(ti-te)(Cp*ρ*N*V)/A0

两建筑的(ti-te)、έ i 、A0及屋面、门窗、地面传热均相同，只有外墙传热面积建筑体积不一样，传热量也因此不同.
两建筑的耗热量指标相差在以下两处。
建筑A：外墙表面积　1650㎡,　建筑体积：6600
建筑B：外墙表面积　1950㎡,　建筑体积：7800
外墙耗热量对比：
(建筑A)Q=(ti-te) &#941; i*1650*Ki< (建筑Q=(ti-te) &#941; i*1950*Ki
空气渗透耗热量对比：
QINF=(ti-te)(Cp*ρ*N*V)建筑A)QINF=(ti-te)Cp*ρ*N*0.65*6600<
(建筑QINF=(ti-te) (ti-te)Cp*ρ*N*0.65*7800
可以看出建筑A由于其外墙表面积和建筑体积小于建筑B，其外墙传热耗热量和空气渗透耗热量均要小于建筑B，如果建筑B各项指标符合规范，那么建筑A体形系数大于B,按规范要采取更好的保温措施，这显然不符合实际。
这个现象并不是个例，在对大量的同一建筑在不同层高下的耗热量指标计算对比，的确发现层高对于体形系数和耗热量指标的影响很大，并表现为同一建筑的层高和体形系数成反比，和耗热量指标成正比，并且设计人员也可以采用加大建筑层高的方式来调整体形系数，使其更小或符合规范，但这反而使建筑能耗增加。我们从建筑物的耗热方式上分析一下，传热耗热是通过建筑物外表面积进行的，不是通过建筑体积来进行的，说明建筑面积相同的情况下外表面积越小耗热量指标就越小。而对于空气渗透耗热量来说，在建筑面积相同的情况下，建筑体积越小空气渗透耗热量就越小。
体形系数给我们增加了一个高度方向的参数，建筑面积和层数相同的情况下，建筑高度的增加会加大耗热量，但可以减小体形系数。如矩形建筑从推导公式的方法中也可以看出它们为关系。
设abh分别为建筑物长宽高，则有：
S=F0/V0=(2h(a+b)+ab)/abh=(2ah+2bh+ab)/abh
S=2/a+2/b+1/h
说明建筑物长宽不变的情况下，体形系数与建筑高度是成反比的.
外墙耗热量与建筑高度的关系:
QH.T＝(ti-te)(∑&#941; i*Ki*Fi)
　＝[(ti-te)&#941; i*Ki*(2ah+2bh)]
=[(ti-te)&#941; i*Ki*2h(a+b)
说明建筑物长宽不变的情况下，外墙耗热量与建筑高度是成正比的.
空气渗透耗热量与建筑高度的关系:
QINF=(ti-te)(Cp*ρ*N*V)= (ti-te)(Cp*ρ*N*0.65*abh)
说明建筑物长宽不变的情况下，空气渗透耗热量与建筑高度是成正比的.
可见用体形系数的大小做为建筑节能设计的重要依据并不科学,做为国家标准应该研究调整。
那么应该用一个什么样的参数来做为建筑节能设计的依据呢？应该用整个建筑采暖部位地面面积（采暖房间面积）与室外大气接触的外表面积的比值更为合适。

lyf105

我是本文作者,谢谢传阅!