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能源解决方案

窗口性能的革命-第一部分

通过增加额外的玻璃层和加深空气空间,窗户的能源性能得到了早期的提高

图1 / 3
这个Marvin三窗框窗口有三个玻璃窗子,创造了两个死亡空间。
图片信用:Marvin Windows
这个Marvin三窗框窗口有三个玻璃窗子,创造了两个死亡空间。
图片信用:Marvin Windows
该图表显示了窗口中玻璃窗格之间间距的巨大影响。空气中的空气,最佳间距约为半英寸。
图像信用:randi ernst
瑞典Växjö的三层玻璃窗;自1976年以来,三层玻璃已成为该国的标准。
图片来源:Alex Wilson

我一直在过去的几周内工作在Windows上的报告 - 最新的BuildingGreen系列的绿色建筑特别报告(最后一个覆盖绝缘).这种关注提醒了我,我们对我们的窗户有多么的期待,他们做了多么了不起的工作。

首先,让我们看看窗户被期望做的所有事情:它们为我们提供了户外的视野——无论是在寒冷的冬天早晨飘起的雪花,还是仲夏的孩子在后院玩耍。它们阻挡了热量的散发,防止玻璃上凝结。它们挡着狂风暴雨。

在我们家的南侧,特别是在寒冷的气候中,窗户通常被认为可以传递有益的太阳热,帮助我们保持温暖。然而,在较温暖的气候中——通常在北方气候中,我们的房子的东西两侧——我们希望窗户能阻挡多余的阳光进入。

通常预计Windows通常会通过允许我们将新鲜空气纳入我们的家庭来提供通风 - 然而,我们还希望在关闭时密度相同的窗户以留出那些冷的冬季稿。

窗户通常需要安装屏风,以防止昆虫和其他附着物进入,以阻挡阳光或进一步减少热量损失。当发生火灾时,有些窗户还必须有出口。

所有这些,都是耐久的,持久的,低维护,有吸引力的,是的,负担得起。

窗户怎么能做到这一切?

他们通过一些巧妙的技术和设计特点来做到这一点。下面我将重点介绍几个最重要的特性。下周我将和其他人一起跟进:

透明度和光学清晰度

虽然我们1780年代的小型窗口(十二个)的窗户肯定是有吸引力的 - 而珍惜 - 它们并没有为户外玩耍。手工吹制和轧制的玻璃扭曲了视图。抛光板玻璃,也许100年前发展,提供更好的可见性,但非常昂贵。

真正的革命是在20世纪50年代的发展中发展浮玻璃将熔化的玻璃倒在熔化的锡床上。15年前,我有幸参观了托莱多的浮法玻璃厂,亲眼目睹了这一过程。像糖蜜一样的熔融玻璃缓慢地从一个500吨的熔炉中流出,大量的天然气喷射加热到熔化的锡上,然后沿着四分之一英里长移动Lehr.在那里,12英尺宽的玻璃慢慢冷却,并被切成易于处理的碎片。熔化的锡提供了镜面平滑的表面,并生产高度透明,无扭曲的玻璃;无需抛光。

玻璃中玻璃和添加剂的各种涂层影响可见光透射率。在炎热的气候中,玻璃常见于玻璃或具有遮阳性的低发射率涂层。这些防晒窗口可能会通过它们显着损害可见性 - 以及改变房屋外面的外观。在商业建筑中,有色玻璃长期占主导地位,它越来越受欢迎,用于使用超清透明的低铁玻璃提供比标准玻璃更清晰的玻璃。(我将在下周说更多关于涂料)。

多层玻璃

通过窗户减少热量损失的第一种策略是添加另一层玻璃。这是在200多年前的Storm Windows完成的。最基本的风暴窗口 - 就像我家里的那些 - 可以安装在秋天并在春天删除;今天更常见的是具有可操作的窗扇和屏幕的三轨风暴。但从20世纪40年代和50年代开始,制造商开始生产绝缘玻璃单位与玻璃的两层(在行业术语中的IGU)分离由空气。有时被称为散热物玻璃,这是商标名称Libby福特(LOF)用于20世纪50年代的美国市场时用于此类玻璃。

虽然一层厚度厚的透明玻璃绝缘至约R-1,但是通过空气空间分离的两层,使其隔热至约R-2 - 加倍绝缘体。几乎所有的绝缘值都由空气空间提供,而不是玻璃本身。即使单层玻璃上,R-1也完全从玻璃两侧的静止空气提供。LOF的早期散热玻璃有焊接玻璃边缘,所以密封非常好。安德森是这款玻璃的早期采用者,他们的许多早期热管窗户仍然在50多年后工作。

其他玻璃制造商使用垫片和有机密封剂来实现玻璃层之间的空气空间,这种方法最终胜出。如今,几乎所有的igu都是用间隔材料制成的——通常是铝通道,但有时也用不锈钢、丁基橡胶或硅酮——这些间隔材料被固定在适当的位置,并用非常耐用的密封剂密封。

在20世纪70年代,制造商尝试添加第三层玻璃,以进一步提高绝缘值。这增加了r值(玻璃中心)至约R-3。美国制造商通常遇到这种方法,因为它们增加了窗户的重量,因此他们没有充分地释放框架和硬件。随后存在问题,行业远离三层玻璃。

然而,在欧洲,三重变得非常普遍。几年前访问瑞典时,我感到惊讶,以了解自1976年以来代码有效地要求三层玻璃。您只需在瑞典看到的新窗口并没有三釉。

较厚的空间

20世纪70年代,由于要求提供隔热效果更好的窗户的压力越来越大,玻璃制造商将空气空间的厚度从四分之一英寸增加到大约半英寸。这种改变可以显著提高能源性能——在某些情况下高达40%——而不需要太多额外成本。这种好处是由于较少的热流通过气相电导率-热流通过窗户的模式之一。

有空气空间,最佳厚度约为半英寸。如果空间比那个厚,另一个传热模式 -对流- 开始增加热流。发生这种情况是因为在空中空间中的对流环形形成。找到最佳空气空间厚度意味着在气相导电性和对流之间找到平衡。

不幸的是,对较厚空气空间的需求拼写了LOF生产的焊接玻璃边缘的灭蚊器。具有较厚的空间,玻璃边缘上的应力增加,热膨胀和收缩导致破损。

下周,我们将探讨窗户性能方面的一个更重要的创新:低发射率涂料。

亚历克斯是创始人BuildingGreen公司。和执行编辑环境建设新闻.要跟上他的最新文章和思想,你可以注册他的Twitter Feed.的建筑保温产品和操作的绿色指南可从BuildingGreen获得。

17评论

  1. 威廉·罗||#1

    亚历克斯,非常富有信息的洞穴,但在垫片上的问题
    不如由硅或其他非金属材料制成的温暖边缘或超级垫片的金属间隔物不得多。

  2. 亚历克斯·威尔逊||#2

    垫片的影响
    威廉,
    确实是的。最糟糕的玻璃间隔件 - 铝通道 - 仍然是最常见的。具有薄横截面的不锈钢垫片很多优于铝(因为不锈钢的较低导电率以及较薄的部分),但是当你注意,丁基橡胶和有机硅泡沫暖边的间隔基是最好的在阻塞热损失时。

    当我们用玻璃制造窗户时,玻璃玻璃更好,那玻璃的边缘变得更加重要。

  3. 亚历克斯·威尔逊||#3

    铝垫片
    Oberon,

    谢谢你的来信。

    如果我错了,今天大多数的igu不是用铝垫片做的,我道歉;我认为铝仍然主导着市场,而其他类型的垫片(不锈钢、丁基橡胶、硅酮)并不常见。我会想办法弄清楚的。

    至于插图,我寻找一个图表,显示了空气空间厚度与透明玻璃的影响,而不是低e,但却无法找到,所以我使用了低E玻璃配置 - 但是希望读者主要关注间距的影响。

    我一直在追随真空玻璃,并在2009年写下了这一点(//m.etiketa4.com/blogs/dept/energy-solutions/vacuum-insulated-windows).我将继续关注并报告保证。

  4. 格雷格史密斯||#4

    评论
    亚历克斯,

    好博客,我喜欢读它,我期待着下一部分涂料和其他选择。

    Windows和Igu(技术绝缘玻璃单位而不是绝缘的工程中有很多创新......但是,即使在行业中,大多数人都会指的是,这是真正的挑选尼特。

    真空玻璃是一个非常有趣的技术,我打开,只是因为你说一点关于原始thermopane windows与焊接玻璃边缘,有一个很普遍的误解,认为原焊接玻璃IG单位被真空填充(或不了——我认为更有意义)。

    当然,这绝不是不是故意的,但我现在听到或阅读,然后他们是真空玻璃,并在玻璃之间插入玻璃的垫片消除了真空玻璃。

    您还提及大多数IGU的使用铝制垫片制造。你的意思是目前或你的意思是因为使用垫片的IG制作开始以来?如果你的意思是目前,那么我很奇怪那种信息来自,因为如果是这种情况,那么如果是这样的话。

    考虑到备受非议的铝垫片,有趣的是,在博客的最后,瑞典三人组的照片包括了一对铝垫片....

    该图也有趣,因为它比较了低涂层IGU的空气与气体填充物,而不是在透明玻璃IGU中。自从我怀疑可能是下一个博客的一部分,我不会进一步发表评论。

    祝你有愉快的一天!

    奥伯龙

  5. 格雷格史密斯||#5

    谢谢你亚历克斯,伟大的
    谢谢亚历克斯,伟大的信息。

    期待下一期。

  6. kfiucdc7xj.||#6

    凯克和凯克太阳能住宅
    亚历克斯,

    这可能是一个很好的后续话题,讨论Keck和Keck在20世纪30年代末/ 40年代初在芝加哥地区设计的原始太阳能住宅。这些是他们为LOF设计的示范住宅,以展示他们新的双层绝缘玻璃。对于当时的人来说,这是相当惊人的。LOF在1944年和1947年出版了《how to》一书。

    这些住宅被认为是“现代”美国的第一个太阳能住宅,不久之后,Keck在伊利诺伊州格伦维尤设计的一个分区被描述为“美国的第一个太阳能分区”。

    在Keck, LOF和Keck的开发者客户之间有一些相当惊人的通信。这些信来自威斯康辛州历史学会。

  7. GBA编辑器
  8. 彼得Talmage||#8

    薄膜作为室内玻璃
    如上所述,在涉及到Windows时,清晰度非常重要。我最近在一个项目中安装了严肃的窗户,我指出的是,当太阳在浅角度下闪耀着浅角度时,内部窗口电影前向前散发着窗户看起来明显雾化。有你或其他人见过这个吗?谢谢。

  9. 布朗温·巴里||#9

    玻璃间距
    嗨,亚历克斯,

    我很喜欢这个关于窗户的系列。谢谢你!

    你已经提出了一个问题,我已经困惑了一段时间:图表显示玻璃窗之间的最佳间距是否适用于IGU的使用温暖的边缘垫片?它没有指定用于生成数据的间隔物,我想知道这一点。窗格之间的内部对流电流是否可以以温暖的边缘垫片为单位较低,因为中心和边缘之间的温度差异较低?

    我问的原因是“那些德国人”倾向于建造一个更厚的IGU,即使是2窗格的窗户。我所见过的典型的双窗格玻璃,包括玻璃厚度在内,总体只有不到一英寸(24毫米)。他们声称2-窗格玻璃的u值是0.19 BTU/hrft2F——通常比我们当地的c-o-g值好。这可能是由于在获取这些u值方面的测试协议不同,但也许您可以透露更多的信息?我很想知道。

  10. 亚历克斯·威尔逊||#10

    玻璃之间的间距
    布朗瓦恩,
    看到我的博客明天会去 - 在天然气填充物上。我解决了为什么德国间距更宽。这完全是关于窗户被测试的温度。德国人在窗口上呈现较低的Delta-T。在较低的delta-t上,发生了较少的对流,因此厚度的间距是合理的。在美国的绝大多数时间(和地点)在美国。同样的论点保持了真实。一个更厚的间距是有道理的。

  11. Thomas Nedelsky.||#11

    潜在玻璃最佳间隔尺寸
    如果t是30华氏度,内部空气到外部空气,什么是最佳的空气空间?

  12. 杰夫·蒂斯||#12

    对流当前的休息
    我正在通过添加双层玻璃蒙莱莱尔“Storms”来升级我的太阳能收集器。框架是木头。在房子里,这些是1/2“厚并安装在内部。工作良好。

    外面我有一个太阳能热空气的垂直200 sf,以及太阳能热水的倾斜80sf。

    我的问题是,我是否应该添加十字支撑,比如墙上的防火屏障?什么距离?

    对于倾斜的玻璃窗而不是最佳间距不会更大?

    请注意,聚酯(聚酯薄膜)需要紫外线防护,这里它是由Sun Tuf外玻璃上的紫外线屏障提供的

  13. GBA编辑器
    马丁·霍洛拉||# 13

    回应杰夫五帝
    杰夫,
    大多数太阳能收集器使用单层玻璃,而不是双层玻璃窗。虽然第二层玻璃窗有助于在晚上和多云的天气期间保持热量,但它会降低太阳能增益。大多数能量计算表明,单层玻璃窗会导致更多的热量收集和比双层玻璃更好的性能。

    但是,您的系统是不寻常的,并且在任何情况下都不太可能具有成本效益。拥有如此大面积的太阳能收集器,您可能有除热性能以外的原因,以追求双层玻璃的想法。

    无论您的自制木制框架太阳能收集器是否需要交叉括号都是比热性能问题更具结构性问题,在我看来。有许多变量导致我相信您的Mylar层将减少而不是提高系统的热性能,因此与更多基本设计相比,这两层玻璃玻璃之间的对流环路问题似乎是一个小问题问题。

  14. 埃里克希夫||#14

    热孔窗户的消亡
    我认为这一系列的短文很有价值。你说了一个我想详细解释的历史观点。这就是焊接玻璃边结构的热莫帕烷窗消失了,因为它的u因子低于窗格间间隔较厚的单元。后者采用了基于粘合剂和密封剂的替代密封系统,目前占据市场主导地位。

    我只是想问你知不知道上世纪七八十年代关于Thermopane及其技术衰落的文献。它不仅具有历史意义,因为许多建筑业主现在正面临着失败的有机密封igu的更换。根据我有限的经验,Thermopane的使用寿命比当时的igu更长,这与文章最后的评论是一致的。

    谢谢你,埃里克

  15. 亚历克斯·威尔逊||# 15

    焊接边缘Igus
    Eric,在某种程度上,焊接边缘从市场上消失了一个真正的虚拟。我对此了解了很多,因为我帮助为一名经营计划为一个要购买LOF拥有的最后一次焊接的IGU工厂 - 回到20世纪80年代后期或早期的90年代。这个窗台制造商已经获得了LOF来制造LOW-E,氪填充的IGU。随着Krypton Gas-Fill,最佳玻璃分离比空气或氩气更薄,因此非常合适。他正在使用这些Igus作为历史窗口的替代板;Igus足够薄,他可以修改窗扇,从单釉面转换为双层玻璃。就在他把整个手术转换为这些IGU之后,LOF让他知道他们正在关闭工厂,他追求购买它。

    在新英格兰冷静后,潜在的买家用很低的气温破裂了他用这些Lof Igus制作的一些更换窗户。因此,可能的情况是,低e的使用影响了玻璃温度,使其能够易于破损(差异膨胀) - 并且该技术的损失并不那么糟糕。我相信欧洲或日本还有一家仍然使用焊接玻璃技术的制造商。

    请注意,与有机密封相比,焊接边igu从一点到制造点到安装点的标高变化可能会导致问题——导致凸或凹的情况。有机密封,可以解决的问题,与单独的膀胱充满低导电性气体和填充管卷曲,切割,并塞进密封后,窗户安装-虽然Alpen窗户是唯一的公司,我知道这是这样做的。而焊接的igu就不可能了。

  16. 埃里克希夫||# 16

    焊接边缘IGU
    谢谢,亚历克斯,为那种快速而且非常注释 - 回复!

    一个纯粹的历史问题,你可能能够回答。到20世纪80年代,是用焊接玻璃边缘制成的热罐吗?我认为原版,20世纪40年代产品使用了玻璃到金属密封和焊接。密封技术在某些引用中解释为三类:将图4页面视为本文档:http://www.interpane.com/medien/service/kap4_englisch.pdf.

  17. 亚历克斯·威尔逊||# 17

    焊接边缘IGU
    埃里克,

    这摘自“绝缘玻璃”上市的维基百科上市表明原始热冈(TM)Igus焊接玻璃边缘,而不是玻璃 - 金属密封;与我自己的理解相匹配。我不知道LOF是否使用商品名热OPOMOOPATO参考他们的IGU,以便在后期没有焊接玻璃边缘。

    我不熟悉PDF中描述的“焊接边缘”IGU,您发送了链接。我想知道这是否是欧洲使用的技术。

    亚历克斯

    http://en.wikipedia.org/wiki/insoused_glazing.
    保温玻璃单元是由两块玻璃结合在一起形成一个单元,在玻璃边缘之间有一个密封条,由Thomas Stetson于1865年在美国申请了专利20世纪30年代,它被开发成一种商业产品,当时申请了几项专利,利比-欧文斯-福特玻璃公司在1944年宣布了一种产品他们的产品是在1941年注册为商标的ThermopaneTM品牌下销售的。Thermopane技术与现代igu有很大的不同。两块玻璃通过玻璃密封件焊接在一起,两块玻璃之间的距离小于0.5英寸(1.3厘米),这是典型的现代单位品牌名称Thermopane已经作为IGU的通用商标进入了玻璃行业的词汇。[引文需要]

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