不同建筑空間形態(tài)對(duì)建筑能耗的影響

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建筑室內(nèi)熱狀態(tài)受室外氣候狀態(tài)和建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所影響，因此建筑供暖空調(diào)能耗在很大程度上與建筑的空間布局和圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，不同的建筑空間形態(tài)分布還會(huì)影響建筑的遮陽(yáng)與自然采光，從而影響建筑的人工照明能耗。扁平的建筑空間分布體型系數(shù)較小，會(huì)降低建筑的供暖能耗但造成夏季空調(diào)能耗高［1］，而塔式的建筑空間分布下夏季自然通風(fēng)被強(qiáng)化，空調(diào)能耗降低，但造成冬季供暖能耗的上升，不同空間形態(tài)與建筑能耗的關(guān)系很難進(jìn)行直接準(zhǔn)確的分析，只有通過(guò)逐時(shí)的動(dòng)態(tài)模擬才能得到。因此在分析評(píng)價(jià)和優(yōu)化選取建筑設(shè)計(jì)方案將造成的環(huán)境狀況和能耗時(shí)，一般都采用模擬計(jì)算的方法［2-4］。為了研究不同空間形態(tài)和布局對(duì)住宅建筑能耗的影響，本研究對(duì)各類布局下的住宅建筑，利用DeST模擬軟件對(duì)其建筑運(yùn)行能耗進(jìn)行了模擬分析，通過(guò)能耗比較來(lái)分析不同的空間形態(tài)對(duì)住宅建筑的遮陽(yáng)、采光和夏季空調(diào)、冬季供暖能耗的影響。

1研究方法

本研究選取了北京市12種不同空間形成的建筑分布，這幾種方案下建筑面積總量相同，但其所需消耗的建筑運(yùn)行能耗不同，因此在建筑的規(guī)劃過(guò)程中，需要優(yōu)選合理的建筑空間布局。具體各地空間形態(tài)如圖1所示。為了保證不同的方案之間具有可比性，各方案保證建筑面積一致，各方案的建筑面積總量如表1所列，可以看到各方案的建筑面積與平均值相比誤差均不大于1%，基本可以認(rèn)為各方案的建筑面積相等。根據(jù)一般住宅建筑的層高，將此建筑的層高定義為3m。參照北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/891—2012《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)各立面窗墻比的限值，給出各個(gè)立面的窗墻比，如表2所示。

2模擬參數(shù)設(shè)定

根據(jù)以上建筑基本信息，使用建筑能耗模擬軟件DeST，建立1～12號(hào)各類地塊的DeST模型。

2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能

參照北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/891—2012《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，將各方案其建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能如表3所示。

2.2空調(diào)供暖設(shè)定

在北京地區(qū)，冬季采取集中供暖，因此冬季供暖作息為24h連續(xù)供暖;夏季為間歇空調(diào)，在室外溫度合適的時(shí)候采用自然通風(fēng)來(lái)帶走室內(nèi)熱量。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范給出各房間的溫濕度設(shè)定值，見表4。

2.3房間發(fā)熱量及通風(fēng)量設(shè)定

根據(jù)北京市住宅建筑案例測(cè)試的結(jié)果設(shè)定房間的燈光、設(shè)備的功率密度、房間的設(shè)備發(fā)熱量(見表5)。由于相同功能的房間進(jìn)行了一定的合并，所以人員密度無(wú)法按照DeST默認(rèn)的總量指標(biāo)設(shè)定，所以按照表5所列的人員密度進(jìn)行設(shè)定。因?yàn)樵谝恍┑貕K的設(shè)計(jì)中，存在內(nèi)區(qū)的房間(進(jìn)深8～10m認(rèn)為是內(nèi)區(qū))，無(wú)法進(jìn)行自然通風(fēng)，因此需要機(jī)械通風(fēng)。同時(shí)，即使是在外區(qū)的房間，由于廚房和衛(wèi)生間的特殊功能，在使用時(shí)也需要一定的機(jī)械通風(fēng)。因此，將各功能房間的通風(fēng)作息及通風(fēng)量設(shè)置如下:位于外區(qū)的房間，不設(shè)置機(jī)械通風(fēng)，冬季的通風(fēng)量為滲風(fēng)量，設(shè)為0.5次/h，夏季則設(shè)為自然通風(fēng)，開窗時(shí)最大通風(fēng)量為10次/h。位于內(nèi)區(qū)的房間，由于無(wú)法進(jìn)行自然通風(fēng)，因此需要進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，設(shè)置其全年新風(fēng)量為恒定數(shù)值，通風(fēng)次數(shù)為1次/h。

2.4模擬計(jì)算

對(duì)于一般住宅建筑，其能耗主要包括:冬季供暖能耗、夏季空調(diào)能耗、照明能耗、生活熱水能耗、炊事能耗及各類家用電器能耗［5］。不同的空間形態(tài)會(huì)對(duì)建筑的冷、熱負(fù)荷及自然采光情況有影響，因此主要會(huì)影響建筑的供暖、空調(diào)及照明能耗。對(duì)于4號(hào)這樣存在一定內(nèi)區(qū)的建筑，由于其內(nèi)區(qū)無(wú)法開窗進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，還需要設(shè)置通風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，因此與一般住宅建筑相比，會(huì)額外多出一部分通風(fēng)能耗。因此利用DeST模型，進(jìn)行能耗模擬計(jì)算，模擬中考慮建筑由于空間形態(tài)造成的自遮擋，選取冬季熱負(fù)荷及供暖系統(tǒng)能耗、夏季冷負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)能耗、照明能耗和機(jī)械通風(fēng)能耗這四個(gè)能耗指標(biāo)，分析各方案的能耗情況。

3結(jié)果分析

3.1冬季供暖能耗

利用DeST軟件對(duì)各方案的冬季供暖負(fù)荷進(jìn)行模擬，并假設(shè)由大中規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)供熱，得到各方案的冬季供暖能耗，如圖3所示。圖3各方案的冬季供暖能耗與體型系數(shù)單位室內(nèi)空間需要的供熱量Q的計(jì)算公式見式(1)，單位為W/m3，Q=T×(K×S+A×0.335)(1)式中:Q為單位室內(nèi)空間需要的供熱量，W/m3;T為室內(nèi)外平均溫差，℃;K為平均傳熱系數(shù)，W/(m2•K);S為體形系數(shù);A為換氣次數(shù)，次/h。在本模擬計(jì)算中，各案例的窗、墻的傳熱系數(shù)和窗墻比均一致，也就是說(shuō)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均傳熱系數(shù)一致，而且換氣次數(shù)也一致(除了1號(hào)和4號(hào)因?yàn)榇嬖趦?nèi)區(qū)需要機(jī)械通風(fēng)以外)，所以體形系數(shù)成為影響冬季供暖能耗的關(guān)鍵因素，從圖3中也可明顯看出體形系數(shù)與供暖能耗的一致變化情況。但同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，1和4號(hào)方案雖然體型系數(shù)小，但其供暖能耗并不比2、3和5、6方案低，主要原因是因?yàn)榇嬖诖竺娣e的內(nèi)區(qū)，內(nèi)區(qū)僅靠滲透風(fēng)不能解決人員新風(fēng)供應(yīng)問(wèn)題，所以需要24h進(jìn)行1次/h的機(jī)械通風(fēng)，這一定程度上增大了其供暖能耗，10號(hào)方案由于其裙樓(2層樓)部分也存在一定區(qū)域的內(nèi)區(qū)，所以對(duì)此區(qū)域也需要進(jìn)行24h的機(jī)械通風(fēng)風(fēng)。對(duì)方案1、方案4和方案10關(guān)閉全年機(jī)械通風(fēng)的方案進(jìn)行了模擬，結(jié)果對(duì)比如圖4。對(duì)于方案1，由于增加了內(nèi)區(qū)的機(jī)械通風(fēng)，其供暖能耗因此增大了1.5倍左右。對(duì)于方案4，由于需要機(jī)械通風(fēng)的面積占其總面積的比例大于方案1，因此增加了機(jī)械通風(fēng)后，其能耗增大為原來(lái)的將近10倍。對(duì)于方案10，由于其需要機(jī)械通風(fēng)的區(qū)域并不大，因此由于增加了機(jī)械通風(fēng)，其能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)僅上升了33t。對(duì)于方案7～方案9，由于外形復(fù)雜程度逐漸增加，增加了自遮陽(yáng)，一定程度上由于太陽(yáng)輻射得熱量的減少導(dǎo)致其供暖負(fù)荷逐漸增加。如圖5所示，分析方案7～方案9在不考慮陽(yáng)光遮擋下的能耗(分別為7’、8’、9’)，與原方案進(jìn)行對(duì)比可比可以發(fā)現(xiàn)遮擋對(duì)其能耗造成的影響。可以發(fā)現(xiàn)隨著外形復(fù)雜程度的增加和遮擋的增加，對(duì)熱負(fù)荷的影響也逐漸加強(qiáng)，9方案因此遮擋帶來(lái)的供暖能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)增加將近40t，而7方案因?yàn)檎趽鯉?lái)的供暖能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)僅為6.6t。在分析建筑供暖能耗總量時(shí)，不僅要關(guān)注建筑整體的體型系數(shù)，也要看各類朝向的房間的分布。一般來(lái)說(shuō)，南向的房間越多，其冬季太陽(yáng)輻射得熱就越多，相應(yīng)的供暖能耗就會(huì)降低。分析1、4、7號(hào)方案，可以發(fā)現(xiàn)，1、4、7號(hào)方案均為4個(gè)朝向均勻分布房間，其中均有一半的房間朝向?yàn)闁|西朝向，這類房間在冬季無(wú)法有效利用太陽(yáng)輻射得熱來(lái)升高室內(nèi)溫度或者說(shuō)降低供暖能耗，而10號(hào)方案的建筑布局是沿東西方向條狀分布，因此基本所有戶型都有南向窗戶，南向房間的比較非常高，有南向窗戶的房間的比例接近100%，這有效地增大了冬季的太陽(yáng)輻射得熱，從而降低了供暖能耗。10號(hào)方案其體型系數(shù)適中，雖然存在一定面積的內(nèi)區(qū)，但面積并不大，由于機(jī)械通風(fēng)增加的供暖能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)并不大(7t)，并且其不同區(qū)域之間的互相遮擋也比較小，因此其供暖能耗在整體12個(gè)方案里處于居中位置。由此可以看出，在北京地區(qū)，為了降低建筑的供暖能耗，在空間布局上可以考慮適當(dāng)減小建筑的體型系數(shù)，但是對(duì)于住宅建筑，也應(yīng)該考慮不要形成內(nèi)區(qū)，否則就需要因此配置機(jī)械通風(fēng)，反而會(huì)增加供暖能耗。除了建筑整體的體型系數(shù)，也應(yīng)該考慮適當(dāng)增加南向房間的比例，有效地利用冬季太陽(yáng)輻射得熱來(lái)降低供暖能耗。

3.2夏季空調(diào)能耗

利用DeST軟件對(duì)各方案的夏季制冷負(fù)荷進(jìn)行模擬，假設(shè)制冷由分體空調(diào)提供，得到夏季空調(diào)能耗。與供暖不同，空調(diào)需要從室內(nèi)排除的熱量絕大多數(shù)不是來(lái)源于通過(guò)外墻的傳熱。室內(nèi)的各種電器設(shè)備、照明等發(fā)出的熱量及室內(nèi)人員發(fā)出的熱量占空調(diào)排熱任務(wù)的重要成分。再就是太陽(yáng)透過(guò)外窗進(jìn)入室內(nèi)的熱量。這些都需要從室內(nèi)排除，否則就會(huì)使室溫升高。當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)允許的舒適溫度時(shí)，依靠室內(nèi)外的溫差，通過(guò)外墻、外窗的傳熱以及室內(nèi)外的通風(fēng)換氣，可以把這些熱量排出到室外。此時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均傳熱系數(shù)越大(也就是保溫越不好)，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向外傳出的熱量就越多，室內(nèi)發(fā)熱導(dǎo)致室內(nèi)溫度的升高就越小。此時(shí)如果能夠開窗通風(fēng)，并且建筑造型與開窗位置具有較好的自然通風(fēng)能力，則可以通過(guò)室內(nèi)外通風(fēng)換氣向室外排熱。因此，建筑空調(diào)布局和圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)于夏季空調(diào)能耗的影響主要在于遮陽(yáng)和能否有效自然通風(fēng)。在本文的DeST模擬設(shè)定中，不考慮外遮陽(yáng)措施，只考慮方案本身的自遮陽(yáng)。同時(shí)對(duì)于自然通風(fēng)，考慮的都是理想通風(fēng)，即:夏季在室外溫度合適的時(shí)候使用自然通風(fēng)，且通風(fēng)次數(shù)均為理想數(shù)值，即認(rèn)為自然通風(fēng)為最理想效果，不考慮在實(shí)際中建筑的房間布局以及窗戶的位置等細(xì)節(jié)對(duì)自然通風(fēng)效果的影響，因此自然通風(fēng)對(duì)夏季空調(diào)能耗的影響也基本上是一致的。從模擬結(jié)果來(lái)看，各方案的夏季空調(diào)能耗也基本與體型系數(shù)直接相關(guān)，如圖6。對(duì)比方案1、方案4和方案10在有無(wú)機(jī)械通風(fēng)下的夏季空調(diào)能耗如圖7，可以發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)械通風(fēng)的存在，同樣增大了夏季空調(diào)能耗。但是由于夏季的室內(nèi)外溫度遠(yuǎn)小于冬季，因此機(jī)械通風(fēng)造成的夏季空調(diào)能耗增加量遠(yuǎn)小于冬季供暖能耗的增加量:對(duì)于方案1，由于使用了機(jī)械通風(fēng)，其夏季空調(diào)能耗從29萬(wàn)kW•h增加到40萬(wàn)kW•h，增加了不到1倍;對(duì)于方案4，其夏季空調(diào)能耗從32萬(wàn)kW•h增加到了85萬(wàn)kW•h，增加了約1.5倍;對(duì)于方案10，其夏季空調(diào)能耗從34.5萬(wàn)kW•h增加到了34.6萬(wàn)kW•h，幾乎沒有變化。對(duì)于方案7～方案9，由于外形復(fù)雜程度逐漸增加，增加了自遮陽(yáng)，由于太陽(yáng)輻射得熱量的減少導(dǎo)致其空調(diào)能耗降低。如圖8所示，分析方案7～方案9在不考慮陽(yáng)光遮擋下的能耗(分別為方案7’～方案9’)，與原方案進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)遮擋對(duì)其能耗造成的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)隨著外形復(fù)雜程度的增加和遮擋的增加，對(duì)熱負(fù)荷的影響也逐漸加強(qiáng)，9方案因此遮擋帶來(lái)空調(diào)耗電量增加為2582kW•h，而7方案因?yàn)檎趽鯉?lái)的空調(diào)耗電量?jī)H為894kW•h。對(duì)于方案10～方案12，方案11和方案12顯著增大了外墻和外窗的面積，從圖9可以看出，方案11的外墻面積達(dá)到了18906m2，是方案10外墻面積的141%，而方案12的外墻面積為方案10外墻面積的187%，外窗面積也是如此。顯著增大的外墻和外窗在夏季時(shí)極大地增加了太陽(yáng)輻射得熱，也使得方案11、12的夏季空調(diào)能耗急劇增大。需要說(shuō)明的是，對(duì)于列出的12個(gè)方案，在負(fù)荷和能耗模擬的時(shí)候考慮的都是理想通風(fēng)，即認(rèn)為自然通風(fēng)為最理想效果，但是在實(shí)際的過(guò)程中由于建筑的造型與空間布局不同，其在夏季室外溫能夠?qū)崿F(xiàn)的自然通風(fēng)效果是不同的，因此其散熱能力也是不同的，這會(huì)在一定程度上造成空調(diào)能耗的變化，在本次模擬中并沒有體現(xiàn)。例如，相比較方案1、2、3的塔樓造型和圍合式的戶型分布，方案4、5、6是板樓，其南北通透的造型與戶型會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際使用過(guò)程中，自然通風(fēng)效果更好，在室外溫度合適的時(shí)候能夠充分利用自然通風(fēng)降低室溫，減少了需要空調(diào)制冷的時(shí)間，從而能夠降低空調(diào)能耗。對(duì)于方案11、12，外形復(fù)雜能夠一定程度上增加夏季的自遮陽(yáng)效果，但是由于是回字式圍合結(jié)構(gòu)，如果考慮1樓不與室外連通(不能產(chǎn)生煙囪效應(yīng))，即使開窗也很難通過(guò)自然通風(fēng)帶走室內(nèi)的熱量，而且外墻外窗面積大，太陽(yáng)輻射量巨大，因此當(dāng)室內(nèi)大量的熱量不能通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)排出時(shí)就只好開啟空調(diào)，依靠機(jī)械制冷排除熱量導(dǎo)致，所以空調(diào)能耗會(huì)大幅增加。

3.3照明能耗

利用DeST軟件對(duì)各方案的照明能耗進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖10。從結(jié)果可以看出，對(duì)于4個(gè)分組:方案1～方案3，方案4～方案6，方案7～方案9，方案10～方案12，由于增加了外區(qū)面積，優(yōu)化了自然采光，其照明能耗是逐漸下降的。各組之間進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)方案4、5、6的照明能耗是最高的，由于其扁平的建筑布局，增加了內(nèi)區(qū)的面積，尤其是對(duì)于方案4，有著大面積的內(nèi)區(qū)無(wú)法進(jìn)行自然采光，所以其照明能耗在各個(gè)方案中最高，而對(duì)于方案12，由于其外窗的面積多，且能夠自然采光的面積也大，其照明能耗在各個(gè)方案中最小。為了定量分析各方案自然采光的效果，又對(duì)1～12各方案在不考慮自然采光下的照明能耗進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果對(duì)比如圖11。將不考慮自然采光下的照明能耗與第一次計(jì)算得到的照明能耗相減得到自然采光對(duì)人工照明能耗總量的影響，結(jié)果如圖12。對(duì)比方案1、2、3:從方案1到方案2，自然采光條件得到了極大的優(yōu)化，因此照明能耗有了大幅的降低，方案2比方案1節(jié)電約4.1萬(wàn)kW•h，但是從方案2到方案3，其節(jié)能效果就比較有限，雖然方案3進(jìn)一步優(yōu)化了自然采光的效果，但是節(jié)電量只有1515kW•h。對(duì)比方案4、5、6:自然采光條件得到了極大的優(yōu)化，因此照明能耗有了大幅的降低，方案5比方案4節(jié)電約8.4萬(wàn)kW•h，從方案5到方案6，方案6進(jìn)一步優(yōu)化了自然采光的效果，節(jié)電量也達(dá)到了3.5萬(wàn)kW•h。對(duì)比方案7、8、9:由于其本身回字形的造型，其外表面面積大，自然采光條件非常優(yōu)越，因此自然采光帶來(lái)的照明電耗下降也是非常明顯，并且隨著方案7～方案9，其自然采光得到進(jìn)一步強(qiáng)化。方案10是方案3、6、9的一個(gè)綜合，并且由于其塔樓與裙房的高低組合，減小了不同的樓棟之間的遮擋，所以其自然采光對(duì)照明節(jié)能效果也非常明顯，節(jié)能量達(dá)1.7萬(wàn)kW•h。方案11、12是回字形造型的一種加強(qiáng)，極大的優(yōu)化了自然采光的條件，因此其自然采光帶來(lái)的照明能耗下降了在各個(gè)方案中最大，方案11和方案12由于自然采光造成的人工照明能耗下降分別為20.5萬(wàn)kW•h和20.8萬(wàn)kW•h。

3.4機(jī)械通風(fēng)能耗

1號(hào)方案、4號(hào)方案和10號(hào)方案需要供應(yīng)機(jī)械通風(fēng)，其機(jī)械通風(fēng)能耗見圖13。3.5全年一次能耗從上面的分析可以看出，各個(gè)方案各有利弊，體型系數(shù)小的方案冬季供暖能耗小，但若體型系數(shù)過(guò)小，反而會(huì)因?yàn)樾枰獧C(jī)械通風(fēng)而增加能耗，同時(shí)，體型復(fù)雜圍合式的造型會(huì)增強(qiáng)夏季建筑自遮陽(yáng)，降低空調(diào)能耗，但又會(huì)導(dǎo)致自然采光效果不佳，可能會(huì)增加照明能耗。因此，為了保證建筑的總能耗最低，需要權(quán)衡判斷，將各方案的各項(xiàng)能耗按發(fā)電煤耗法折合為一次能耗進(jìn)行比較，如圖14所示?？梢园l(fā)現(xiàn)各方案全年的一次能耗對(duì)比，方案5是能耗最低的，這主要是因?yàn)?是除了方案1和方案4(體型系數(shù)小但需要機(jī)械通風(fēng))之外體型系數(shù)最小的方案。因此其供暖能耗和空調(diào)能耗都相對(duì)其他方案較低，而照明能耗與其他方案相比，雖然略大，但并不明顯，所以造成總體看來(lái)全年包括供暖能耗、空調(diào)能耗和照明能耗的總一次能耗在12種方案中最低。出于同樣的理由，方案6和方案7的能耗次之，也在各方案中處于較低的水平。反過(guò)來(lái)看方案11和方案12，方案11體型系數(shù)并不大，因此其供暖能耗與其他方案相比并不太高，但是由于其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積大，增大了夏季太陽(yáng)輻射得熱量，導(dǎo)致空調(diào)能耗增大，全年總體的一次能耗比方案5、6要大。而方案12，由于體型系數(shù)大，所以冬季供暖能耗明顯高出其他方案，同時(shí)外墻外窗面積大，造成夏季的空調(diào)能耗也高出其他方案，因此其總體的一次能耗在各方案中最大。對(duì)于方案10，是方案1～方案9的一次雜燴，整體的體型系數(shù)在各方案中居中，雖然由于裙樓部分存在部分內(nèi)區(qū)，需要機(jī)械通風(fēng)，但是能耗并不大，所以總體計(jì)算得到的全年一次能耗在各方案中處于居中的水平。

4結(jié)論

為了研究不同空間形態(tài)和布局對(duì)住宅建筑能耗的影響，本研究選取了12種地塊，對(duì)各類布局下的住宅建筑能耗進(jìn)行模擬分析，通過(guò)能耗比較來(lái)分析不同的空間形態(tài)對(duì)住宅建筑的遮陽(yáng)、采光和夏季空調(diào)、冬季供暖能耗的影響。各個(gè)方案各有利弊，體型系數(shù)小的方案，如1號(hào)、4號(hào)，冬季供暖能耗小，但若體型系數(shù)過(guò)小，反而會(huì)因?yàn)樾枰獧C(jī)械通風(fēng)而增加能耗，如1號(hào)和4號(hào)均需要機(jī)械通風(fēng)來(lái)滿足人員新風(fēng)需求。而另外，體型復(fù)雜圍合式的造型會(huì)增強(qiáng)夏季建筑自遮陽(yáng)，降低空調(diào)能耗，例如8號(hào)、9號(hào)，但又會(huì)導(dǎo)致自然采光效果不佳，可能會(huì)增加照明能耗。綜合上述結(jié)果與分析，可以得出，在北京這種以集中供暖為冬季供暖方式的地區(qū)，考慮供暖熱源供應(yīng)效率一致的條件下，其供暖能耗主要與體型系數(shù)呈直接相關(guān)的關(guān)系，體型系數(shù)越大，冬季供暖能耗越高，體型系數(shù)越小，冬季供暖能耗越小，但是對(duì)于住宅建筑，也應(yīng)該考慮不要形成內(nèi)區(qū)，否則就需要因此配置機(jī)械通風(fēng)，反而會(huì)增加供暖能耗，例如方案1、4、10。除了建筑整體的體型系數(shù)，也應(yīng)該考慮適當(dāng)增加南向房間的比例，有效地利用冬季太陽(yáng)輻射得熱來(lái)降低供暖能耗。對(duì)于空調(diào)能耗，在無(wú)外遮陽(yáng)構(gòu)件和理想自然通風(fēng)的情況下，夏季空調(diào)能耗也與建筑的體型系數(shù)有著強(qiáng)相關(guān)，體型系數(shù)越大空調(diào)能耗也越高。同時(shí)，在窗墻比相同的情況下，建筑的空調(diào)布局越復(fù)雜，建筑的外墻、外窗面積越大，夏季的太陽(yáng)輻射得熱量也越大，相應(yīng)地也會(huì)增加夏季空調(diào)能耗，例如方案12。但在實(shí)際情況下，建筑空調(diào)布局和圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)于夏季空調(diào)能耗的影響主要在于遮陽(yáng)和能否有效自然通風(fēng)。本文的模擬考慮了建筑的自遮陽(yáng)，例如方案7、8、9和方案11、12由于建筑外形所形成的自遮陽(yáng)效果，但是并沒有體現(xiàn)各方案的不同建筑造型對(duì)于夏季自然通風(fēng)效果的影響，而這是影響夏季空調(diào)能耗的一個(gè)重要因素，如果想要得到更精確的對(duì)于夏季空調(diào)能耗的模擬，需要使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)等工具進(jìn)行自然通風(fēng)效果的模擬。對(duì)于照明能耗，外墻、外窗面積大顯著提高了自然采光的水平，因此方案11、12的照明能耗低于其他方案。綜合供暖、空調(diào)和照明能耗，可以發(fā)現(xiàn):由于供暖能耗占總能耗的比例很大，超過(guò)了50%，因此如果僅考慮這三種能耗的加和(不考慮生活熱水、設(shè)備等能耗)，需要優(yōu)先供暖能耗低的方案，根據(jù)本文的分析結(jié)果，體型系數(shù)小的方案5其總體能耗也就最低了。

作者：胡姍 燕達(dá) 崔瑩 單位：清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心