王剑鉴
中国美术学院风景建筑设计研究总院有限公司 310000
建筑活动是人类对自然资源和环境影响最大的活动之一，所以建筑的节能是贯彻节约资源和保护环境这一国家基本国策的重要手段，而建筑体形系数是建筑节能与否的重要指标。
建筑体形系数的大小对建筑能耗的影响非常显著，体形系数越小建筑物的单位体积的表面积越小，围护结构的传热也越小。住宅建筑的体形系数与建筑造型、户型平面布局及通风采光密切相关，另外还受建筑高度的影响。根据不同层数的住宅建筑的产品类型，浙江省工程建设标准《居住建筑节能设计标准》DB33/1015-2015分别规定了其体形系数的限值和极限值。这里我们主要对高层住宅建筑的体形系数做了一些研究。
随着浙江省城市化进程的持续推进，城市土地价值不断升高，建设用地逐步向高容积率发展，高层住宅建筑越来越多，特别是杭州等大都市，基本以高层住宅为主。高层住宅建筑的体形系数主要受建筑外表面积的影响，住宅户型平面规整，户型组合时凹槽较少的住宅体形系数较小，一般都可以满足体形系数限值0.4的要求；反之，建筑立面进退丰富凹槽较多的住宅体形系数较大，往往无法满足体形系数限值的要求，需要按规范对围护结构的热工性能进行综合判断。综合判断时，参照建筑的体形系数为规范限值，使得设计建筑的围护结构性能需相应提升以补偿表面积过大带来的能耗增加。
同时《居住建筑节能设计标准》DB33/1015-2015对不同体形系数的建筑围护结构热工性能分别做出了规定，体形系数≤0.4的住宅围护结构热工性能要求较低，体形系数＞0.4的住宅围护结构热工性能要求提升约20%左右，其阈值恰好与高层住宅建筑的体形系数限值相同。当高层住宅建筑体形系数超过规范限值时，两者叠加，导致围护结构热工性能的要求大幅提升，体现为外墙保温厚度大幅增加，不但增加造价成本，而且存在保温层开裂脱落等安全性风险。所以控制高层住宅建筑的体形系数就成为当务之急。
近年来各地出台了一系列抑制房地产过热的政策，出现了诸如公租房、开发商自持等类型的住宅，由于其针对用户群体的特点，往往是小户型一梯多户或者通廊式多户组合，受开间限制，为了保证房间的通风采光要求，平面布局上会有很多凹槽或者天井，不可避免的使体形系数大幅增加，从而突破体形系数限值。以下图案例一为例：
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该平面为某房产开发项目代建的公租房标准层平面，为两边套A户型98平方+中间6套B户型58方共8套的ABBBBBBA组合，户型平面及组合已相对规整，但体形系数仍然达到0.42，超过了规范限值。
我们尝试着将中间套替换为常规户型，变成两边套A户型98平方+两中间套C户型98方的一梯四户ACCA组合，其体形系数下降到0.39，满足规范中体形系数限值的要求。见下图案例二：
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由此我们看到，通过控制体形系数减少建筑外表面传热来控制建筑能耗是宏观的、切实有效的，但是住宅建筑按其使用功能是以户型为单位，单单以建筑整体的体形系数来控制各个户型外围护结构的性能可能会有失偏颇。在前文的两个案例中，边套A户型不变，但由于其组合的中间户型不同，在各自满足规范的情况下，两个案例的外围护结构性能要求不同，那么如果单单从户型自身的需求，A户型的外围护结构性能该作何要求？
在信息与技术高度发达的今天，我们完全有能力以户型为单位进行精细化设计，例如湖北省地方标准《低能耗居住建筑节能设计标准》DB42/T 559—2013的规定中，窗墙面积比就是以户型为单位来控制的。
按照体形系数=建筑外表面积/体积的原理，我们尝试引入一个新概念：户型的外表面系数=该户型接触大气的外墙表面积/户型的套内面积。这里为什么用户型的套内面积而不用体积呢？首先，住宅建筑一般层高差异不大，大多在3米左右；其次，有数据表明在户型面积不变的情况下，当层高变大时，实际空调能耗也会变大，而此处若采用体积，则无法体现此趋势。
我们分别计算了前文案例中三个户型的外表面系数，分别为A户型1.45，B户型1.09，C户型0.83，实际上导致案例一体形系数超标的“罪魁祸首”并不是我们之前认为的贡献了凹槽的B户型，而是边套A户型，其表面积系数达到了恐怖的1.45。而案例二中C户型凭借优秀的表面系数把整体的体型系数拉到了限值0.4以下。于是我们思考，在现有以体形系数为主要控制指标的体系下，由于C户型的“过于优秀”，拉低了整体的体型系数，使得围护结构性能的要求变低，反而导致了A户型失去了该有的保护？是不是应该用另一个指标，比如前文中的户型外表面系数来辅助控制，实现住宅建筑围护结构热工性能的精确控制。
通过对各种样本的高层住宅户型进行了外表面系数的验算，发现户型的外表面系数在1.0~1.1之间时，那么该建筑的体形系数在0.35-0.4之间，当户型的外表面系数大于1.2时，那么该建筑的体形系数几乎都大于0.4。同时在户型较为规整的情况下，边套户型的外表面系数比中间套户型略大，所以笔者认为，边套户型外表面系数宜控制在1.1一下，最大不大于1.2，中间套户型外表面系数宜控制在1.0以下，最大不大于1.1是合理的。
在以体形系数为主，户型外表面系数为辅的体系下，可以有效控高层住宅建筑外围护结构的传热，通过住宅建筑的精细化节能设计，最终实现住宅户型的均好化。