研究人员开发新型三层玻璃窗是节约能源、降低噪音的低成本选择

发表于 3年以前 | 总阅读数：657 次

一个家庭的窗户会浪费大量的能源，这已经不是什么秘密了。即使是最新款的双层窗户也会大大增加家庭的能源使用和成本。对于一个新家来说，窗户通常占外部表面积的8%，但却要对一半的热量损失或增加负责。这种被动的能量损失使窗户成为家庭供暖和制冷成本的主要因素。

同时，自1989年左右推出第一个原型以来，三层玻璃窗的能源和成本节约的证据已经慢慢形成。以前的研究表明，三层玻璃窗比行业标准的双层玻璃窗更节能，但由于成本和供应问题，市场的采用一直很缓慢。

Cort说，这些缺点即将改变。新一代的薄型三层玻璃窗价格较低，可以更容易地改造成现有的双层玻璃框架。顾名思义，三层玻璃窗有三块玻璃，形成一个双层夹层，里面充满了惰性气体，如氪气，提供额外的绝缘能力。这些新一代的窗户利用了先进的玻璃制造技术所提供的规模经济优势，该技术生产的电视和电脑屏幕薄而耐用。

在过去的三年里，Cort和她的同事们系统地评估了能源节约和经济因素，这些因素将决定它们多快被建筑商接受。这项工作得到了美国能源部建筑技术办公室和邦纳维尔电力管理局的支持。

现在，国家公用事业监管机构开始注意到了这一点。最近，密歇根州利用PNNL对三层玻璃窗的实地研究数据，将其纳入该州的技术资源手册，列出了有资格获得公用事业激励和退税的核定节能措施。

新的能源标准产生了紧迫性

Cort、PNNL研究人员Edward Louie和Lawrence Berkeley国家实验室的Robert Hart最近领导的另一项研究表明，对于新的房屋建筑，三层玻璃窗可以帮助建筑商在经济上满足更严格的2021年新房屋能源规范。他们发表在2022年3月的《ASHRAE》杂志上的研究表明，当住宅建筑商将新住宅的窗户从双层玻璃升级为三层玻璃时，窗户的能源效率性能可以提高40%或更多。这种额外的性能提高了整个房屋外部的总绝缘价值，通常被称为建筑围护结构。

“我们的研究表明，提高窗户的能源效率为建筑商提供了更多的设计灵活性，并能够在满足规范的前提下，对围护结构的其他部分进行折衷，如外墙保温，”Cort说。总体效果是为建筑商提供更多的选择，更好地保证符合建筑规范，同时提高房主的舒适度。

Cort表示，建筑商在采用新的房屋建筑技术方面发挥着关键作用。2020年，她和她的同事们采访了29位参加过能源部零能耗住宅项目的住宅建筑商。他们要求建筑商解释他们在2018至2019年建筑季节选择窗户的决策过程。这些建筑商中有41%的人在他们所有的新房中使用了三层玻璃窗，另有28%的人在他们的大部分或部分房屋中使用了三层玻璃窗。对于那些没有使用三层玻璃窗的人，最大的因素是成本。

“双层玻璃窗和三层玻璃窗之间的价格差异一直是建筑商的一个痛点，”Cort指出。但她补充说，现在对于一个2400平方英尺的木结构房屋来说，三层玻璃窗增加的材料成本大约是700到2400美元。这与在同一住宅中多加一英寸的刚性墙体保温材料的成本差不多。

一些建筑商还表示，定制安装三层玻璃窗的间接成本也影响了他们的选择，因为三层玻璃窗可能比类似尺寸的双层玻璃窗重25%到50%。

Cort表示：“大多数建筑商并不熟悉更薄、更轻的新型三层玻璃窗技术。但调查显示，如果成本和可用性使其实用，大多数人愿意尝试。”

Cort团队采访的一些建筑商指出，消费者喜欢三层玻璃窗的舒适和安静。最近的一项研究证实，安装薄的三层玻璃窗与安装双层金属框架窗的家庭相比，平均减少了8-10分贝的声音渗入，这大约相当于减少了一半的感知噪音水平。

“当有人进入房子，你关上了门，就像进入了一辆奔驰或宝马车，”西雅图的一位建筑商说。“它是如此坚实和安静。我们正在西雅图波音场机场旁边建造房屋。飞机就在头顶上飞过，离得很近，你可以从房子里清楚地看到它们，而里面是如此安静，你听不到它们的声音。”

Cort说，当有新的房屋建筑方法时，建筑商需要保证材料在需要时可以获得，在使用时可以保持，并实现承诺的改进。

为了帮助满足这些期望，PNNL已经与美国能源部、劳伦斯伯克利国家实验室和西北能源效率联盟联合发起了先进窗户解决方案伙伴关系。在美国能源部的支持下，这个公私合营企业正在与建筑商、公用事业部门和制造商合作，以推动需求，并扩大具有成本效益的“插入式”三层薄窗设计和其他高性能窗户解决方案的生产。

PNNL团队最近在其实验室之家比较了这些窗户的能源效率性能，这是两栋用于研究能源效率的相同的人造房屋。在2019年冬季供暖季和2020年夏季制冷季，研究人员记录了整个住宅的能源使用和温度。在两个为期10周的评估期间，窗户为1500平方英尺的结构平均节省了12%的取暖费用和28%的制冷费用。此外，在夏季和冬季的测试期间，装有三层玻璃窗的住宅减少了室外噪音，并在整个住宅内保持了更舒适和均匀的温度。

研究小组现在正在全美范围内的10个地方对这种窗户进行实地测试，从华盛顿州帕斯科的人造房屋到纽约州的一个净空公寓楼，在这些实地示范项目中，与标准的ENERGY STAR®窗户相比，每平方英尺的增量成本为6美元或更少。在过去的一年里，研究人员已经开发了多个版本的薄玻璃三层窗单元，并通过了美国国家门窗评定委员会的认证，而且已经提供给建筑商。