時(shí)不時(shí)會(huì)發(fā)生變革性創(chuàng)新，對(duì)我們的做事方式產(chǎn)生重大影響。一個(gè)例子是 LED 燈泡取代了白熾燈泡并導(dǎo)致能耗下降了七倍。在這發(fā)生之前，沒(méi)有人能想象這會(huì)發(fā)生，但它確實(shí)發(fā)生了。

大約25% 到 30%的住宅供暖/制冷能源消耗是由于物理墻窗造成的損失，而且我們還沒(méi)有看到窗戶上的轉(zhuǎn)型事件。本文探討了新標(biāo)準(zhǔn)如何潛在地改變這一點(diǎn)。

窗式隔熱罩

普通美國(guó)家庭的平均墻體絕緣為 R16（絕緣量）。典型的窗戶具有 R3 的絕緣材料（絕緣材料的五分之一）。在理論上，人們可以熱轉(zhuǎn)一個(gè)窗口到墻壁以5厘米厚的（2英寸厚）熱蓋（圖1中的淡藍(lán)色）嵌入壁的是在窗自動(dòng)幻燈片時(shí)室內(nèi)無(wú)R3 窗口被占用并熱移動(dòng)到 R16 墻。

墻壁的俯視圖如下圖 所示。窗戶（深藍(lán)色）通過(guò)金屬板（紅色）連接到木框架（棕色）。熱蓋組件（綠色）壓在干墻（紫色）上，而傳統(tǒng)的絕緣材料（紫色）位于組件和外部護(hù)套之間。木匠通過(guò)填縫劑（黃色）密封組件，以阻止來(lái)自內(nèi)壁的氣流。木匠還在組件和窗口之間安裝填充窗口套管（橙色），其中套管厚度由最終壁厚決定。最終的壁厚取決于建筑要求（例如保溫層的數(shù)量）。

圖 ：嵌入墻壁的隔熱罩的俯視圖

為什么這不存在？

墻壁內(nèi)的可移動(dòng)嵌入式面板并不新鮮。但是，由于以下幾個(gè)原因，我們看不到它們：

· 有一種標(biāo)準(zhǔn)方式可以將真空吸塵器連接到客廳墻壁（例如 110 VAC 插座），也可以采用標(biāo)準(zhǔn)方式將計(jì)算機(jī)連接到路由器（例如以太網(wǎng)）。但是，沒(méi)有將窗戶隔熱罩電氣連接到建筑物的標(biāo)準(zhǔn)方法。由于各種原因，多種專(zhuān)有方法的成本很高。

· 電機(jī)和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件通常每 10 到 30 年就會(huì)出現(xiàn)故障并需要更換；然而，一座建筑可能會(huì)持續(xù) 100 年。制造商不太可能在 100 年內(nèi)制造產(chǎn)品。隨后，隨著時(shí)間的推移，可能無(wú)法獲得專(zhuān)有系統(tǒng)的更換部件。如果正在出售的建筑物有一半的起居室隔熱罩不工作且未固定，那么買(mǎi)家會(huì)認(rèn)為它的價(jià)值較低。資助和控制建筑物建設(shè)的開(kāi)發(fā)商知道這一點(diǎn)。因此，他們不會(huì)將專(zhuān)有小工具嵌入會(huì)定期出現(xiàn)故障的墻壁中。

· 如果想要大規(guī)模采用，那么人們會(huì)希望從減少的能源損失中節(jié)省下來(lái)的錢(qián)來(lái)在合理的時(shí)間內(nèi)支付隔熱罩的費(fèi)用。由于價(jià)格高，專(zhuān)有產(chǎn)品往往無(wú)法滿足這一要求，尤其是在銷(xiāo)量較低的情況下。

構(gòu)建設(shè)備需要可靠的通信和電源標(biāo)準(zhǔn)

將窗戶隔熱罩電氣連接到建筑物的標(biāo)準(zhǔn)方法將有助于解決上面列出的第一個(gè)問(wèn)題。例如，可以使用 48 VDC 電源和一根數(shù)據(jù)線連接多個(gè)設(shè)備，如“使用處理器和軟件使建筑物更智能”中所述。

聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能包括：窗戶熱蓋、LED 燈座、壁燈開(kāi)關(guān)、煙霧探測(cè)器、溫度傳感器、恒溫器、占用傳感器、暖通空調(diào)管道中的電動(dòng)風(fēng)門(mén)和電動(dòng)水散熱器閥門(mén)?？梢栽谒性O(shè)備上放置相同的操作系統(tǒng) (OS) 以促進(jìn)互操作性。執(zhí)行此操作的一個(gè)免費(fèi)開(kāi)放操作系統(tǒng)示例是BuildingBus。自由和開(kāi)放很重要，因?yàn)楣竞蛧?guó)家拒絕相互依賴。

可更換的窗戶熱蓋模塊需要機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)化的插件模塊將有助于解決上面列出的第二個(gè)問(wèn)題。先前所示的設(shè)計(jì)在墻壁中嵌入了一個(gè)可拆卸的插件模塊，其中包含一個(gè)可移動(dòng)的熱蓋、電機(jī)、機(jī)械裝置和電子設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)可以為這些插件模塊建立標(biāo)準(zhǔn)尺寸。例如，尺寸可能為 36 × 32 × 3 英寸、48 × 32 × 3 英寸和 60 × 32 × 3 英寸。然后建筑師可以選擇與常見(jiàn)的窗戶尺寸配對(duì)。機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化的美妙之處在于它同時(shí)解決了上面列出的第二和第三個(gè)問(wèn)題。缺點(diǎn)是它促使建筑師考慮較少的窗口大小選項(xiàng)。

有關(guān)自由開(kāi)放式設(shè)計(jì)的示例，請(qǐng)參閱“建議的窗戶隔熱罩標(biāo)準(zhǔn)”。更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)“窗式熱蓋研發(fā)”。

怎樣才能在經(jīng)濟(jì)上完成這項(xiàng)工作？

為了獲得大規(guī)模采用，人們希望在一段合理的時(shí)間內(nèi)通過(guò)節(jié)省能源來(lái)支付零件和勞動(dòng)力成本。這有點(diǎn)復(fù)雜，因?yàn)槟茉闯杀疽虻貐^(qū)和時(shí)間而異。

如果我們查看窗戶隔熱罩內(nèi)的材料數(shù)量，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它比典型窗戶少得多，因?yàn)榈湫痛皯粜枰挚癸Z風(fēng)強(qiáng)度的風(fēng)，并且必須在高風(fēng)壓下密封氣流?；蛘?，內(nèi)蓋可由輕質(zhì)材料制成，幾乎不需用力。在內(nèi)部，熱蓋包含類(lèi)似聚苯乙烯泡沫塑料的絕緣材料，所有四個(gè)側(cè)面都用類(lèi)似于窗戶的墊圈密封，并且在兩側(cè)包括反射輻射的閃亮金屬表面。

機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化通過(guò)商品化壓低價(jià)格，因?yàn)樗枰鄠€(gè)研發(fā)成本低的公司進(jìn)行價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。

阻擋可見(jiàn)光、紅外輻射和熱輻射

如果一個(gè)人把煎鍋放在爐子上，加熱它，用一只手把它舉在空中，另一只手放在離鍋底 5 英寸遠(yuǎn)的地方，他們會(huì)感覺(jué)到下手的熱量。這不是由于對(duì)流氣流，這是您將手放在平底鍋上方的感覺(jué)，因?yàn)闊崃可仙?。您在下方感受到的熱量稱(chēng)為“熱輻射”或“黑體輻射”，是通過(guò)窗戶損失能量的重要組成部分。

如果您將手放在陽(yáng)光下并感到溫暖，那么大約一半來(lái)自可見(jiàn)光輻射，另一半來(lái)自紅外輻射。這些是相似的，但它們的頻率不同。

如果您將手放在篝火前并感到溫暖，則主要是感受到紅外線輻射。

熱蓋的作用是阻擋所有這三個(gè)，因?yàn)樗鼈兌际悄芰俊ｉW亮的金屬表面，如鋁箔，反射可見(jiàn)光、紅外線和熱輻射。人們希望在外部和內(nèi)部熱蓋表面上都有閃亮的金屬，以最大限度地減少能量損失。

聚苯乙烯泡沫塑料類(lèi)絕緣材料每英寸厚度具有 ~R6 絕緣材料，典型的窗戶總共具有 ~R3 絕緣材料。如果您希望您的有蓋窗戶與 R16 的普通美國(guó)墻相同，則您的隔熱罩需要約 2 英寸厚（2 × 6 + 3 = 15）。

或者，人們可能會(huì)考慮在窗戶上方并嵌入墻壁中的卷蓋。這可以像卷簾一樣在窗戶上向下移動(dòng)。然而，它只能支撐薄的材料，并且邊緣處的密封氣流可能難以通過(guò)重力饋送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

克服房主阻力

使用隔熱罩可能無(wú)法滿足房主的美感，因?yàn)樗麄兺ǔＯ矚g窗外景色和戶外光線。簡(jiǎn)單的解決方案是在房間無(wú)人時(shí)自動(dòng)縮回。隨后，房主不會(huì)被迫在他們的客廳里觀察閃亮的金屬面板。

自動(dòng)化可以在冬天覆蓋窗戶，前提是滿足以下條件：房間無(wú)人居住，室外溫度低于所需的室溫，并且陽(yáng)光沒(méi)有照在窗戶上。或者在夏季無(wú)人居住且室外溫度高于設(shè)定值時(shí)蓋上窗戶。

被動(dòng)加熱

有一種稱(chēng)為“被動(dòng)加熱”的技術(shù)，它需要陽(yáng)光透過(guò)窗戶照射，加熱地板，然后加熱建筑物。然而，這必須與太陽(yáng)落山時(shí)通過(guò)玻璃散失的熱量相抗衡，因此不受歡迎。窗戶隔熱罩可能會(huì)改變這一點(diǎn)，并促使建筑師重新考慮被動(dòng)供暖，尤其是在有利于這種技術(shù)的氣候中。

結(jié)論

從理論上講，新建筑中的窗戶隔熱罩應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)可行的；然而，我們確實(shí)面臨多重障礙。這包括需要機(jī)械插件模塊標(biāo)準(zhǔn)化、電氣接口電纜標(biāo)準(zhǔn)化和軟件標(biāo)準(zhǔn)化。最難的部分是構(gòu)建設(shè)備的通用軟件；但是，免費(fèi)開(kāi)放的BuildingBus已經(jīng)編碼，任何人都可以免費(fèi)復(fù)制和修改。

綜上所述，我們需要即插即用來(lái)降低成本。好消息是開(kāi)發(fā)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)花費(fèi)很少，而且已經(jīng)做了很多工作。

審核編輯：郭婷