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【摘 要】 建筑物是否节能、节多少能，很大程度上是由建筑单体本身的属性来决定的，本文主要分析建筑体形、建筑朝向和窗墙这三个因素对能耗的影响。
【关键词】 建筑体形；建筑朝向；窗墙；能耗
1 引言
建筑物的能耗分析就是通过模拟计算的手段分析上述建筑单体本身属性的改变对建筑全年能耗的影响，进而为建筑师改进建筑单体方案设计提供科学依据。此外，建筑能耗很大程度上还受不同地域的气候差异以及室内热环境设定的影响，不同室外气候条件下的建筑单体能耗分析得到的结论可能是完全相反的，因此，建筑物的能耗分析必须注明适用地区及室内热环境的设定条件。
2 建筑体形对能耗的影响
对于寒冷地区，节能建筑的形态不仅要求体形系数小，而且需要冬季太阳辐射得热多，还需要对避免寒风有利。但满足这三个要求所需要的体形系数常不一致，而后者又受到地区、朝向和风环境的极大影响。因此具体选择节能体形受多种因素的制约，包括当地冬季气温和太阳辐射强度、建筑朝向、各面围护结构的保温状况和局部风环境状态等，需要具体权衡得热和失热的情况，优化组合各因素才能确定。
体形系数的定义为单位体积的建筑外表面积，它直观反映了建筑单体外形的复杂程度。体形系数越大，相同建筑体积的建筑物外表面积越大，也即在相同条件，如室外气象条件、室温设定、围护结构设置条件下，建筑物向室外散失的热量也就越多。相关研究表明，体形系数是影响住宅能耗指标的主要因素之一。
从冬季累计耗热量的比较可以看出，板式住宅的耗热量反而小于凹形住宅。这是因为板式住宅南向立面比例较大，在冬季可获得更多的太阳辐射热量，从而降低了采暖耗热量。因此，寒冷地区的节能住宅单体外形应追求平整、简洁，如直线形、折线形和曲线形。在小区的规划设计中，对住宅形式的选择不宜大规模采用单元式住宅错位拼接，也不宜采用点式住宅拼接。因为错位拼接和点式住宅都形成较长的外墙临空长度，增加住宅单体的体系数，不利于节能。
对于非寒冷地区，如夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，建筑物全年的能耗有部分或者大部分是来自夏季的空调电耗。因此，在建筑单体方案设计时，不仅要求建筑物单体形状利于防晒、遮阳，减少太阳辐射得热，还需考虑在室外气温低于室温时，如夏季夜间，如何利用自然通风或者是围护结构本身的散热来延长非空调时间，减少空调能耗。在南方地区，适当减少楼间距，可以形成建筑群间的相互遮挡，起到一定的遮阳效果；采用首层架空的单体建筑设计，单体建筑周边易形成较好的通风条件。此外，选择合适的建筑进深，有利于室内穿堂风的形成，在夏季，人们更乐意生活在有着较好自然通风的环境，而不是密闭的空调环境里。
冬季保暖与夏季遮阳、通风对建筑外形的要求在某些地方是存在矛盾的，如冬季的保温节能设计要求建筑外形尽可能的简单、紧凑，而夏季的节能设计则力求通过一些复杂的立面设计、结构设计来满足建筑物遮阳、自然通风的需求。因此，在建筑单体方案设计时，应该通过详细的建筑能耗模拟分析权衡这两种设计所产生的节能效果，来确定最终的建筑单体方案。
3 建筑朝向对能耗的影响
我国大部分地区处于北温带，房屋“坐北朝南”是尽人皆知的良好朝向。这是由于太阳的运行规律使得这种朝向的房屋冬季最大限度的获得太阳辐射热，同时南向外墙可以得到最佳的受热条件，而夏季则正好相反。此外，建筑朝向的设置还会直接改变建筑物周边及其本身通风状况，进而影响建筑物的能耗。常常会出现这样的情况：理想的日照方向也许恰恰是最不利的通风方向，或者在局部建筑地段（如道路、特殊地形）不可能成立。即给定地区与建筑单体形状后，由于建筑物朝向的不同，不仅建筑物本身获得的太阳辐射总得热会有差别，而且建筑物周边的通风条件也会大相径庭。
此外，建筑物朝向还会很大程度上影响建筑物周边及其自身的自然通风状况，而后者则是直接影响建筑物能耗与室内热环境的重要因素。相关的模拟计算给出，对于夏季昼夜温差较大的地区，如北方及长江中下游地区，通过加强建筑物的自然通风效果，尤其是夜间的自然通风，可以使得建筑物的夏季耗冷量指标降低近一半。从冬季的保暖和夏季降温考虑，在选择住宅朝向时，当地的主导风向是不容忽视的主要因素。从住宅群的气流流场可知，住宅长轴垂直于主导风向时，各幢住宅之间易产生涡流，影响自然通风的效果。从单幢住宅的通风条件来看，建筑物房间与主导风向垂直时效果最好，但是，从整个住宅群来看，这种情况并不完全有利，往往是建筑朝向与主导风向形成一定的角度，以便后排的建筑也能获得较好的通风条件。
4 窗墙比对能耗的影响
窗墙比是综合考虑了在某一地区不同朝向墙面冬、夏日照情况（日照时间、太阳总辐射强度、阳光入射角），冬、夏季风影响，室外空气温度，室内采光设计标准以及开窗面积，建筑能耗完成的。由于窗户的保温隔热性能相对较差，冬季散热厉害；同时如果没有辅助的遮阳设施（尤其是外遮阳），夏季白天太阳辐射将通过窗户直接进入室内；结果导致建筑的空调、采暖能耗急剧增加。
需要注意的是，近年来住宅建筑的窗墙比有越来越大的趋势，这是因为商品住宅的购买者大都希望自己的住宅更加通透明亮。考虑到临街建筑立面美观的需要，窗墙比适当大些是可以的。但当窗墙面积比超过规定数值时，应首先考虑减小窗户（含阳台透明部分）的传热系数，如采用单框双玻或中空玻璃窗（不同地区的要求不一样），并加强夏季活動遮阳；其次可考虑减小外墙的传热系数。大量的调查和测试表明，太阳辐射通过窗户直接进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因，日本、美国、欧洲以及香港等国家和地区都把提高窗的热工性能和遮阳控制作为夏季防热、降低住宅空调负荷的重点，住宅建筑普遍在窗外安装有遮阳设施。因此，应该把窗的遮阳作为夏季节能的一个重点措施来考虑。
对于寒冷地区，尽管保温隔热性能较好的双玻、中空窗得到了普遍的应用，但与保温外墙相比，外窗仍是外围护结构保温措施中的薄弱环节。南向窗户的冬季累计得热量最大，往东西朝向逐渐递减；越过南偏东45度或者南偏西45度后，累计得热量将小于零，也即在南偏东45度至南偏东45度以外的普通中空外窗为失热构件。因此，在这些朝向范围内外立面设计中，应在满足采光要求的前提下尽量减少窗墙比。而在朝向南偏东45度至南偏西34度朝向范围内，增加窗墙比，将南偏东至南偏西有利于减少累计的采暖能耗。但同时也应注意到，在加大窗墙比的同时，建筑物的最大采暖负荷也随着迅速增加。这是因为建筑物最大采暖负荷往往出现在夜间，而此时通过窗户散失的热量要远大于外墙。也就是说，增加窗墙比有利于节能，同时也要求更大的设备容量投入，以满足最大采暖负荷增加的需要，因此窗墙比的设计还应在权衡设备初投资与因节约能耗而减少的设备运行费用的大小后给出。对于某些炎热地区，窗户也是维护结构得热的主要构件，除了控制窗墙比大小外还必须注意遮阳系统的设计，对于某些炎热地区，这甚至比提高窗户的保温隔热性能更重要。
5 结语
文章结合了当前建筑节能的必要性，分析了当前节能住宅和节能技术存在的问题，并提出了搞好住宅建筑节能设计的对策，以达到在住宅建筑设计中更好地利用自然能源，从而提高住宅建筑中的能源利用效率。
参考文献
[1] 张雄.完善建筑墙体节能技术体系[J]. 建设科技.2009（04）：21～22.
[2] 曾祥才，朱冬生.浅谈建筑节能技术[J]. 建筑节能.2007（01）：501～503.
[3] 彭关中，缪小平.建筑节能技术措施探讨[J].机电信息.2005（23）67～69.
【关键词】 建筑体形；建筑朝向；窗墙；能耗
1 引言
建筑物的能耗分析就是通过模拟计算的手段分析上述建筑单体本身属性的改变对建筑全年能耗的影响，进而为建筑师改进建筑单体方案设计提供科学依据。此外，建筑能耗很大程度上还受不同地域的气候差异以及室内热环境设定的影响，不同室外气候条件下的建筑单体能耗分析得到的结论可能是完全相反的，因此，建筑物的能耗分析必须注明适用地区及室内热环境的设定条件。
2 建筑体形对能耗的影响
对于寒冷地区，节能建筑的形态不仅要求体形系数小，而且需要冬季太阳辐射得热多，还需要对避免寒风有利。但满足这三个要求所需要的体形系数常不一致，而后者又受到地区、朝向和风环境的极大影响。因此具体选择节能体形受多种因素的制约，包括当地冬季气温和太阳辐射强度、建筑朝向、各面围护结构的保温状况和局部风环境状态等，需要具体权衡得热和失热的情况，优化组合各因素才能确定。
体形系数的定义为单位体积的建筑外表面积，它直观反映了建筑单体外形的复杂程度。体形系数越大，相同建筑体积的建筑物外表面积越大，也即在相同条件，如室外气象条件、室温设定、围护结构设置条件下，建筑物向室外散失的热量也就越多。相关研究表明，体形系数是影响住宅能耗指标的主要因素之一。
从冬季累计耗热量的比较可以看出，板式住宅的耗热量反而小于凹形住宅。这是因为板式住宅南向立面比例较大，在冬季可获得更多的太阳辐射热量，从而降低了采暖耗热量。因此，寒冷地区的节能住宅单体外形应追求平整、简洁，如直线形、折线形和曲线形。在小区的规划设计中，对住宅形式的选择不宜大规模采用单元式住宅错位拼接，也不宜采用点式住宅拼接。因为错位拼接和点式住宅都形成较长的外墙临空长度，增加住宅单体的体系数，不利于节能。
对于非寒冷地区，如夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，建筑物全年的能耗有部分或者大部分是来自夏季的空调电耗。因此，在建筑单体方案设计时，不仅要求建筑物单体形状利于防晒、遮阳，减少太阳辐射得热，还需考虑在室外气温低于室温时，如夏季夜间，如何利用自然通风或者是围护结构本身的散热来延长非空调时间，减少空调能耗。在南方地区，适当减少楼间距，可以形成建筑群间的相互遮挡，起到一定的遮阳效果；采用首层架空的单体建筑设计，单体建筑周边易形成较好的通风条件。此外，选择合适的建筑进深，有利于室内穿堂风的形成，在夏季，人们更乐意生活在有着较好自然通风的环境，而不是密闭的空调环境里。
冬季保暖与夏季遮阳、通风对建筑外形的要求在某些地方是存在矛盾的，如冬季的保温节能设计要求建筑外形尽可能的简单、紧凑，而夏季的节能设计则力求通过一些复杂的立面设计、结构设计来满足建筑物遮阳、自然通风的需求。因此，在建筑单体方案设计时，应该通过详细的建筑能耗模拟分析权衡这两种设计所产生的节能效果，来确定最终的建筑单体方案。
3 建筑朝向对能耗的影响
我国大部分地区处于北温带，房屋“坐北朝南”是尽人皆知的良好朝向。这是由于太阳的运行规律使得这种朝向的房屋冬季最大限度的获得太阳辐射热，同时南向外墙可以得到最佳的受热条件，而夏季则正好相反。此外，建筑朝向的设置还会直接改变建筑物周边及其本身通风状况，进而影响建筑物的能耗。常常会出现这样的情况：理想的日照方向也许恰恰是最不利的通风方向，或者在局部建筑地段（如道路、特殊地形）不可能成立。即给定地区与建筑单体形状后，由于建筑物朝向的不同，不仅建筑物本身获得的太阳辐射总得热会有差别，而且建筑物周边的通风条件也会大相径庭。
此外，建筑物朝向还会很大程度上影响建筑物周边及其自身的自然通风状况，而后者则是直接影响建筑物能耗与室内热环境的重要因素。相关的模拟计算给出，对于夏季昼夜温差较大的地区，如北方及长江中下游地区，通过加强建筑物的自然通风效果，尤其是夜间的自然通风，可以使得建筑物的夏季耗冷量指标降低近一半。从冬季的保暖和夏季降温考虑，在选择住宅朝向时，当地的主导风向是不容忽视的主要因素。从住宅群的气流流场可知，住宅长轴垂直于主导风向时，各幢住宅之间易产生涡流，影响自然通风的效果。从单幢住宅的通风条件来看，建筑物房间与主导风向垂直时效果最好，但是，从整个住宅群来看，这种情况并不完全有利，往往是建筑朝向与主导风向形成一定的角度，以便后排的建筑也能获得较好的通风条件。
4 窗墙比对能耗的影响
窗墙比是综合考虑了在某一地区不同朝向墙面冬、夏日照情况（日照时间、太阳总辐射强度、阳光入射角），冬、夏季风影响，室外空气温度，室内采光设计标准以及开窗面积，建筑能耗完成的。由于窗户的保温隔热性能相对较差，冬季散热厉害；同时如果没有辅助的遮阳设施（尤其是外遮阳），夏季白天太阳辐射将通过窗户直接进入室内；结果导致建筑的空调、采暖能耗急剧增加。
需要注意的是，近年来住宅建筑的窗墙比有越来越大的趋势，这是因为商品住宅的购买者大都希望自己的住宅更加通透明亮。考虑到临街建筑立面美观的需要，窗墙比适当大些是可以的。但当窗墙面积比超过规定数值时，应首先考虑减小窗户（含阳台透明部分）的传热系数，如采用单框双玻或中空玻璃窗（不同地区的要求不一样），并加强夏季活動遮阳；其次可考虑减小外墙的传热系数。大量的调查和测试表明，太阳辐射通过窗户直接进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因，日本、美国、欧洲以及香港等国家和地区都把提高窗的热工性能和遮阳控制作为夏季防热、降低住宅空调负荷的重点，住宅建筑普遍在窗外安装有遮阳设施。因此，应该把窗的遮阳作为夏季节能的一个重点措施来考虑。
对于寒冷地区，尽管保温隔热性能较好的双玻、中空窗得到了普遍的应用，但与保温外墙相比，外窗仍是外围护结构保温措施中的薄弱环节。南向窗户的冬季累计得热量最大，往东西朝向逐渐递减；越过南偏东45度或者南偏西45度后，累计得热量将小于零，也即在南偏东45度至南偏东45度以外的普通中空外窗为失热构件。因此，在这些朝向范围内外立面设计中，应在满足采光要求的前提下尽量减少窗墙比。而在朝向南偏东45度至南偏西34度朝向范围内，增加窗墙比，将南偏东至南偏西有利于减少累计的采暖能耗。但同时也应注意到，在加大窗墙比的同时，建筑物的最大采暖负荷也随着迅速增加。这是因为建筑物最大采暖负荷往往出现在夜间，而此时通过窗户散失的热量要远大于外墙。也就是说，增加窗墙比有利于节能，同时也要求更大的设备容量投入，以满足最大采暖负荷增加的需要，因此窗墙比的设计还应在权衡设备初投资与因节约能耗而减少的设备运行费用的大小后给出。对于某些炎热地区，窗户也是维护结构得热的主要构件，除了控制窗墙比大小外还必须注意遮阳系统的设计，对于某些炎热地区，这甚至比提高窗户的保温隔热性能更重要。
5 结语
文章结合了当前建筑节能的必要性，分析了当前节能住宅和节能技术存在的问题，并提出了搞好住宅建筑节能设计的对策，以达到在住宅建筑设计中更好地利用自然能源，从而提高住宅建筑中的能源利用效率。
参考文献
[1] 张雄.完善建筑墙体节能技术体系[J]. 建设科技.2009（04）：21～22.
[2] 曾祥才，朱冬生.浅谈建筑节能技术[J]. 建筑节能.2007（01）：501～503.
[3] 彭关中，缪小平.建筑节能技术措施探讨[J].机电信息.2005（23）67～69.