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目前,建筑能耗在社会总能耗中所占比例接近30%,开发和推广低能耗建筑成为推进节能减碳的关键。建筑外墙和屋顶的保温效果经过多年发展已接近极限,建筑外窗是实现室内采光、照明、通风、景观等功能的关键建筑构件,也是保温隔热的薄弱构件,现有节能窗都很难兼顾建筑外窗作为建筑得热和失热部件的双重性能,开发一种取长补短的节能保温窗对于改善室内热环境,降低建筑能耗具有紧迫的现实意义。本文提出并构建一种太阳能集热/保温节能窗（SHC/IESW）,是一种可调节的、兼顾不同季节和时段对建筑外窗不同传热需求的节能部件。在透明玻璃窗一侧安装可调节保温帘为核心构件的保温装置,构成了SHC/IESW,具体可以分为A、B、C、D四种结构（A结构,B结构,C结构,D结构）:A和C结构的空气层厚度分别为8 cm和11 cm,其保温帘厚度均为2 cm,保温装置都装在室外侧;B和D结构的保温帘厚度分别为2cm和3 cm,其空气层厚度都为8 cm,均装在室内侧。只在冬季夜间开启保温装置降低热损失,可以同时实现冬季白天集热、夜间保温,夏季白天遮阳、夜间散热。在太原市气象条件下,通过实验监测安装四种结构SHC/IESW和透明6mm玻璃窗（OW）房间的室内温度、玻璃内外表面温度等参数,对比分析其各自的保温、遮阳和集热效应;通过实验取值结合传热理论分析,推导空腔对流传热Nu数特征关联式,进而计算并验证各种SHC/IESW的总传热系数,得出SHC/IESW相对于普通中空玻璃窗全年综合节能量,通过数值模拟结合流体动力学计算,分析空腔内温度、流速、压力及能量变化规律,探究SHC/IESW空气流动和对流传热机理;通过数值模拟,得出SHC/IESW对室内热环境和建筑能耗的影响规律,优化其安装条件,确定出SHC/IESW置于典型城市建筑南向最佳临界窗墙比。主要研究结果如下:（1）SHC/IESW具有显著的保温、遮阳和集热效应。相比OW房间,安装A、B、C、D四种结构分别可以提高冬季夜间室内平均温度约2.9%、7.6%、4.8%和12%;顶端外挑结构宽度每增加0.1 m,夏季白天室内平均温度降低0.12℃;SHC/IESW房间冬季白天室内平均温度比普通中空玻璃窗房间提高1～2℃;B、D结构适合安装于建筑北向,以实现最大化的保温效应;A、C结构适合安装于建筑南向,一体实现保温、遮阳和集热效应。（2）推导出SHC/IESW空腔在不同雷诺数情况下Nu数特征关联式,进而计算出A、B、C、D四种结构的传热系数和负荷系数依次为1.71 W/m~2·K、1.39 W/m~2·K、1.60W/m~2·K、1.12 W/m~2·K和0.551 k Wh/K、0.538 k Wh/K、0.546 k Wh/K和0.531 k Wh/K,相比OW,四种结构的节能潜力依次为13.8%、15.9%、14.5%和16.9%。相比于常用的普通中空玻璃窗,建筑南窗外侧安装4 m~2 SHC/IESW（A）,夏季白天累积遮阳量309.929k Wh,夜间累积散热量113.697 k Wh;冬季白天累积集热量167.894 k Wh,夜间累积保温量262.839 k Wh,全年综合节能量854.359 k Wh。（3）空气层厚度和出口宽度对SHC/IESW空腔传热强度有明显影响。出口宽度为10 mm时,空气层厚度从20 mm增至120 mm,空腔断面风速、出口温度、断面温度和保温帘表面温度分别下降0.53 m/s、9.13℃、6.65℃和8.66℃;空气层厚度为80 mm时,出口宽度从5 mm增至150 mm,出口断面风速、出口温度、断面温度和保温帘表面温度分别下降1.71 m/s、1.68℃、1.1℃和0.97℃。空气层厚度和出口宽度宜为100 mm。（4）空腔断面之间动能差是空腔内流体运动的主导因素,也是SHC/IESW传热主要机理。动能差越大,动量差越大,阻滞力越大,同时流动过程中速度的改组强度及局部旋涡效应增强,导致断面之间气流的能量损失越大,冷空气在空腔内活跃度越低,从空腔热壁带走的热量越少,SHC/IESW保温效果越好。增加空气层厚度和适当提高出口宽度均有利于增加空腔进出口断面之间的动能差,提高SHC/IESW保温效果。（5）SHC/IESW安装方式对建筑室内热环境和建筑能耗均有显著影响。SHC/IESW比OW房间的温度场更均匀,舒适性更强。房间热效率随HTC减小和ESS增加而提高,随WWR增加先增加后减少,当HTC为1.12 W/m~2·K,WWR为0.53,ESS为75%时,热效率最高,为0.386 K/W;相比安装OW房间,安装B和D结构房间全年热负荷下降率达20%～30%。安装A和C结构全年冷负荷下降率随朝向变化,朝向为南、北、东、西时,分别为14.8%、7.1%、8.2%和10%。顶端外挑结构宽度由0.5 m增至1.5 m,冷负荷下降率由16.6%增至43.9%。对全年单位建筑面积总负荷影响因素的权重依次为窗墙比、SHC/IESW结构和SHC/IESW朝向,其权重分别为67.50、3.28、0.11;装于建筑南向的SHC/IESW,典型城市拉萨、长春、太原、南昌、南宁及昆明的南向最佳窗墙比分别为0.61、0.46、0.53、0.55、0.58及0.61,均超过了居住建筑节能设计标准规定限值。（6）SHC/IESW具有显著的单位建筑面积环境效益和经济效益。基于太原市2020年材料价格,以OW为参考基准,SHC/IESW每年最高可节约能耗52.88 k Wh/（m~2·年）,节省燃煤量0.012吨/（m~2·年）,每年减少二氧化碳、二氧化硫、烟尘及灰渣排放量依次为29.97 kg/m~2、0.038 kg/m~2、0.132 kg/m~2和2.406 kg/m~2;SHC/IESW相比中空玻璃窗可使建筑能耗费用节省8.78元/年·m~2,节省27%。SHC/IESW具备显著的保温、遮阳和集热与散热效应,总传热系数较小,节能潜力显著;通过控制结构参数和安装条件可以有效调节其传热性能,改善室内热环境,大幅降低建筑能耗,置于建筑南向时可突破现有窗墙比限值,可广泛应用于低能耗建筑,尤其可以促进工商业建筑和农村民居的节能降耗。