传统建筑门窗的主要功能是遮风、避雨和采光。然而，随着建筑节能工作的深入推进，门窗作为建筑外围护结构的重要组成部分，其传热系数远大于非透明围护结构，因此成为影响超低能耗建筑节能效果的关键部位。随着超低能耗建筑在我国的快速发展，高性能系统门窗已成为国内门窗行业研究的热点问题。

我国门窗行业针对门窗系统的窗框系统腔体数量、腔体几何比例、型材截面等因素对型材的传热系数影响进行了大量热工性能研究;埃因霍温科技大学的研究团队开展了门窗节能性与高视觉舒适性的优化设计研究，提出了相应的设计原则及设计标准;德国针对节能窗的合成复合材料及型材热工性能同时进行了广泛研究，研制出了”系列”高性能门窗产品并应用于被动式建筑中。为实现门窗系统节能性能显著提升，满足我国超低能耗建筑对高性能门窗系统的发展需求，本文针对型材材质、腔体截面优化设计、玻璃系统配置、密封材料性能、五金系统、窗型等主要因素对门窗系统热工性能的影响采用理论计算、模拟计算等一系列方法分析，提出实现门窗系统性能提升的主要途径。

1.超低能耗建筑对门窗的性能要求

我国地域广阔不同气候区域气候条件存在着较大差异，对门窗性能要求也有所不同。《被动式超低能耗绿色建筑技术导则( 居住建筑) 》中规定:其他性能要求: 气密性等级不应低于8 级，水密性等级不应低于6级，抗风压性能不应低于9级，隔声性能应满足GB50118《建筑隔声设计规范》的要求。住宅建筑一般外窗底限标准要求空气隔声量不小于25 dB。

表1 典型气候区外窗传热系数和太阳得热系数(SHGC) 参考值

由表1 可知: 随着气候区自南向北，我国门窗系统保温性能( 传热系数) 要求逐步提高，严寒地区要求最高;严寒和寒冷地区，冬季以获得太阳得热量为主，太阳得热系数( SHGC) 应尽量选择对应典型气候区外窗传热系数参考值的上限，同时兼顾夏季隔热要求;夏热冬冷和夏热冬暖地区以尽量减少夏季辐射得热为主，SHGC 值则应尽量选择对应典型气候区太阳得热系数参考值的下限，同时兼顾冬季得热。

2.欧洲节能门窗的做法

德国是门窗节能性能要求比较高的国家。现阶段德国外门窗的传热系数K≤0. 6～1. 1 W/( ㎡·K) ，实现的主要技术方法主要体现在以下几个方面:(1)断桥铝型材:采取增大断桥隔热材料的宽度、填充保温材料及优化几何结构比例等方法来提高铝型材的保温效果。 (2)木质型材:门窗在保持呈现美观的基础上，采取优化结构、提升支撑等因素增大材料的宽度实现降低整窗的导热系数。(3)PVC 塑料型:材采用增加保温腔室，大截面保温腔室采用填充聚氨酯泡沫等高效保温材料来提高保温效果降低腔室对流传热。(4)玻璃系统：使用充惰性气体的Low-E 中空玻璃、Low-E 三玻两腔玻璃、真空复合中空玻璃，合理选取中空玻璃间隔层宽度等措施降低玻璃传热系数。(5) 密封系统：采用三元乙丙密封胶条或硅橡胶密封胶条，科学设计密封系统配合尺寸。(4) 五金系统：通过精密的转换设计实现内平开、平开上悬、平开下悬多种开启方式; 采用多锁点设计均匀分配系统压缩力，提高系统密封性能;良好的力学性能保证了系统安全性和耐久性。

3.窗型设计及节点构造

门窗的形式设计包括门窗的形状、尺寸、开启形式( 平开、平推、内倒、侧移、折叠、推拉、悬窗等) 、分格、构造( 如框、扇、中横框、中竖框、拼接、延伸功能、安装) 。不同设计形式不仅影响门窗的节能性能，还直接决定门窗的成本。

公式(1) 为整窗传热系数理论计算公式:

式中：Ut为整樘窗的传热系数;

Ag为窗玻璃面积;

Ug为窗玻璃的传热系数;

Af为窗框面积;

Uf为窗框的传热系数;

lφ为玻璃区域的边缘长度;

φg为窗框和窗玻璃之间的线传热系数;

At为窗面积。

由式(1) 可知整窗传热系数与型材传热系数、玻璃传热系数、线传热系数密切相关;在两窗型玻璃配置为5Low-E+14Ar+5Low-E+12Ar+5，86系列型材(上框传热系数为0.95W/(㎡·K) ，下框传热系数为1.17 W/(㎡·K) ，中横梃传热系数为1.45 W/( ㎡·K) ，中竖挺为1.60 W/(㎡·K) 。以及整窗尺寸、计算边界条件都同时得出：窗系统标识标准窗型传热系数为1.09 W/(㎡·K) ，无亮子窗型传热系数为1.01W/(㎡·K) ，无亮子窗型由于减少了中横挺和中横挺线传热长度lφ，从而降低了整窗传热系数。在被动式超低能耗建筑、零能耗建筑等对窗系统保温性能要求高的建筑中，建议使用无亮子窗型。

结论

在确保力学性能的前提下，建议使用无亮子的典型窗型，以降低整窗的传热系数并提高窗系统的保温性能。同时，应选择具有良好耐候性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性能和耐多种极性溶剂等性能的密封材料，并配备相应的五金系统，以实现窗扇相对于窗框的三维调整，从而提高整窗的气密性能。此外，玻璃配置应根据不同气候区的需求进行选择，例如通过改变玻璃腔体层数和增加玻璃镀膜等方式来满足严寒寒冷地区以外的气候区的需求;而在严寒寒冷地区，宜采用中空复合真空的玻璃配置。综上所述，根据典型气候区的气候特征，关注不同气候区门窗系统热工性能的差异化需求，并通过结构优化、软件模拟和理论分析等方法，可以得出有效提升门窗应用节能效果的方案。