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概要:自引入绝缘玻璃单元(IGU)以来,在窗口组件中存在稳定的进步,从而提高了家庭的热性能。撰稿人斯科特·吉布森描述了IGU设计的进展,从低E涂层和它们被应用的地方,以将玻璃上涂覆到双窗中,悬浮薄膜和不同类型的绝缘气体,并瞥见未来的技术。
一个Dersen Windows的1952年推出了焊接,绝缘玻璃面板是一个大的优惠。消费者可以买一个大会把两层玻璃和一层绝缘层装在一个产品里。对于无数的房主来说,安达信的商业推出意味着防风窗的苦差事结束了。更重要的是,在过去的70年里,窗户的热性能得到了成倍的提高,这是一个行业的开端。
多窗格隔热玻璃单元,或称IGUs,将金属涂层和惰性气体填充在组件中,使房屋更舒适,降低取暖和制冷成本。通过调整低发射率(low-e)涂层的特性,并选择性地应用它们,玻璃制造商可以根据特定的需求和气候定制igu。但是,即使有了最好的涂料和气体,玻璃制造商也在打一场硬仗。
与高性能房屋的外墙相比,最好的玻璃窗使绝缘体差。例如,在R-40中的墙壁可能被评为R-40,而高质量的三窗帘窗口可能具有0.15的U-16,则只有R-6.6。2018年国际节能代码甚至在该国最冷的地区呼吁仅为0.32大约r-3的窗口。
与此同时,人们还在继续研究新技术,以使更好的窗户更广泛地应用。创新包括超薄中间窗格的三窗格设计,多达八层内层的悬浮薄膜单元和R-19以上的中心玻璃绝缘潜力,以及几乎与单窗格玻璃一样薄的真空绝缘单元。
低碳涂料做了什么
尽管安徒生的焊接中空玻璃有种种好处,但它也有一些局限性。1982年低碳涂料的引入是接下来的一大步。美国国家开窗评级委员会(National开窗评级委员会)项目主任史蒂夫·乌里希(Steve Urich)说,这些涂层的确切配方因制造商而异,但它们都是极薄的金属层,可以将辐射能反射回其来源——无论是窗户内部还是窗外。
有两种涂覆涂层的方法,称为硬涂层和软涂层。硬涂层应用(也称为Pyro裂解涂料)的历史可以追溯到20世纪90年代末,至今仍在使用。这种涂层是在玻璃制造过程中被涂在玻璃表面的,它本质上是被烤入玻璃表面的。它不能被刮掉。软涂层,又称溅射涂层,应用于真空沉积室。它们不像硬涂层那样坚固,也不会暴露在空气中,所以制造商只把它们涂在密封的表面。当低e涂层被应用到面对房间的表面时,它将是一种坚硬的涂层。软涂层在控制太阳热量方面更有效。Cardinal Glass的技术营销总监吉姆•拉森(Jim Larsen)说,辐射系数可能会一路下降到0.015,这意味着超过98%的辐射能被反射。
制造商们已经越来越熟练地操纵低碳涂层来控制通过玻璃的热量和光量,尽管应用只有2500纳米厚的均匀金属层存在固有的困难。Larsen说,在多层低e涂层中,抗反射层和银层限制了太阳的热吸收(红外光),同时尽可能保持更多的视觉光线。
拉森说:“我们是在玩弄光的物理原理。“这些都是精密的光学滤光片,每一层的厚度对于保持涂层的颜色平衡至关重要。”
低E涂层的组成部分仅为一个因素。另一个是它们被应用的地方。Low-E涂层将辐射能量反射回其源极。以这种方式,如果玻璃的外表面被涂覆,则来自太阳的辐射能量将被反射回外部,从而最大限度地减少窗口内部和房屋内部的热量。同样,施加到多骨单元的面向房间侧的低E涂层将反射内部内部产生的辐射能量。在冬天,这种特点将有助于房子保持热量。
从双窗格到三窗格
先进的低e涂层稳步降低了igu的u系数,从最初的Andersen面板的0.6或0.65降至20世纪80年代早期的0.35。在20世纪80年代后期,由于加入了惰性气体氩气,玻璃制造商又有了另一种工作工具,并将u系数降至0.3左右。氩气比空气重,在密封的窗口中心能更好地抵抗对流。氩也有较低的con拉尔森说,扩管比空气,减少导通和改善玻璃中心热性能约20%。
有了它,制造商充分发挥了双层玻璃窗的潜力。它由两块玻璃组成1⁄8——。玻璃,A1⁄2——。填充氩气的空间,以及在玻璃的房间上添加的低电涂层。U形因素降至约0.25或更低。
三层玻璃窗是下一步的发展方向。传统的组装是三块1⁄8——。玻璃和两杯1⁄2——。空间,每个腔中的低E涂层。在更多表面上与低E涂层一起玩的额外气体和能力显着增加了性能。缺点是,窗户对于普通的双悬窗窗帘来说往往太重了,上下滑动。玻璃窗比双窗格更重50%,1-3⁄8——。厚的。这些Igus不适合3⁄4——。
在标准窗框中玻璃口袋。
在悬浮膜上
这种不幸的现实迫使制造商们转向用一种薄的聚合物片代替内层玻璃——悬浮薄膜窗。Southwall Technologies凭借其热镜膜成为该行业的代表,使生产与双层玻璃相同重量的三层甚至四层玻璃窗成为可能。但窗户单元很容易受到玻璃外围密封泄漏的影响,这使得隔热气体逸出,湿气进入室内。赫德制造的窗户的密封失效成为业界广泛报道的噩梦。然而,伊斯曼化学公司(Eastman Chemical)拥有的热镜膜(Heat Mirror film)仍然是多窗格窗户的一个可行选择,Alpen高性能产品(Alpen High Performance Products)等制造商仍在使用它。
Alpen首席执行官布拉德·贝京在谈到赫德的失败时说:“整个行业真的受到了打击,导致一些制造商放弃了悬挂胶片。”“这并不是一个困难的过程,但如果你做得不好,或者不注重质量,就像任何窗口、任何IG一样,你注定会在这个领域出现大量的过早失败。”
如今,热镜膜由杜邦和特里金的合资企业制作,然后运送到东人,在蒸汽沉积室中获得低E涂层,然后送到制造商待变成Igus。一旦薄膜和玻璃层组装,该单元将放入烤箱中并在205°F处烘烤45分钟,贝京说。薄膜在单元两端的间隔片周围收缩和收缩,本质上变得不可见。
只要密封夹住,窗口单元应该是有问题的。尽管在悬浮电影IGU上挥之不去疑惑,但是在纽约市的帝国大厦九年前为一个项目提供了13,000个项目,尚未收到一份失败的报告。
较新的玻璃窗设计还允许制造商开始使用Krypton,另一个具有比氩气的绝缘性能更好的惰性气体。它的最佳间隙为7毫米(约1⁄4据劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人员查理·库尔西雅(Charlie Curcija)博士说,其含量只有氩的一半。氪星不适合有1⁄2——。玻璃窗之间的间隙,但它已证明在玻璃上有用,其中玻璃或悬浮膜窗格之间的内部间距小于该玻璃。
肯辛顿是销售悬浮薄膜窗的公司之一,提供充满氪的热镜单元,玻璃中心的r值高达R-10。然而,没有一家公司像LiteZone Glass Inc.那样完全接受了悬浮膜技术。LiteZone Glass是一家加拿大初创公司,其销售的IGU的玻璃中心r值为19.6。如何?通过使单位达到7.6英寸。厚的。
该公司首席执行官Greg Clarahan表示,igu在过去5年一直在开发中,并于2019年11月投产。他说,该公司有两个目标:一是使igu具有“极高”的绝缘值,二是使它们足够坚固,能够维持建筑物的使用寿命。为了提高IGU脆弱边缘的热性能,设计师们采用了更厚的玻璃单元。
“玻璃单元的厚度是改善整体窗口热性能并在玻璃内部提供更均匀的温度的键,以及通过整个组件的更均匀的热传输,包括边缘和框架,”克拉拉邦说。
然而,较厚的Igus呈现出问题。最厚的单位LiteZone使得两片玻璃之间有8个悬浮薄膜。如果所有这些空间都被密封,它会产生一个压差问题,因此LiteZone设计了克拉赫呼叫“压力均衡孔”的单位。杜培。“它是一个小的呼吸管,使所有腔室中的空气压力均衡在单元外面的空气中。Clarahan说,水蒸气在管内部内置的管道内置水蒸气,并应有效至少60年。
该公司增加了一个功能。它们而不是使用热量将薄膜收缩在单元内,它们为单位边缘设计了一个间隔件,这使薄膜用微小的弹簧保持悬架。因为薄膜没有加热,所以克拉汉斯说,它受到更少的压力。窗户还显示出极好的声音衰减。
薄三倍的价格正在下降
悬浮膜是减轻多片igu重量的一种方法。Curcija描述了另一种被称为“瘦三倍”的产品,它在业内得到了广泛的关注。它由0.7毫米到1.1毫米厚(0.027英寸)的超薄玻璃层组成。和0.04英寸)之间的外层3毫米玻璃(0.118英寸)。用氪填充,这个装置就能3⁄4-in.-宽的玻璃袋 - 与传统的双窗格单元相同。
Curcija说,薄三星才开始在美国举办脚趾,现在市场份额低于1%的市场份额。当第一次商业化十几年前时,这些单位面临着市场验收的陡峭,因为他们不便宜。只有康宁生产的超级玻璃的设计铰接,它每平方英尺的价格为8%至10美元。加上,氪价格昂贵,大约100倍氩气成本的价格。
在过去的五年里,根据Curcija的说法发生了两件事。首先,其他玻璃公司开始漂浮薄玻璃,使用标准窗玻璃在熔融锡的床上制作的常规工艺。每平方英尺减少到每平方英尺约50美分。与普通玻璃的标准片。LED照明的兴趣激增促使氙气生产升高,事实证明,氪是该过程的副产物。Krypton现在大约是四分之一的价格,而薄三重的整体溢价约为每平方英尺的2美元。FT。通过传统的双釉IGU。
“有了一个薄的三倍,你可以去R-10,”Curcija说,“等等,如果你考虑每平方英尺的2美元。FT.Premium,这是从R-4以合理的成本跳跃。”对于这rea儿子,Curcija预计对薄三重IGU的商业兴趣会上升。Andersen已经采用了它的商业更新线。Ply Gem是美国最大的窗户制造商,也会出现感兴趣。即使是alpen也继续促进悬浮电影窗口的益处,也可以看到薄三个单位的潜在优势。
Ply Gem公司负责美国窗户市场营销的高级副总裁马克•蒙哥马利(Mark Montgomery)说,该公司目前生产一英寸玻璃窗。和7⁄8——。三杯。“我们正在尝试3⁄4——。
维度被称为‘瘦三倍’,”他在电子邮件中写道。“但(我们)目前可以达到更高的表现水平。”
不要随时寻找批发转换到薄三倍。但是开始说薄玻璃中心层比悬浮膜更容易使用,有可能加速生产,并允许使用暖缘垫片而不是更强的不锈钢垫片,即一些悬浮膜Igus需要。
最后一点至关重要。在烤箱中收缩的悬空薄膜会对周围的间隔物产生相当大的拉力,这可能会破坏密封,但薄玻璃不需要拉伸,造成的问题更少。
“归根结底,这两种技术提供的是相同的东西,”Curcija说,“但就耐用性和质量而言,玻璃比薄膜更好。”
然而,Larsen绘制了薄三倍的玫瑰色图片。红衣主教正在制作一些这些IGU,但它们的成本大约是传统三倍的两倍,并且组装中心的非常薄的玻璃具有高的破损率。这是推动的,使用1.6毫米的中心层。
“这种薄薄的玻璃概念是一半的力量,”拉尔森说。“你会买一个半力量的玻璃,并期望用你的双重力量使用它吗?不,我们的处理破坏率更高。“
他补充说,瘦三倍还面临其他障碍。一个大的问题是,薄玻璃太薄了,无法进行回火,这是一种增加强度的热处理。钢化玻璃是卡地纳市场的重要组成部分,占其IGU总销量的40%。
最后,还有氪气填充的问题。Larsen说,劳伦斯伯克利实验室估算的成本低得不切实际,而且整个行业在向igu输送足够的天然气方面已经做得很差了。为了提高效率,90%的密封室内空间应该充满气体,但行业标准做法关注的是生产速度,而不是实际效果,市场上的产品中气体填充可能低至20%。
“人们对它很感兴趣,”Larsen说。“如果这些窗户上只有20%的氪会发生什么?”它不是一块R-8的玻璃,而是一块R-4的玻璃。这和你用的双玻璃low-e是一样的。你没有得到任何东西。”
工作继续真空绝缘
氩气和氪都既比空气都是更好的绝缘体,但在所有真空中没有填充气体 - 将是以热效率的热效率,R值电位为10至14(U-INCER从0.1至0.07)Curcija说,单位与单窗格玻璃一样薄。
真空绝缘玻璃(VIG)装置已经由一家名为日本平板玻璃(NSG)的日本制造商生产。据Curcija说,中国制造商和美国的Guardian Glass也已经开始生产R-10 VIG。(我们试图联系《卫报》,但没有得到回复。)
有技术挑战。对于一个,完全抽空的核心将两个外层玻璃拉到一起。为了防止,制造商在玻璃之间插入微小的垫片,因此层不会彼此崩溃。这些微小的柱子间隔1英寸。到2英寸。除了仔细观察时,将拍摄约50微米的空间,作为微弱的矩阵。
制造商也在努力如何创造一个完全可靠的边缘密封。如果这失败了,真空就失败了,窗户就变成了垃圾。Curcija说,这种装置可以用熔融玻璃将其边缘密封起来,而不是用填充气体的igu上的胶带或粘合剂。关键是要开发足够软的化合物,使其在不破坏玻璃上低碳涂层的温度下熔化。由于整个装置的传热被限制在两层玻璃之间的柱子上,r值应该可以达到20。
制造VIG单元的设备很昂贵,而且这个过程不如生产普通玻璃快,Curcija说。尽管这些新技术有潜在的优势,但建筑行业对更严格的能源和建筑规范的根本抵制将减缓进展。
Larsen说,Vig单位是一个潜在的游戏更换器,但是,Larsen说,一个问题窗口将必须克服窗口边缘的热量损失。如果Vig可以埋入更强大的框架,具有更好的热性能,它们将是向前迈出的一步,但它们永远不会成为行业标准双窗格,填充燃气低E单位的替代品。
作为NSG的子公司,皮尔金顿生产名为Spacia的VIG系列设备,在美国已被用于住宅和商业应用,皮尔金顿北美业务开发经理凯尔·索德(Kyle Sword)说。单元在许多配置中都是可用的,包括一个1⁄4在。厚。它们由低E玻璃,0.2mm真空空间和透明浮法玻璃的内层组成。垫片直径0.5毫米,相距两张玻璃。超级Spacia版本为10.2毫米(约0.40英寸)厚,具有0.11(R-9)的玻璃中心尺寸。
“我们VIG单元的大部分销售都进入了现有建筑,”Sword在一封电子邮件中写道。“这其中大部分是为了商业,但我们也做了各种各样的住宅建筑。该产品可在市场上购买,并可定制尺寸。”Sword说,一家名为“传家宝窗户”(Heirloom Windows)的公司在其生产的窗户上使用了真空装置,其设计看起来就像历史上的原始窗户建筑。“我已经和一些可以使用我们产品的住宅窗户公司谈过了,”Sword写道。“然而,目前大多数住宅窗户公司使用的igu约为1英寸。厚,所以他们的窗户设计和挤压是为了适应更厚的窗户。”
索德说,一个VIG的价格大约是每平方英尺14到15美元。相比之下,每平方英尺的价格为8至10美元。英尺为标准的1英寸。厚IGU。
成本使人们无法获得新技术
另一种可能性是用气凝胶制造窗户。气凝胶是1931年发明的一种材料,通过提取凝胶中的液体,用气体代替它来制造。其结果是一种几乎无重量的固体,具有很高的r值。Larsen说,它在玻璃上的应用前景广阔,有潜力提供比三层玻璃或真空IGU更好的热性能。问题在于它的光学特性——它不是完全透明的。
未来还有更有前景的技术,但它们都面临一个障碍:更高的成本。如果没有更严格的能源法规要求更好的性能,一些技术将暂时无法实现。Montgomery说:“我们已经与许多使用新玻璃技术的公司进行了密切合作,包括涂层、热/照相/电化学以及真空绝缘玻璃。虽然所有这些都提高了窗户的性能,但目前的成本结构将限制住宅市场的采用。”
考虑到玻璃
IGU和完整窗口的热性能不一样。This article focuses on IGUs, but often when you compare performance ratings for windows, particularly on the National Fenestration Rating Council’s stickers and manufacturers’ websites, you’ll find a “whole window” rating that considers the performance of the IGU and the window frame as a unit. Whole-window performance is invariably lower than the center-of-glass rating of an IGU. Here are three terms you’ll need to know to understand both the performance of an IGU and a complete window:
U形因子测量热量通过材料传递的速率。U因子是R值的倒数 - 以获得R值等效物,通过U形因子划分1。较低的U形因子意味着更高的热流耐热和更好的热性能。始终需要低U形因素。
太阳增益系数(SHGC)通过玻璃窗的太阳辐射的分数。SHGC是0(无传输)到1(不受限制的传输)之间的数字。建议使用低SHGCS的Windows,用于全国的热,阳光地区,保持房屋的热量和较低的冷却成本。
可视透射率(VT)的通过玻璃的可见光的分数,也是0和1之间的数字,具有更高的数字,表示更大的光传输。该评级往往令人惊讶地低,但这是因为整个窗口额定值包括框架。
你想把它放在哪里低E涂层?
当阳光穿过窗户时,光线会使室内表面温度上升。在缅因州寒冷的冬日,这是一件好事。在德克萨斯州炎热的夏天,就没有那么多了。低太阳热增益系数(SHGC)的窗户有助于减少通过IGU的热量传递。制造商制造低shgc的一种方法是使用低e涂层。这些透明金属涂层的设计是为了阻挡紫外线,允许可见光通过,并根据房子和气候适当地控制红外热。这不仅是使用正确类型的低碳涂料的问题,而且是在哪里应用的问题。虽然在什么地方应用低碳涂料没有标准,而且不同的制造商和涂层类型也不同,下面是常见的例子。
冷的气候 减少通过窗户获得的太阳热量的最好方法是用悬挑和其他遮阳设备遮挡窗户。在较热的气候下,选择具有较低的SHGC和低e涂层的窗户也是一个好主意。寒冷气候下的窗户通常在外层玻璃的内表面有低碳涂层,双层玻璃窗户有两层,三层玻璃窗户有两层和四层。 |
加热气候 如果你的房子是在一个寒冷的国家,你希望提供一些你的冬季供暖虽然被动式太阳能得热,你想要的低辐射涂料内玻璃的外表面(表面三个双层窗户,表面上三到五triple-pane窗口)。在这个位置选择带有涂层的窗户不仅可以获得更多的太阳热量,而且还有助于防止室内辐射热的损失。 |
三窗格
绝缘气体有两倍。标准的双窗格IGU有两个窗格1⁄8——。玻璃,一个氩气1⁄2——。空气空间,以及至少一个表面上的低e涂层。为了提高双层玻璃窗的性能,制造商们增加了另一块玻璃,这就创造了一个额外的中空腔来绝缘气体。标准的三层玻璃窗户有三块1⁄8——。玻璃,两1⁄2——。填充空间,每个腔中的低E涂层。以下是国内制造商的三窗窗口的三个例子。U因素和SHGC是全窗口评级。
生态与选项。
Ecosmart窗口来自Great Lakes Window(一家Ply Gem公司)的产品在PVC框架中加入了聚氨酯泡沫保温材料。窗户可以订购双或三窗格玻璃和氩或氪气体。其他选择包括低碳涂料和一种叫做“易清洁”的薄膜涂料。u因子从0.14到0.20,SHGCs从0.14到0.25。
从森林到失败。
Sierra Pacific Windows是一家垂直综合的公司。据该公司称,挤出铝 - 包层外部覆盖了庞德瓜松或道格拉斯杉木的木框架,这些林地来自其自身可持续的林业倡议林地。这里显示的ASPEN单元有2-1/4英寸厚的窗扇,支持1-3/8英寸的三重窗格IGU。U值范围为0.13至0.18,SHGCS范围为0.16至0.36。
做一个双重工作。
Marvin's Ultimate Double Hung G2窗户具有挤压铝制外观和未完成的松树内部。此窗口的外观饰面是一种高性能的PVDF含氟聚合物涂料,在此显示在级联蓝色。三层玻璃窗框是氩气或空气充满U形因素,低至0.25,SHGC为0.25至0.28。
悬浮薄膜L.ightens负载
如果三层玻璃窗户有缺点的话,那就是IGU的重量。一些制造商已经生产了三窗格双吊窗,但更多情况下,三窗格igu仅限于固定、平开窗和倾斜/转向窗操作。悬浮膜是制造商制造igu的方法之一,igu具有三窗格性能,重量更轻。
![Alpen的生产线](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2020/11/29152314/H296GI_Alpen4.jpg)
使三元组织可管理Alpen提供的热镜膜IGUs配置有两个充气室,具有0.16 u因子和0.24至0.51 SHGC,最多配置有四个充气室,具有0.05 u因子,SHGC范围从0.22至0.38。使用薄膜代替额外的玻璃块减少重量和体积。
推动限制LiteZone玻璃使IGU高达7-1⁄2在。厚,多达八件悬浮薄膜。您不会在标准的双挂起中找到类似的玻璃窗,但在固定窗口中,额外的厚度将玻璃中心R值提升至19.6。薄膜层之间的空间填充有空气并与均衡压力的管连接。
真空绝缘玻璃Is薄,但复杂
最薄的IGU轮廓是在VIG单位,或真空绝缘玻璃单位。与空气或其他常用的隔热气体相比,真空在隔热IGU方面做得更好,它允许窗户之间的空间小到几毫米。一个真空也会试图摧毁这个单元,所以这些VIG单元必须被设计来抵抗这种力量。
保存工作的选项
Pilkington的Spacia是一个只有6毫米厚的重要装置,这就是为什么公司将其作为历史保存项目的选择。根据公司文学,VIG介绍“以与单个玻璃窗格相同的厚度的传统双层玻璃的热性能”。SPACIA可提供0.12至0.25,SHGC的0.46至0.66。
这个怎么运作
Pilkington的VIG单元有一个外部玻璃窗格,其中低e涂层应用和一个内部透明浮法玻璃窗格。为了保持0.2毫米的真空空间不坍塌,内外玻璃被分开1⁄2-mm垫片。保护帽覆盖空气从装置抽空的孔,并留在窗口的寿命中。
来自Fine Homebuilding 296号
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