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研究人員開發新型三層玻璃窗 是節約能源、降低噪音的低成本選擇

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  我們知道三層玻璃窗可以節約能源,減少噪音,并降低家庭能源費用:現在它們的價格變得更便宜了。這是美國能源部西北太平洋國家實驗室(PNNL)與公共和私人合作伙伴聯盟合作進行的一系列研究發出的信息。PNNL的研究經濟學家和正在進行的三層玻璃窗實地驗證研究的項目經理Kate Cort說:“更低的成本、更多的可用性以及減少碳排放的動力正在把我們推向一個轉折點,在那里三層玻璃窗開始具有很大的經濟意義。”
  一個家庭的窗戶會浪費大量的能源,這已經不是什么秘密了。即使是最新款的雙層窗戶也會大大增加家庭的能源使用和成本。對于一個新家來說,窗戶通常占外部表面積的8%,但卻要對一半的熱量損失或增加負責。這種被動的能量損失使窗戶成為家庭供暖和制冷成本的主要因素。
  同時,自1989年左右推出第一個原型以來,三層玻璃窗的能源和成本節約的證據已經慢慢形成。以前的研究表明,三層玻璃窗比行業標準的雙層玻璃窗更節能,但由于成本和供應問題,市場的采用一直很緩慢。
  Cort說,這些缺點即將改變。新一代的薄型三層玻璃窗價格較低,可以更容易地改造成現有的雙層玻璃框架。顧名思義,三層玻璃窗有三塊玻璃,形成一個雙層夾層,里面充滿了惰性氣體,如氪氣,提供額外的絕緣能力。這些新一代的窗戶利用了先進的玻璃制造技術所提供的規模經濟優勢,該技術生產的電視和電腦屏幕薄而耐用。

 

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  在過去的三年里,Cort和她的同事們系統地評估了能源節約和經濟因素,這些因素將決定它們多快被建筑商接受。這項工作得到了美國能源部建筑技術辦公室和邦納維爾電力管理局的支持。
  現在,國家公用事業監管機構開始注意到了這一點。最近,密歇根州利用PNNL對三層玻璃窗的實地研究數據,將其納入該州的技術資源手冊,列出了有資格獲得公用事業激勵和退稅的核定節能措施。
  新的能源標準產生了緊迫性
  Cort、PNNL研究人員Edward Louie和Lawrence Berkeley國家實驗室的Robert Hart最近領導的另一項研究表明,對于新的房屋建筑,三層玻璃窗可以幫助建筑商在經濟上滿足更嚴格的2021年新房屋能源規范。他們發表在2022年3月的《ASHRAE》雜志上的研究表明,當住宅建筑商將新住宅的窗戶從雙層玻璃升級為三層玻璃時,窗戶的能源效率性能可以提高40%或更多。這種額外的性能提高了整個房屋外部的總絕緣價值,通常被稱為建筑圍護結構。
  “我們的研究表明,提高窗戶的能源效率為建筑商提供了更多的設計靈活性,并能夠在滿足規范的前提下,對圍護結構的其他部分進行折衷,如外墻保溫,”Cort說。總體效果是為建筑商提供更多的選擇,更好地保證符合建筑規范,同時提高房主的舒適度。
  Cort表示,建筑商在采用新的房屋建筑技術方面發揮著關鍵作用。2020年,她和她的同事們采訪了29位參加過能源部零能耗住宅項目的住宅建筑商。他們要求建筑商解釋他們在2018至2019年建筑季節選擇窗戶的決策過程。這些建筑商中有41%的人在他們所有的新房中使用了三層玻璃窗,另有28%的人在他們的大部分或部分房屋中使用了三層玻璃窗。對于那些沒有使用三層玻璃窗的人,最大的因素是成本。
  “雙層玻璃窗和三層玻璃窗之間的價格差異一直是建筑商的一個痛點,”Cort指出。但她補充說,現在對于一個2400平方英尺的木結構房屋來說,三層玻璃窗增加的材料成本大約是700到2400美元。這與在同一住宅中多加一英寸的剛性墻體保溫材料的成本差不多。
  一些建筑商還表示,定制安裝三層玻璃窗的間接成本也影響了他們的選擇,因為三層玻璃窗可能比類似尺寸的雙層玻璃窗重25%到50%。
  Cort表示:“大多數建筑商并不熟悉更薄、更輕的新型三層玻璃窗技術。但調查顯示,如果成本和可用性使其實用,大多數人愿意嘗試。”
  Cort團隊采訪的一些建筑商指出,消費者喜歡三層玻璃窗的舒適和安靜。最近的一項研究證實,安裝薄的三層玻璃窗與安裝雙層金屬框架窗的家庭相比,平均減少了8-10分貝的聲音滲入,這大約相當于減少了一半的感知噪音水平。
  “當有人進入房子,你關上了門,就像進入了一輛奔馳或寶馬車,”西雅圖的一位建筑商說。“它是如此堅實和安靜。我們正在西雅圖波音場機場旁邊建造房屋。飛機就在頭頂上飛過,離得很近,你可以從房子里清楚地看到它們,而里面是如此安靜,你聽不到它們的聲音。”
  Cort說,當有新的房屋建筑方法時,建筑商需要保證材料在需要時可以獲得,在使用時可以保持,并實現承諾的改進。
  為了幫助滿足這些期望,PNNL已經與美國能源部、勞倫斯伯克利國家實驗室和西北能源效率聯盟聯合發起了先進窗戶解決方案伙伴關系。在美國能源部的支持下,這個公私合營企業正在與建筑商、公用事業部門和制造商合作,以推動需求,并擴大具有成本效益的“插入式”三層薄窗設計和其他高性能窗戶解決方案的生產。
  PNNL團隊最近在其實驗室之家比較了這些窗戶的能源效率性能,這是兩棟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,研究人員記錄了整個住宅的能源使用和溫度。在兩個為期10周的評估期間,窗戶為1500平方英尺的結構平均節省了12%的取暖費用和28%的制冷費用。此外,在夏季和冬季的測試期間,裝有三層玻璃窗的住宅減少了室外噪音,并在整個住宅內保持了更舒適和均勻的溫度。
  研究小組現在正在全美范圍內的10個地方對這種窗戶進行實地測試,從華盛頓州帕斯科的人造房屋到紐約州的一個凈空公寓樓,在這些實地示范項目中,與標準的ENERGY STAR®窗戶相比,每平方英尺的增量成本為6美元或更少。在過去的一年里,研究人員已經開發了多個版本的薄玻璃三層窗單元,并通過了美國國家門窗評定委員會的認證,而且已經提供給建筑商。

 

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