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摘要：低能耗、超低能耗及零能耗建筑節能標準的相繼推出，對建筑門窗的節能性能提出了更高的要求。建筑門窗作為建筑圍護結構（詞條“圍護結構”由行業大百科提供）的重要部分，其節能性能的設計及安裝對建筑物整體節能性能的影響起到重要的作用。性能化設計，系統化安裝是建筑門窗提高節能性能的重要措施。
關鍵詞：性能化設計;系統化安裝;低能耗建筑;零能耗建筑
1.前言
建筑能耗約占我國社會總能耗的40%。作為建筑外圍護結構的建筑門窗，其能耗約占建筑能耗的50%，因此，建筑門窗的節能是建筑節能的關鍵。
我國的建筑節能工作經歷了自1986年～2016年的建筑節能30%、50% 、65%的30年發展，建筑節能65%的設計標準已經基本普及實施。建筑節能工作減緩了我國建筑能耗隨城鎮建設發展而持續高速增長的趨勢，并提高了人們居住、工作和生活環境的質量。為了推動建筑節能設計標準向更高的目標實施，國家以2016年國家建筑節能設計標準為基準，制定了2025、2035、2050中長期建筑能效提升目標。其中，2016年執行的國家建筑節能設計標準包括《公共建筑節能設計標準》GB 50189 - 2015、 《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》 JGJ 26 - 2010、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ 134 - 2010、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》JGJ 75 - 2012。
1.1低能耗建筑
以2016年為基準，在此基礎上，建筑能耗降低25%～30%的建筑可稱為“低能耗建筑”。已經修訂實施的《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ 26-2018、《溫和地區居住建筑節能設計標準》JGJ 475-2019及正在修訂的《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ 134-20XX 和《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》JGJ 75-20XX，其目標為75%節能率，相對于2016年國家建筑節能設計標準，其能耗降低30%，屬于“低能耗建筑”標準。
1.2近零能耗建筑
適應氣候特征和場地條件，通過被動式建筑設計最大幅度降低建筑供暖（詞條“供暖”由行業大百科提供）、空調、照明需求，通過主動技術措施最大幅度提高能源設備與系統效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒適室內環境，且其室內環境參數和能效指標符合本標準規定的建筑，其建筑能耗水平應較2016年執行的國家建筑節能設計標準降低 60%～75%以上。
其中，嚴寒和寒冷地區，近能耗居住建筑能耗降低70 %～75 以上，不再需要傳統的供熱方式，夏熱冬暖和夏熱冬冷地區近零能耗居住建筑能耗降低60%以上;不同氣候區近零能耗公共建筑能耗平均降低60%以上。
1.3超低能耗建筑
超低能耗建筑是近零能耗建筑的初級表現形式，其室內環境參數與近零能耗建筑相同，能效指標略低于近零能耗建筑，其建筑能耗水平應較2016年執行的國家建筑節能設計標準降低50%以上。
超低能耗建筑是實現近零能耗建筑的預備階段，除節能水平外，均滿足近零能耗建筑要求。以2016年為基準，在此基礎上，建筑能耗降低25%～30%的建筑可稱為“低能耗建筑”。
超低能耗建筑是較“低能耗建筑”更高節能標準的建筑，是現階段不借助可再生能源，依靠建筑技術的優化利用可以實現的目標，其建筑能效在2016國家建筑節能標準水平上有較大水平的提升，建筑室內環境也更加舒適，其供暖、通風、空調、照明、生活熱水、電梯能耗應較2016年國家建筑節能設計標準降低50% 以上。
1.4零能耗建筑
零能耗建筑能是近零能耗建筑的高級表現形式，其室內環境參數與近零能耗建筑相同，充分利用建筑本體和周邊的可再生能源資源，使可再生能源年產能大于或等于建筑全年全部用能的建筑。
1.5被動式設計
建筑設計應根據氣候特征和場地條件，通過被動式設計降低建筑冷熱需求和提升主動式能源系統的能效達到超低能耗，在此基礎上，利用可再生能源對建筑能源消耗進行平衡和替代達到近零能耗，有條件時，宜實現零能耗。
被動式設計。近零能耗建筑規劃設計應在建筑布局、朝向、體形系數和使用功能方面，體現節能理念和特點，并注重與氣候的適應性。通過使用保溫隔熱性能更高的非透明圍護結構、保溫隔熱性能更高的外窗、無熱橋的設計與施工技術，提高建筑整體密性，降低供暖需求，通過使用遮陽（詞條“遮陽”由行業大百科提供）、自然通風、夜間免費制冷等技術，降低建筑在過渡季和供冷季的供冷需求。
2.建筑門窗設計
2.1建筑門窗節能設計
建筑門窗的節能設計應從建筑節能的整體節能性能設計方面考慮，包括建筑門窗的性能化設計和建筑門窗的系統化安裝設計兩方面。
性能化設計建筑門窗是以建筑室內環境參數和規范設計參數為性能目標，利用模擬計算工具，對建筑門窗設計方案進行逐步優化，最終達到建筑門窗預定性能目標要求的設計過程。
性能化設計方法的核心是以性能目標為導向的定量化設計分析與優化。面向建筑性能，給出滿足性能目標的參數和指標要求，門窗的關鍵性能參數選取基于性能定量分析結果，而不是從規范中直接選取。
性能化設計建筑門窗的節能性能，對于室內環境參數要求較高的建筑，還應包括應根據建筑物的不同朝向，針對性的設計特殊位置、特殊要求的門窗。
門窗的建筑設計應選用與建筑保溫（詞條“建筑保溫”由行業大百科提供）隔熱系統設計性能要求相匹配的門窗系統。門窗方案設計應根據建筑功能和環境資源條件，以氣候環境適應性為原則，以建筑室內環境及技術性能參數要求目標，充分利用天然采光自然通風以及外門窗保溫隔熱等設計手段。
近零能耗建筑應采用保溫隔熱性能較好的外窗系統窗。外窗是影響近零能耗建筑節能效果的關鍵部件，其影向能耗的性能參數主要包括傳熱系數（詞條“傳熱系數”由行業大百科提供）(K值)，太陽得熱系數(SHGC值)以及氣密性能。影響外窗節能性能的主要因素有玻璃（詞條“玻璃”由行業大百科提供）層數，Low-E膜層、填充氣體、邊部密封、型材材質、截而設計及開啟方式等。應結合建筑功能和使用特點，通過性能化設計方法進行外窗系統的優化設計和選擇。
2.2建筑門窗技術設計
隨著我國建筑節能的要求不斷提高，極大的推動了建筑門窗行業的發展。從構成建筑門窗的材料，到建筑門窗的使用功能和性能要求，再到建筑門窗的生產技術，都存在著現代新技術對建筑門窗行業的影響。
建筑新材料的不斷研發使得建筑門窗的技術設計，不再僅僅是門窗形式的簡單拼裝。建筑門窗的技術設計包括對構成門窗的材料、構造、門窗形式、技術、性能等要素構成的相互關聯的技術體系設計，其中：
材料設計包括型材、增強、附件、密封、五金、玻璃等構成門窗的各種原、輔材料;
構造設計包括各材料組成的節點（詞條“節點”由行業大百科提供）構造、角部以及中豎框和中橫框連接構造、拼樘構造、安裝構造、各材料與構造的裝配邏輯關系等構成門窗的所有構造;
門窗形式設計包括門窗的材質、功能結構(如形狀、尺寸、材質、顏色、開啟形式、組合、分格等)及延伸功能結構(如紗窗、遮陽、安全防護、新風及智能控制等);
技術設計包括建筑門窗的工程設計規則、加工工藝與工裝及安裝工法等所有設計、加工及安裝方面的技術;
性能設計包括安全性、節能性、適用性和耐久性。安全性主要包括抗風壓（詞條“風壓”由行業大百科提供）性能、平面內變形性能、耐火完整性、耐撞擊性能、抗風攜碎物沖擊性能、抗爆炸沖擊波性能等;節能性能包括氣密性能、保溫性能、隔熱性能等;適用性能包括啟閉力、水密性能、空氣聲隔聲性能、采光性能、防沙塵性能、耐垂直荷載性能、抗靜扭曲性能等;耐久性包括反復啟閉性能等。
3.性能化設計
門窗的性能化設計與其它設計方法最大的不同點在于根據目標建筑室內環境及技術性能參數要求，通過定量化計算，確定滿足性能要求的方案設計。
3.1室內環境參數
健康、舒適的室內環境是建筑設計的基本前提。室內熱濕環境參數主要是指建筑室內的溫度、相對濕度（詞條“相對濕度”由行業大百科提供）,這些參數直接影響室內的熱舒適水平和建筑能耗。空間環境參數以滿足人體熱舒適為目的。
根據國內外有關標準和文獻的研究成果，當人體衣著適宜且處于安靜狀態時，室內溫度20℃比較舒適，18℃無冷感，15℃是產生明顯冷感的溫度界限。冬季熱舒適(-1≤PMV≤1)對應的溫度范圍為：18℃～24℃。基于節能和舒適的原則，本著提高生活質量、滿足室內舒適度的條件下盡量節能，將冬季室內供暖溫度設定為20℃，在北方集中供暖室內溫度18℃的基礎上調高2℃。
《近零能耗建筑技術標準》GB/T 51350對建筑室內主要房間熱濕環境參數要求見表1所示，居住建筑內噪聲晝間≤40dB(A)，夜間≤30dB(A)。
建筑門窗的性能設計要求：滿足室內環境參數要求及規范設計要求，且室內環境參數應滿足較高的熱舒適水平。
門窗結露就是在門窗的室內表面凝聚著露水或水霧。當玻璃、窗框表面溫度較周邊臨近潮濕空氣的露點溫度低時，空氣中的水蒸汽變為液體的水，凝結在冷的固體表面，就會產生結露現象。當結露部位溫度在5℃～50℃，相對濕度達到80%以上時，就容易發生霉變。因此，露點溫度和霉變溫度是建筑門窗節能設計必須考慮的因素。
3.2規范設計技術參數
我國地域廣闊，氣候分區多，不同氣候分區建筑節能設計對外門窗均有相應的規范設計參數要求，國家標準《近零能耗建筑技術標準》GB/T 51350-2019中對近零能耗下的節能門窗要求如下：
(1)外門窗氣密性能不宜低于8級;
(2)居住建筑外窗(包括透光幕墻)及公共建筑外窗(包括透光幕墻)熱工性能參數分別見表2和表3。
注：太陽得熱系數為包括遮陽(不含內遮陽)的綜合太陽得熱系數。
3.3建筑門窗的性能化設計方法
(1)采用協同設計的組織形式;
(2)根據設定目標(建筑地區)要求，設定室內環境參數及節能指標要求，并利用模擬計算軟件等工具，優化設計方案;
(3)性能化設計程序
①設定室內環境參數;
②通過定量計算，制定設計方案;
③利用模擬計算軟件等工具進行設計方案的定量分析及優化;
④制定加工工藝和工裝;
⑤試制產品并進行性能測試、優化，直至滿足目標設計要求;
⑥確定優選設計方案;
⑦制定工程設計規則;
⑧制定安裝工藝;
⑨技術總結。
外門窗是影響建筑節能效果的關鍵部件，其影響能耗的性能參數主要包括傳熱系數(K值)、太陽得熱系數(SHGC值)以及氣密性能。影響外窗節能性能的主要因素有玻璃層數、Low-E膜層、填充氣體、邊部密封、型材材質和截面設計及門窗開啟方式等。
建筑門窗的性能化設計是以定量分析及優化為核心，進行塑料建筑門窗組成要素的關鍵參數對門窗性能的影響分析，在此基礎上，結合門窗的經濟效益分析，進行技術措施和性能參數的優化。
4.系統化安裝
建筑門窗的系統化安裝是指建筑門窗安裝設計時應滿足建筑物整體節能方案設計要求，安裝時保證熱橋設計的一致性(等溫設計)和氣密層的連續完整性。
建筑物節能系統設計，充分考慮了構成建筑物的構配件及各構造節點的節能性的整體設計與施工安裝。
建筑門窗作為建筑外圍護結構，其性能要求應首先服務于建筑物、滿足建筑物功能和性能要求。因此，建筑門窗的安裝應滿足建筑物整體節能性能的系統化安裝要求，確保建筑物節能要求中的等溫線和氣密線的連續性。
門窗的安裝位置應進行建筑熱工優化后確定，設計出合理的安裝施工工藝，進而確保建筑門窗與建筑物節能性能的一致性。
門窗的等溫設計應與建筑物整體等溫設計保持一致性，即保持等溫線的連續性，如圖1所示，避免安裝節點構造產生熱橋。
外門窗及其遮陽設施熱橋處理應符合下列規定:
(1)外門窗安裝方式應根據墻體的構造方式進行優化設計。當墻體采用外保溫系統時，外窗可采用整體外掛式安裝，框內表面宜與基層墻體外表面齊平，門窗位于外墻外保溫層內。裝配式夾心保溫外墻，外門窗宜采用內嵌式安裝方式，外門窗與基層墻體的連接件（詞條“連接件”由行業大百科提供）應采用阻斷熱橋的處理措施。
(2)外門窗外表面與基層墻體的連接處宜采用防水透汽材料密封，門窗內表面與基層墻體的連接處應采用氣密性材料密封。
(3)窗戶外遮陽設計應與主體建筑結構可靠連接，連接件與基層墻體之間應采取阻斷熱橋的處理措施，如2所示。
建筑物氣密性是影響建筑供暖能耗和空調能耗的重要因素，對實現近零能耗目標來說，由于其極低的能耗指標，由單純圍護結構傳熱導致的能耗已較小，這種條件下造成氣密性對能耗的比例大幅提升，因此建筑氣密性能更為重要。良好的氣密性可以減少冬季冷風滲透，降低夏季非受控通風導致的供冷需求增加，避免濕氣侵入造成的建筑發霉、結露和損壞，減少室外噪聲和室外空氣污染等不良因素對室內環境的影響，提高居住者的生活品質。建筑圍護結構氣密層應連續并包圍整個外圍護結構如圖3所示。
從圖3中可以看出，外門窗的氣密性是建筑整體氣密性的重要一環，對近零能耗建筑整體的氣密性有較大的影響，因此，外門窗的氣密性安裝施工是實現建筑整體氣密性目標的基礎保證。
5.結語
建筑門窗的性能設計與安裝是被動式低能耗建筑節能性能設計與安裝的重要一環，將建筑門窗的性能化設計和系統化安裝與被動式低能耗建筑的性能化設計與系統化安裝整體性考慮，才能保證被動式低能耗建筑整體節能的整體節能效果。
參考文獻
[1]王波，孫文遷.建筑系統門窗研發設計[M].北京：中國電力出版社，2022.1.
[2]孫文遷等.鋁合金門窗設計與制作安裝(2版)[M].北京：中國電力出版社，2022.1.
作者單位：南昌職業大學門窗學院
