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摘要：被动式超低能耗建筑，也称被动房，是从德国建筑学界兴起的低能耗发展而来。门窗是建筑围护体系的组成部分，也是外围护结构中保温最薄弱的环节。因而，门窗节能是被动房能否达到节能设计指标的关键。
本文主要采用热工（词条“热工”由行业大百科提供）模拟计算的方法从型材腔体截面（词条“截面”由行业大百科提供）设计、玻璃系统配置、密封胶条形式调整等方面对门窗系统热工性能的影响进行分析，提出门窗系统保温性能提升的主要途径。在门窗的实际应用中优化安装方式，避免出现热桥，减少热损失。
关键词：被动房;门窗系统;保温性能
被动式超低能耗建筑用门窗在隔热性能和隔声性能上，更优于普通断桥铝窗，在产品性能上处于同类产品的高水平状态。因其传热系数（词条“传热系数”由行业大百科提供）远高于其他部位，门窗的保温性能成为建筑节能设计标准要求的绝对重要环节。为获得最佳的门窗保温性能，必须保证门窗的各个组成部分均具备优良的保温特性，同时最大限度地避免安装部位的热桥问题。
为实现建筑的超低能耗指标，不同的标准体系对门窗提出了不同的性能要求。德国是门窗节能要求比较高的国家，现阶段德国外门窗的传热系数K≤0.6-1.1W/(㎡·K)。参考德国节能门窗的做法，依据中国典型地区的气候条件及各种标准规范对节能门窗的指标要求，本文从型材腔体截面优化、聚氨酯保温材料填充、玻璃系统配置、门窗系统密封材料等因素来分析整窗保温性能的改善途径，提高密封性，减少热量流失，提高建筑节能门窗的保温性能。本文所配图片及介绍均围绕嘉寓自主研发的朗尚-A101系列(以下简称A101系列)被动式门窗系统，满足了被动式超低能耗指标，通过了德国PHI被动式建筑部品认证。
1、被动式建筑门窗系统性能
依据现行国家标准图集16J908-8《被动式低能耗建筑——严寒和寒冷地区居住建筑》、《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》GB/T 8484规定的方法测定，以及《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T 7106，对外窗的基本性能要求有：
1.1，外窗的型材传热系数K≤1.3W/(㎡·K);
1.2，外门窗的透明材料应选用Low-E中空玻璃或真空玻璃：
1.2.1玻璃的传热系数，K≤0.8W(㎡·K);
1.2.2玻璃的太阳能总透射比，g≥0.35;
1.2.3玻璃的光热比，S=TL/g≥1.25。
TL—玻璃可见光透射比，g—太阳能总透射比。
1.3外门窗应具有良好的气密、水密和抗风压性能。其气密性等级不低于8级，水密性等级应不低于5级(350Pa)。
根据德国被动房研究所(PHI)对中国五大气候区设定的窗户最大U值，以北方寒冷地区为例，整窗U值不大于1.0W/(m2·K)。从材料的热传导系数来说，铝合金窗比木窗或塑料窗热传导性明显，因此铝合金被动窗要满足性能要求比较艰难。以下针对如何提高铝合金被动窗保温性能展开讨论。
2、提高保温性能的主要措施
2.1型材腔体截面优化设计
首先要做的就是优化窗型设计，尽量减少铝合金框占整窗的面积比例，增大玻璃面积的占比，减少开启扇的面积。而事实上被动房的新风系统取代了传统的开窗通风换气，被动窗在日常的使用过程中也不经常开启，自然也不需要太大的开启面积。
其次，型材的厚度和隔热腔体的长度。众所周知，断桥铝窗是由室内外铝型材和中间隔热型材(隔热条)组成，隔热条为尼龙66+25%玻璃纤维（词条“玻璃纤维”由行业大百科提供）材质，导热系数仅为0.3W/(m·K)，隔热腔体越长，保温效果越好。因此要求被动窗的型材厚度不低于100mm，隔热条设计长度为64mm。
再者，腔体填充聚氨酯（词条“聚氨酯”由行业大百科提供）等高效保温材料可提高保温性能。型材隔热条腔增加了改性（词条“改性”由行业大百科提供）PIR聚氨酯泡沫条(如图1)，可以减少框体室外型材和室内型材之间的热辐射和热对流，提高型材的保温性能。玻璃与型材之间设置了聚乙烯泡沫条(如图2)，以及专用配件的设计，保证了整窗的保温性能和抗风压性能。
以下为热工计算软件进行模拟，图3为增加泡沫条的节点设计，边框U值为0.79 W/(m2·K);图4为未增加泡沫条，边框U值为2.45 W/(m2·K)。通过对比，根据热量传递的对流特性，在结构较大腔体内填充相应的保温材料可以降低热量的传递，使其保温性能显著提高。
2.2优化的玻璃配置
德国被动房要求外窗玻璃传热系数Ug≤0.8 W/(m2·K)，玻璃太阳总透射比g≥0.35，这就决定了设计过程中不能为了整窗的传热系数而把g值降得太低。采用玻璃光学热工计算模块对玻璃系统进行光学热工性能计算，计算内容包括玻璃光谱分布、玻璃色系坐标参数、玻璃系统光学热工性能参数等。最终玻璃总厚度定为47mm，三玻两腔中空配置，采用Low-E玻璃(低辐射镀膜玻璃)，玻璃的可见光透射比符合标准要求，玻璃空腔内填充惰性气体，并且采用暖边间隔条，降低了玻璃周围的线传热系数，提高了玻璃的保温性能，符合指标要求。
说明： U——玻璃面板传热系数(W/(㎡·K));
τ——玻璃面板的可见光透射比;
SC——玻璃面板遮阳系数;
倾角——单位：°;
2.3选用复合式密封胶条
复合式密封胶条（词条“胶条”由行业大百科提供）即由密实三元乙丙橡胶(如图6,a)和发泡三元乙丙橡胶(如图6,b)共挤工艺制成的密封条（词条“密封条”由行业大百科提供）。在密封部位选用发泡三元乙丙橡胶，以提供更高的气密性和水密性，同时安装部位依然采用硬度（词条“硬度”由行业大百科提供）较高、物理性能优秀的实心橡胶，以保证胶条的牢固性和耐久性。
玻璃内外胶条均采用了长尾设计(如图6,c)。玻内胶条的安装卡口嵌入到扣条内，玻外胶条通过安装卡舌安装在被动式门窗扇型材上，胶条长尾设计能够搭接到聚乙烯泡沫条上，泡沫条与玻璃接触面为波纹条形状(如图4)。把被动式门窗框型材和保温玻璃之间的空间分成了内外两部分，有效阻挡热量的辐射和传导，提高了门窗的整体保温性能，还具有良好的减震和隔音效果。
框扇中间密封条采用多腔体结构(如图7)，设有内沿、外沿和密封角。外沿和密封角是密实三元乙丙橡胶，内沿是发泡三元乙丙橡胶，并设有与隔热断桥相对应的斜度。在门窗关闭时，框扇密封条与隔热断桥相接触，实现有效的三道密封。
经软件模拟计算后的框扇U值计算结果为Kf=0.91W/(m2·K)，梃扇节点U值计算结果Kf=0.99W/(m2·K)，框部节点U值计算结果Kf=0.79W/(m2·K)，均满足型材传热系数K ≤1.3W/(㎡·K)要求，根据热工计算公式，整窗传热系数为0.94 W/(m2·K)，满足U值≤1.0 W/(m2·K)的要求。
3、窗户的安装热桥
在被动窗的研发过程中，仅在组装工艺考虑满足保温性能是远远不够的，窗框四周的气密构造也非常重要。增大的窗框厚度和窗台板的设计，几乎无法覆盖保温板，以致尽管采用了优化热工性能的窗户，而安装后的传热系数也会明显变差。
为避免热桥，增加密封性，经过优化的安装状态，窗户增加窗副框固定在角钢（词条“角钢”由行业大百科提供）上并安装于结构墙体外侧，四周设有足够厚度的保温板覆盖。内置防水（词条“防水”由行业大百科提供）隔气膜，外设防水透气膜，均应一侧有效地粘贴在窗副框上，另一侧与结构墙体粘贴。副框与角钢间增加防潮保温垫块，增加隔热间层降低热损失。并采用耐候密封胶密封。外墙外保温系统亦可选用石墨聚苯乙烯（词条“聚苯乙烯”由行业大百科提供）材料，更低的导热系数，优异的阻燃抗熔滴特性，大大提高了建筑防火安全性。参考图8。
结论:综上所述，在被动窗的研发过程中，根据不同气候区对门窗性能的差异性需求，保证三道密封，优化型材腔体截面设计，填充保温材料，增大玻璃面积，提高玻璃保温性能，选择复合式密封胶条，经过软件模拟分析，可以显著提高门窗的保温性能。在项目使用过程中，要严格优化安装状态，避免安装热桥与热量的流失才会使被动式建筑真正实现超低能耗。
参考文献
[1]《被动式低能耗建筑——严寒和寒冷地区居住建筑》图集 16J908-8
[2] [德] 特霍尔德·考夫曼，沃尔夫冈·菲斯特《德国被动房设计和施工指南》
[3]《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》GB/T 8484-2020
[4]《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T 7106
[5]《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T 151-2008
[6]《民用建筑热工设计规范》GB 50176-2016
[7]万成龙，刘洪涛，我国被动式超低能耗建筑用外窗传热系数指标研究[J]，门窗，2016(04)
作者单位：北京嘉寓门窗幕墙股份有限公司
