图片来源:Stephen Thwaites, Thermotech Fiberglass Fenestration
一个能源迷的更多思考
2015年3月18日更新
人们普遍认为窗户是“能量洞”，这是一个不好的说法。由于今天的高太阳能增益三层玻璃窗聚集的热量比散失的热量多，好的窗户比隔热墙的性能更好。毕竟，墙壁只会损失能量，而窗户可以在白天获得能量，以平衡晚上损失的能量。
加拿大的窗口评级系统
在加拿大，窗户是根据ER(能源等级)方法进行评级的。对于那些生活在寒冷气候地区的人来说，加拿大的ER系统可以说是一种比美国使用的任何系统都更容易理解的窗户评级方法，在美国，NFRC窗户标签会引起相当多的头痛。
根据加拿大自然资源部的一份文件，解释了最初的ER评级系统，“一个窗口的ER评级是其质量的衡量标准整体性能，基于三个因素:1)太阳能热增益;2)通过框架、垫片和玻璃的热损失;3)漏风热损失。这个数字以每平方米瓦数为单位，根据供暖季节的热量增加或减少，是正的还是负的。”
在最初的ER评级系统下，负ER的窗户是“能量洞”，而正ER的窗户就像加热器。设计糟糕的窗户的ER评级低至-25，而性能最好的三层玻璃窗的ER评级约为+1(可操作窗户)或+8(固定窗户)。
窗户制造商很不高兴地发现，他们生产的许多窗户最终都被评为负面评级。加拿大当局决定通过建立一种等级膨胀来回应制造商的投诉:在每个窗口的旧ER分数上简单地增加40分。一笔一挥，-10变成了30,1变成了41。
朝南的窗户产生最多的能量
考虑一个1平方米的固定窗户，配备最好的三层玻璃……
每周时事通讯
在您的收件箱中获取建筑科学和能源效率建议，以及特别优惠。
32个评论
冷Climatist
马丁,
我怀疑只有一个非常狭窄的气候区(或附近)，你的“底线”在4个季节里是有意义的。
卡尔是对的……我相信你可能有北部和非城市的隧道视野。
隧道视野?
约翰,
在我的博客中，我多次明确表示我是在解决寒冷气候下的窗户规格问题。我不认为报道寒冷气候问题代表狭隘的眼光。
我对热气候设计和热气候窗规格的看法可以在之前的博客中找到。“炎热气候设计”。
提醒那些气候炎热的读者:美国人在住宅供暖上消耗的能源是住宅空调的六倍。
气候区
约翰,
为了评估采暖季节窗户的性能，能量损失从收益中减去。我在这篇文章中提供了一些来自缅因州、安大略省、蒙大拿州和英国伦敦的数据。
对于任何比这些气候更温暖或阳光更充足的气候，供暖季节窗户的能源性能将比缅因州、安大略省和蒙大拿州报告的能源性能更好，而不是更差。
笑脸
马丁,
我应该在评论旁边画个笑脸。
许多气候不止一个季节;-)
只是鼓励你去更多的博客寻找更多的气候和季节。
就当我被激怒了
约翰,
谢谢你的鼓励。我会尽量在佛蒙特州的故事和德克萨斯州的故事之间保持更好的平衡。
来自一个玻璃爱好者的感谢!
谢谢你提醒我，玻璃是一种可以有多种特性的材料，设计应该是区域性的。遗憾的是，许多房屋都是用最糟糕的模块化和特定场地设计建造的:复制不合适的风格和功能，然后修改计划，以便任何房屋都可以放置在任何方向，而不是考虑太阳能和其他因素。安妮·艾略特·梅里卡，RA IntegratedFraming.com
澄清
马丁,
在这篇文章中，你说“美国人在住宅供暖上消耗的能源是住宅空调的六倍”，在热气候设计的文章中，你说“美国人在住宅供暖上的花费是在制冷上的两倍”。
你能解释一下吗?
比墙壁性能更好的窗户
马丁,
你引用了达里什·阿拉斯特几十年前的评论。那时，我们还没有现在市场上的一些LowE产品。如果我让你选择，你会选择什么?玻璃中心r值为8.8且冬季北太阳增益非常有限的产品，还是r值为11.6且冬季北太阳增益有限的1/3的产品?这些都是我们目前所面临的选择，采用了今天的LowE技术(与Cardinal 366玻璃相比，LOF具有能源优势)。我认为我们必须回到模拟程序中重新评估。我不反对我们可以在南方获得更高的收益，因为高太阳能增益玻璃，但对于所有的夜晚和许多冬天，游戏正在减缓热量损失，并且具有高r值的窗户可以超过某些方向的收益。
加热与冷却成本
詹姆斯,
这两种说法都是正确的，尽管这个博客中的说法比“炎热气候设计”文章中的说法更准确一些。
这两个陈述看起来不同，因为一个是指能源使用(kWh或BTU)，而另一个是指成本(美元)。
本博客中的声明是基于美国能源信息署的2001年住宅能源消费调查。该调查报告称，美国家庭平均每年使用2263千瓦时的电力用于空调;相当于7723393 BTU。据报道，住宅供暖的平均能源使用量为4490万BTU。这意味着空调现场能耗仅为采暖能耗的17.2%。这就是我6比1的结论。
当然，当把BTU换算成美元时，这一比例会缩小，因为每BTU电力的成本高于天然气或石油。
2006年11月，我为能源设计更新，我把这些能源数据换算成美元。当然，能源成本一直在变化。以每千瓦时12美分的电费和每ccf 1.36美元的天然气电费计算，我计算出使用天然气的普通家庭每年的取暖费用为610美元，而使用空调的平均费用为271美元。这两个数字说明了“美国人在住宅供暖上的花费大约是制冷的两倍。”
Arasteh的U-factors
罗斯,
在他1993年的论文中，Arasteh讨论了“高度绝缘的窗户……r值大于6 "假设他没有把窗户和玻璃弄混，那么他似乎是在讨论全窗u系数小于等于0.166的窗户。这个u系数相当不错。很少有建筑商会购买u系数更低的窗户。热科技公司三层玻璃开窗的最低可用u系数为0.17。
当然，你可以用多个塑料薄膜进行热镜上光，从而获得较低的u系数。但这些窗户的VT评级很低，对大多数房主来说都是灰色或有颜色的。
超级窗户
很棒的文章，马丁
要是我们在超级隔热革命开始的时候就有这样的窗户就好了，这些房子里的一个弱热区域。如果使用合适的窗户、位置和尺寸，可以获得净太阳能，那么在寒冷的气候下，每平方英尺的玻璃面积百分比是否合理?
在一个非常紧密和隔热良好的建筑中，由于太多朝南的玻璃而导致的过热是一个设计挑战。大多数新房，即使是超级隔热的，都是轻质建筑，干墙、木材和家具是主要的储热介质。我的研究表明，轻型住宅的储热量约为每平方英尺每华氏度6英热单位，每次充放电周期约为8小时。考虑到这一点和太阳能f图，人们应该能够在给定的位置为新房或现房适当大小的窗户。对于现有住宅进行极端的能源改造，必须仔细注意窗户的大小，朝向和热质量，以获得适当的舒适度。
比较KWH和BTU的消耗
马丁,
在不考虑传输损耗的情况下将KWH转换为BTU真的公平吗?
美国人不是真的在消耗发电厂消耗的btu吗?
电费更贵的原因是因为它消耗更多....对吧?
场地能量和源能量
约翰,
我通常会说明我是在讨论场地能量还是源能量;例如，在我最近的博客“房屋与汽车”中，我写道:“用于空间供暖、热水和电器的能源消耗平均为每户97,734,040 Btu(现场能源)。”然而，在我12月11日对你的评论的回应中，我确实提到了2001年住宅能源消耗调查数据，但没有具体说明能源是现场能源而不是源能源。有时候，当我匆匆回复一篇博客时，我不会包括所有在更正式的写作中可能需要的星号和括号解释。
正如大多数人所知，在燃料发电厂产生1千瓦时的电力需要超过1千瓦时的化石燃料。当然，有些电是在水力发电设施中产生的，有些是由风力涡轮机产生的;有了这些来源，网站和来源的问题就无关紧要了。
你对传输损失的担心有些不合时宜。传输损耗约占发电输入能量的2%。大多数专家认为，化石燃料发电厂将化石燃料约1/3的能量转化为电能，而约2/3变成废热。
有关更多信息，请参见:
http://www.eia.doe.gov/emeu/mecs/mecs94/ei/elec.html
将千瓦时的电力转换为Btu并不是一个微不足道的问题，因为产生千瓦时电力所需的输入能量远远大于千瓦时在其使用点上的有用能量。因此，从千瓦时到英热的有意义的用电量转换可以通过以下方式给出:
*现场(使用点)电力，通用值为3,412 Btu/kWh。这个值对工程师、能源经理和其他试图评估能源效率的人很有用。
*初级电力，其价值反映了用于发电的能源投入的含量。这一比率对考虑全球资源和环境问题的政策制定者和分析人士最有用。
为了方便和一致性，传统上使用一个系数将使用点电力转换为一次电力:1985年为10,447 Btu/kWh, 1988年为10,324 Btu/kWh, 1991年为10,352 Btu/kWh, 1994年为10,280 Btu/kWh。这些因素代表了美国化石燃料发电厂各自年度发电过程的平均能量输入，详见EIA的月度能源审查(DOE/EIA-0035(95/03))。然而，读者应该明白，电力估计范围的真实转换值是未知的。将单一值应用于本报告的电力估计范围，只能提供一次电力的粗略近似值，因为:
*对于某些类型的公用事业能源投入-水电，木材/废物，风能和太阳能(热或光伏)，没有普遍接受的转换率。
*化石燃料、核能和地热发电过程有已知但不同的转换率，因此这些能源的总体转换率是它们混合的函数。
经验法则
道格,
你问:“每平方米的玻璃面积是否有百分比?”对于寒冷的气候来说，这说得通吗?”
一句话，不。有时候，计算是无可替代的。
两栋房子都有2000平方英尺。但是要非常不同——不同的朝向，不同的围护结构表面积，以及不同的开窗朝向。
不过，也有人提出了一些经验法则。大多数是指南侧玻璃面积占建筑面积的百分比。然而，围绕这些经验法则有许多警告;SHGC为0.33的玻璃传热明显少于SHGC为0.65的玻璃。
即使是在上世纪七八十年代，玻璃的选择还比较少，经验法则也无处不在。我一度养成了收集这些经验法则的爱好。有些是非常好的经验法则，有些则是荒谬的。
例如:
绿色建筑:项目规划与成本估算[R.S.意思是:“[直接增益空间]所需的窗户面积在温带气候下占建筑面积的10-20%，在寒冷气候下占20-30%。”
____________________________________________________
SBIC的绿色建筑指南:“如果房子没有额外的内部质量(除了家具、干墙、建筑等提供的典型数量)，南向玻璃的最大允许面积约为完工面积的7%。”
_____________________________________________________
可持续建筑工业委员会(SBIC)建议以下数量的非南玻璃:北4%，东4%，西2%的总建筑面积。根据日照房屋的标准规定，南墙的玻璃净量不应超过房屋总建筑面积的7%。如果增加更多的窗户面积，将需要额外的热质量，以避免在晴朗的冬天过热。
_____________________________________________________
房主Lenny Gibson:“我将玻璃面积调整到楼面面积的6%到7%。早期的指导方针是10%，但事实证明这个比例太高了。”
_____________________________________________________
Daniel Chiras，太阳能屋:“在直接获得被动式太阳能房屋中，太阳能玻璃应该占总建筑面积的7%到12%。”
_____________________________________________________
http://www.lrc.state.ky.us/kar/115/002/020.htm
肯塔基州法规:“主动太阳能、被动太阳能、风能和地热能系统的所得税抵免”:“如果被动太阳能玻璃面积与直接增益空间的面积之比不超过16%，则不需要额外的存储空间，超出正常的家居装饰和墙壁饰面。”
_____________________________________________________
黛布拉·洛克·科尔曼的《阳光启发的房子》:
“在房子的南墙上放置最少5%和最多12%的玻璃(房子的调节面积)……如果南侧玻璃超过楼面面积的7%，安装吸热材料……(热质量)”。
_____________________________________________________
加拿大:
http://www.newenergy.org/sesci/publications/pamphlets/passive.html
“为了让阳光照射进来，建议南墙的窗户面积与建筑面积的比例约为8%。”
_____________________________________________________
Alison Kwok和Walter Grondzik的《绿色工作室手册》:
[这听起来太高了]“对于寒冷到温带的气候，使用太阳能玻璃的比例在0.2到0.4平方英尺之间，每平方英尺的加热地板面积适当的玻璃孔径。在温和到温带气候下，每平方英尺的加热地板面积使用0.10到0.20平方英尺的类似孔径。”
______________________________________________
SBIC的绿色建筑指南:“经验法则是，热质量应该是直接增益，朝南玻璃面积的六倍左右. ...对于大多数热质量材料，它们的能量效率增加到约4英寸的厚度。厚度超过4英寸的材料通常无法迅速吸收和释放热量，因此不值得额外投资。”
＿＿＿＿＿＿＿
Alison Kwok和Walter Grondzik的绿色工作室手册:“一般规则是提供4-6英寸厚的混凝土质量，大约是太阳能玻璃面积的3倍。这假定质量直接受到太阳辐射的照射。对于只接收反射辐射的质量，一般建议使用6:1的比例。”
能源等级在加拿大很少使用
嗨,马丁,
NRCan对窗口进行评级的ER方法是对窗口进行评级的一种明智而直接的方法。这就是2004年我第一次看到急诊室时对它的看法，当时我正在为装修选择窗户。
我住在加拿大的国家首都地区，所以对NRCan和CMHC这些年来发展起来的各种进步项目有更多的了解，只是因为离得近。随着R2000和它的商业表亲C2000, ER评级方法走在了时代的前面;因为错误的原因。主要是因为我们在加拿大，就像在美国一样，没有强制要求按照更高的能源效率标准建造房屋，而是由市场来决定。实际上是建筑商决定的。因此，ER和R2000成为了不错但很少使用的创新。
不幸的是，能源评级方法作为一种有用的消费者工具几乎毫无意义，即使在加拿大自然资源部所在地也是如此。在渥太华，几乎所有的橱窗零售商的橱窗都只显示NFRC的标签。为什么?因为显示他们窗户的急诊等级可能会很尴尬。它肯定不是正数。
快进到2006-2007年，我和妻子计划给我们的房子增建，我又开始找窗户，做研究。我听说了被动式房屋的概念，我的谷歌搜索把我带到了文章关于卡特琳·克林根伯格被动式房屋的文章，作者是一位“能源宅”，他为一家名为《能源设计更新》的冷门杂志撰稿。我想，对于被动式房屋来说，足够好的窗户可能非常好，我在谷歌上搜索了她使用的窗户，结果发现Thermotech的窗户几乎是在我的后院制造的。
我认为我不会因为ER评级方法而遇到Thermotech。我在周边找了很久才偶然发现它们。如果EDU早在2004年我装修的时候就上线了就好了。我可能不会被困在双层玻璃双吊窗在我的房子原来的部分。
荒谬的事情，我想这种荒谬的事情对你来说太熟悉了，马丁，是加拿大联邦政府，NRCan本身，为更换符合“能源之星”标准的窗户提供补贴，而它本可以使用它开发的更有效，更有意义的ER评级方法，来提高人们对窗户能效的认识。
希望当人们要求更好的窗户时，制造商和政府将开始使用ER评级作为向消费者传达窗户能效的标准方式。
最后，感谢你在很久以前写的那篇被动式房屋文章。
欢呼,
安德鲁
不是能量洞的窗户
我为我的新书《零净住宅》(《无能源》-绿色建筑出版社)所做的一些分析也表明，当你更换R-5或更高的窗户时，更换窗户可能是一个有吸引力的回报项目，例如，加拿大三窗格或Serious windows(我作为顾问，为了充分披露)。这在过去通常是不正确的，当你能做的最好的是用~R-2替换到R-3。这些高性能窗户可以改变家庭改造经济的游戏规则。
翻新窗户的回报?
安,
我很想知道你的回报计划。作为一个在2008年花了3002美元买了两个Thermotech窗户的人——这只是窗户的价格，不包括其他材料或安装人工——很难以一种产生经济回报的方式来处理这些数字。(诚然，每个窗户都是一个组合单元，包括两个可操作的窗户。但这些窗户可不便宜。)
我知道这些窗户可以节省能源，但我只能为家里的一个房间买得起这些漂亮的窗户。即使我用丙烷给房子供暖(实际上我自己砍柴)，也要过几十年才能看到我在两扇新窗户上的投资获得经济回报。
高效的窗户
我可以在讨论中补充以下因素。首先，在我们的地区(蒙大拿州)，眩光和隐私问题经常超过太阳能增益，导致大部分时间都拉着窗帘。其次，在冬季夜晚，全玻璃房屋仍然会有一些平均的辐射舒适问题(r6 -8窗户仍然比R25墙冷)。我们需要为全年的表现和最坏的情况设计。最后，让我们不要忘记，房子需要有用和爱。窗的设计还需要兼顾私密性、墙面空间的利用、采光水平、室内外景观、审美等，更具有主观的体验价值。根据我的经验，这是最难的部分。
隐私问题和全玻璃房子
J.L. Baerg
我同意你所有的观点。全玻璃房子的设计是为了表达一个技术观点;它从未被认为是一种理想的住宅设计。
你可能知道，由于辐射效应，三层玻璃窗比双层玻璃窗更不容易引起舒适度的抱怨。
南向窗户SHGC
有关SHGC对被动式太阳能加热效果的快速定性评价，请参见
http://greenbuildingindenver.blogspot.com/2009/12/solar-cats.html
墙是净能量增益体
Martin H.写道:“如果有可能买到比隔热墙性能更好的窗户……”
我记得在艾伯塔省做的一些研究表明，即使在非常寒冷的冬天(通常是晴天)，朝南的墙壁也能净增加能量。我不记得东西方向的表现了。有人比较过隔热良好的墙体组件与非常好的窗户的净能源性能吗?
乔恩
站点来源因素(马丁H.)
然而，读者应该明白，电力估计范围的真实转换值是未知的。将单个值应用于本报告中的电力估计范围只能提供一次电力的粗略近似值，因为……
嗨，Martin——我不知道你是否已经看过这个，但我所见过的关于各种燃料的现场和源能量转换因素的最彻底的分析是由Deru和Torcellini撰写的NREL论文《建筑能源使用的源能量和排放因素》:http://www.nrel.gov/docs/fy07osti/38617.pdf如果你想使用的话，它有按各州分类的站点源数字。
谢谢,Kohta
你所链接到的NREL报告所包含的信息比我们大多数人所需要知道的都要多——包括最后的一些各州表格。
谢谢。
墙壁是净能量增益
乔纳森·比尔斯
关于南向墙的有趣问题;我不知道答案。不过，像往常一样，科罗拉多州或加拿大草原省份的居民将比我们这些多云的佛蒙特州的居民表现得更好，那里的11月、12月和1月很少有太阳。
比墙好
请提供基于俄亥俄州托莱多一对30 x 48超级窗的定量能源数据，24/365净btu热量增益/损失，直接北晒与南晒;两种暴露的数据。谢谢你弟弟
计算窗口热损失和热增益
鸭子,博士
恐怕你没有提供足够的信息。“超级窗口”并不是一个专业术语。要了解窗口的性能，我们需要知道窗口的u因子和SHGC。
每平方英尺每小时的热量损失是通过将u系数乘以室内外温差来计算的。要计算窗口的热增益，您可能需要使用一个免费的在线工具:
http://www.susdesign.com/windowheatgain/index.php
新建和翻新
你好，马丁，你的博客确实引起了很多评论。我的问题是，在建造或翻新房屋时，有一些标准和评级供消费者明智地选择。
这些标准和评级似乎并不是强制性的，也不像一位评论者所说的那样，建筑商、建筑师和/或消费者在确定拟建房屋的朝向时必须遵守任何标准，或者在特定气候下最佳地使用材料。审核建筑过程的地方当局在哪里?为什么地方当局监管和监督建筑“道德规范和标准”不鼓励强制性标准。这并不是加拿大独有的，但所有建造或翻新的房屋都必须符合最低标准或评级，包括朝向、材料类型、窗户玻璃和其他建筑材料。我们需要提高最低标准吗?让我感到惊讶的是，当所有的注意力都集中在“全球变暖”和“螺旋式上升”的能源使用成本上时，我们仍然把决定权留给消费者和/或零售商，他们通常考虑的是其他因素，而不是对整个社会来说，在一个负担得起的舒适的家里生活是最好的，并考虑到该地区的天气条件。
约翰
http://www.cavalok.com/
仇敌!
天啊，天啊，有些评论有点挑剔了。John，你最初提出了一些很好的观点，但是为什么JLBaerg认为Martin认为全玻璃房子是一种理想的设计选择?不管怎样，马丁，你的观点都很有力，你的反驳也很有力。
在节能玻璃这样的问题上看到27条评论真是太棒了。所有的评论者，干得好!评论者是一个词吗?
维多利亚式窗液
简单地将SHGC/ r值随太阳变化是否有意义
通过打开和关闭的美丽
重，双层/三层(无空气空间)窗帘
而不是便宜的高shgc玻璃?
当然，厚重的窗帘需要比干墙更多的安装，但....
厚窗帘不能阻止太阳热量的吸收
米小姐,
如果太阳照进了高太阳增益的窗户，就像你说的那样，太阳照在你的厚窗帘上，太阳会提高窗帘的温度。一旦窗帘拉得又好又热，热量就已经进入你的房间了。它通过辐射和对流传递给房间里的其他物体。
换句话说，一旦太阳穿过高太阳增益玻璃进入房间，就来不及阻止了。窗帘不起作用。
恕我直言
一堵墙能做的不仅仅是损失能量。根据外表面的吸收率，当阳光照射时，它很容易高于室内温度。然而，如果墙壁也隔热良好，那么外表面会变得越来越热，而不会让很多能量进入建筑物内部。即使它不会像一个为吸收太阳能而设计的窗户那样吸收那么多的能量，它也不会只损失能量。
对Steven的回应
史蒂文,
当然，一年中有很多时间墙壁没有失去能量。这些时间包括大块的时间，有时用它们的专业名称来指代:春天、夏天和秋天。
然而，能量建模程序在确定墙体组件的性能时考虑了这一事实。
登录或成为会员发表评论。
报名 登录