時不時會發(fā)生變革性創(chuàng)新，對我們的做事方式產(chǎn)生重大影響。一個例子是 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，沒有人能想象這會發(fā)生，但它確實發(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。

窗式隔熱罩

普通美國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幻燈片時室內(nèi)無R3 窗口被占用并熱移動到 R16 墻。

墻壁的俯視圖如下圖 所示。窗戶（深藍(lán)色）通過金屬板（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）位于組件和外部護套之間。木匠通過填縫劑（黃色）密封組件，以阻止來自內(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)的可移動嵌入式面板并不新鮮。但是，由于以下幾個原因，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)方式將計算機連接到路由器（例如以太網(wǎng)）。但是，沒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，多種專有方法的成本很高。

· 電機和滑動機構(gòu)等機械部件通常每 10 到 30 年就會出現(xiàn)故障并需要更換；然而，一座建筑可能會持續(xù) 100 年。制造商不太可能在 100 年內(nèi)制造產(chǎn)品。隨后，隨著時間的推移，可能無法獲得專有系統(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，那么買家會認(rèn)為它的價值較低。資助和控制建筑物建設(shè)的開發(fā)商知道這一點。因此，他們不會將專有小工具嵌入會定期出現(xiàn)故障的墻壁中。

· 如果想要大規(guī)模采用，那么人們會希望從減少的能源損失中節(jié)省下來的錢來在合理的時間內(nèi)支付隔熱罩的費用。由于價格高，專有產(chǎn)品往往無法滿足這一要求，尤其是在銷量較低的情況下。

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問題。例如，可以使用 48 VDC 電源和一根數(shù)據(jù)線連接多個設(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、壁燈開關(guān)、煙霧探測器、溫度傳感器、恒溫器、占用傳感器、暖通空調(diào)管道中的電動風(fēng)門和電動水散熱器閥門?？梢栽谒性O(shè)備上放置相同的操作系統(tǒng) (OS) 以促進互操作性。執(zhí)行此操作的一個免費開放操作系統(tǒng)示例是BuildingBus。自由和開放很重要，因為公司和國家拒絕相互依賴。

可更換的窗戶熱蓋模塊需要機械標(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問題。先前所示的設(shè)計在墻壁中嵌入了一個可拆卸的插件模塊，其中包含一個可移動的熱蓋、電機、機械裝置和電子設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)機構(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的窗戶尺寸配對。機械標(biāo)準(zhǔn)化的美妙之處在于它同時解決了上面列出的第二和第三個問題。缺點是它促使建筑師考慮較少的窗口大小選項。

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

怎樣才能在經(jīng)濟上完成這項工作？

為了獲得大規(guī)模采用，人們希望在一段合理的時間內(nèi)通過節(jié)省能源來支付零件和勞動力成本。這有點復(fù)雜，因為能源成本因地區(qū)和時間而異。

如果我們查看窗戶隔熱罩內(nèi)的材料數(shù)量，我們會發(fā)現(xiàn)它比典型窗戶少得多，因為典型窗戶需要抵抗颶風(fēng)強度的風(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，熱蓋包含類似聚苯乙烯泡沫塑料的絕緣材料，所有四個側(cè)面都用類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。

機械標(biāo)準(zhǔn)化通過商品化壓低價格，因為它需要多個研發(fā)成本低的公司進行價格競爭。

阻擋可見光、紅外輻射和熱輻射

如果一個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，他們會感覺到下手的熱量。這不是由于對流氣流，這是您將手放在平底鍋上方的感覺，因為熱量上升。您在下方感受到的熱量稱為“熱輻射”或“黑體輻射”，是通過窗戶損失能量的重要組成部分。

如果您將手放在陽光下并感到溫暖，那么大約一半來自可見光輻射，另一半來自紅外輻射。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，因為它們都是能量。閃亮的金屬表面，如鋁箔，反射可見光、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。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重力饋送系統(tǒng)實現(xiàn)。

克服房主阻力

使用隔熱罩可能無法滿足房主的美感，因為他們通常喜歡窗外景色和戶外光線。簡單的解決方案是在房間無人時自動縮回。隨后，房主不會被迫在他們的客廳里觀察閃亮的金屬面板。

自動化可以在冬天覆蓋窗戶，前提是滿足以下條件：房間無人居住，室外溫度低于所需的室溫，并且陽光沒有照在窗戶上?；蛘咴谙募緹o人居住且室外溫度高于設(shè)定值時蓋上窗戶。

被動加熱

有一種稱為“被動加熱”的技術(shù)，它需要陽光透過窗戶照射，加熱地板，然后加熱建筑物。然而，這必須與太陽落山時通過玻璃散失的熱量相抗衡，因此不受歡迎。窗戶隔熱罩可能會改變這一點，并促使建筑師重新考慮被動供暖，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)濟可行的；然而，我們確實面臨多重障礙。這包括需要機械插件模塊標(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，免費開放的BuildingBus已經(jīng)編碼，任何人都可以免費復(fù)制和修改。

綜上所述，我們需要即插即用來降低成本。好消息是開發(fā)多個標(biāo)準(zhǔn)花費很少，而且已經(jīng)做了很多工作。

審核編輯：郭婷