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。本文探討了新標準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：

· 有一種標準方式可以將真空吸塵器連接到客廳墻壁（例如 110 VAC 插座），也可以采用標準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準方法。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，那么買家會認為它的價值較低。資助和控制建筑物建設的開發(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)建設備需要可靠的通信和電源標準

將窗戶隔熱罩電氣連接到建筑物的標準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)設備可能包括：窗戶熱蓋、LED 燈座、壁燈開關、煙霧探測器、溫度傳感器、恒溫器、占用傳感器、暖通空調(diào)管道中的電動風門和電動水散熱器閥門?？梢栽谒性O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準

標準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、機械裝置和電子設備。標準機構(gòu)可以為這些插件模塊建立標準尺寸。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。機械標準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。

有關自由開放式設計的示例，請參閱“建議的窗戶隔熱罩標準”。更多詳細信息，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強度的風，并且必須在高風壓下密封氣流?；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。

機械標準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。或者在夏季無人居住且室外溫度高于設定值時蓋上窗戶。

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準化、電氣接口電纜標準化和軟件標準化。最難的部分是構(gòu)建設備的通用軟件；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)多個標準花費很少，而且已經(jīng)做了很多工作。

審核編輯：郭婷