需要标准来热覆盖窗户

时不时会发生变革性创新，对我们的做事方式产生重大影响。一个例子是 LED 灯泡取代了白炽灯泡并导致能耗下降了七倍。在这发生之前，没有人能想象这会发生，但它确实发生了。

大约25% 到 30%的住宅供暖/制冷能源消耗是由于物理墙窗造成的损失，而且我们还没有看到窗户上的转型事件。本文探讨了新标准如何潜在地改变这一点。

窗式隔热罩

普通美国家庭的平均墙体绝缘为 R16（绝缘量）。典型的窗户具有 R3 的绝缘材料（绝缘材料的五分之一）。在理论上，人们可以热转一个窗口到墙壁以5厘米厚的（2英寸厚）热盖（图1中的淡蓝色）嵌入壁的是在窗自动幻灯片时室内无R3 窗口被占用并热移动到 R16 墙。

墙壁的俯视图如下图 所示。窗户（深蓝色）通过金属板（红色）连接到木框架（棕色）。热盖组件（绿色）压在干墙（紫色）上，而传统的绝缘材料（紫色）位于组件和外部护套之间。木匠通过填缝剂（黄色）密封组件，以阻止来自内壁的气流。木匠还在组件和窗口之间安装填充窗口套管（橙色），其中套管厚度由最终壁厚决定。最终的壁厚取决于建筑要求（例如保温层的数量）。

图 ：嵌入墙壁的隔热罩的俯视图

为什么这不存在？

墙壁内的可移动嵌入式面板并不新鲜。但是，由于以下几个原因，我们看不到它们：

·      有一种标准方式可以将真空吸尘器连接到客厅墙壁（例如 110 VAC 插座），也可以采用标准方式将计算机连接到路由器（例如以太网）。但是，没有将窗户隔热罩电气连接到建筑物的标准方法。由于各种原因，多种专有方法的成本很高。

·      电机和滑动机构等机械部件通常每 10 到 30 年就会出现故障并需要更换；然而，一座建筑可能会持续 100 年。制造商不太可能在 100 年内制造产品。随后，随着时间的推移，可能无法获得专有系统的更换部件。如果正在出售的建筑物有一半的起居室隔热罩不工作且未固定，那么买家会认为它的价值较低。资助和控制建筑物建设的开发商知道这一点。因此，他们不会将专有小工具嵌入会定期出现故障的墙壁中。

·      如果想要大规模采用，那么人们会希望从减少的能源损失中节省下来的钱来在合理的时间内支付隔热罩的费用。由于价格高，专有产品往往无法满足这一要求，尤其是在销量较低的情况下。

构建设备需要可靠的通信和电源标准

将窗户隔热罩电气连接到建筑物的标准方法将有助于解决上面列出的第一个问题。例如，可以使用 48 VDC 电源和一根数据线连接多个设备，如“使用处理器和软件使建筑物更智能”中所述。

联网设备可能包括：窗户热盖、LED 灯座、壁灯开关、烟雾探测器、温度传感器、恒温器、占用传感器、暖通空调管道中的电动风门和电动水散热器阀门。可以在所有设备上放置相同的操作系统 (OS) 以促进互操作性。执行此操作的一个免费开放操作系统示例是BuildingBus。自由和开放很重要，因为公司和国家拒绝相互依赖。

可更换的窗户热盖模块需要机械标准

标准化的插件模块将有助于解决上面列出的第二个问题。先前所示的设计在墙壁中嵌入了一个可拆卸的插件模块，其中包含一个可移动的热盖、电机、机械装置和电子设备。标准机构可以为这些插件模块建立标准尺寸。例如，尺寸可能为 36 × 32 × 3 英寸、48 × 32 × 3 英寸和 60 × 32 × 3 英寸。然后建筑师可以选择与常见的窗户尺寸配对。机械标准化的美妙之处在于它同时解决了上面列出的第二和第三个问题。缺点是它促使建筑师考虑较少的窗口大小选项。

有关自由开放式设计的示例，请参阅“建议的窗户隔热罩标准”。更多详细信息，请参见“窗式热盖研发”。

怎样才能在经济上完成这项工作？

为了获得大规模采用，人们希望在一段合理的时间内通过节省能源来支付零件和劳动力成本。这有点复杂，因为能源成本因地区和时间而异。

如果我们查看窗户隔热罩内的材料数量，我们会发现它比典型窗户少得多，因为典型窗户需要抵抗飓风强度的风，并且必须在高风压下密封气流。或者，内盖可由轻质材料制成，几乎不需用力。在内部，热盖包含类似聚苯乙烯泡沫塑料的绝缘材料，所有四个侧面都用类似于窗户的垫圈密封，并且在两侧包括反射辐射的闪亮金属表面。 

机械标准化通过商品化压低价格，因为它需要多个研发成本低的公司进行价格竞争。

阻挡可见光、红外辐射和热辐射

如果一个人把煎锅放在炉子上，加热它，用一只手把它举在空中，另一只手放在离锅底 5 英寸远的地方，他们会感觉到下手的热量。这不是由于对流气流，这是您将手放在平底锅上方的感觉，因为热量上升。您在下方感受到的热量称为“热辐射”或“黑体辐射”，是通过窗户损失能量的重要组成部分。

如果您将手放在阳光下并感到温暖，那么大约一半来自可见光辐射，另一半来自红外辐射。这些是相似的，但它们的频率不同。

如果您将手放在篝火前并感到温暖，则主要是感受到红外线辐射。 

热盖的作用是阻挡所有这三个，因为它们都是能量。闪亮的金属表面，如铝箔，反射可见光、红外线和热辐射。人们希望在外部和内部热盖表面上都有闪亮的金属，以最大限度地减少能量损失。

聚苯乙烯泡沫塑料类绝缘材料每英寸厚度具有 ~R6 绝缘材料，典型的窗户总共具有 ~R3 绝缘材料。如果您希望您的有盖窗户与 R16 的普通美国墙相同，则您的隔热罩需要约 2 英寸厚（2 × 6 + 3 = 15）。

或者，人们可能会考虑在窗户上方并嵌入墙壁中的卷盖。这可以像卷帘一样在窗户上向下移动。然而，它只能支撑薄的材料，并且边缘处的密封气流可能难以通过重力馈送系统实现。

克服房主阻力

使用隔热罩可能无法满足房主的美感，因为他们通常喜欢窗外景色和户外光线。简单的解决方案是在房间无人时自动缩回。随后，房主不会被迫在他们的客厅里观察闪亮的金属面板。

自动化可以在冬天覆盖窗户，前提是满足以下条件：房间无人居住，室外温度低于所需的室温，并且阳光没有照在窗户上。或者在夏季无人居住且室外温度高于设定值时盖上窗户。

被动加热

有一种称为“被动加热”的技术，它需要阳光透过窗户照射，加热地板，然后加热建筑物。然而，这必须与太阳落山时通过玻璃散失的热量相抗衡，因此不受欢迎。窗户隔热罩可能会改变这一点，并促使建筑师重新考虑被动供暖，尤其是在有利于这种技术的气候中。

结论

从理论上讲，新建筑中的窗户隔热罩应该是经济可行的；然而，我们确实面临多重障碍。这包括需要机械插件模块标准化、电气接口电缆标准化和软件标准化。最难的部分是构建设备的通用软件；但是，免费开放的BuildingBus已经编码，任何人都可以免费复制和修改。

综上所述，我们需要即插即用来降低成本。好消息是开发多个标准花费很少，而且已经做了很多工作。

审核编辑：郭婷