高性能视窗初学者指南
有很多发布的关于windows的性能数据。以下是如何使用这些信息。
![文章图片](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2021/04/22101357/installing-a-window-700x438.jpg)
很少有短语像“高性能窗口”这样随意而又不精确。如果你正在建造一个净零排放的房子或寻求被动式房屋认证,高性能的窗户将是一个给定的。对现有的房子进行重大翻新?高性能窗口可能是计划的一部分。
在现实中,没有一种高性能的窗户适合所有的气候、所有的房屋类型和所有的太阳能方向。美国国家开窗评级委员会(NFRC)的项目主管史蒂文·乌里奇(Steven Urich)说:“制造商将按照他们认为合适的方式来定义‘高性能’。”“据我所知,整个行业都没有标准的定义。”
尽管窗户对整个建筑围护结构很重要,但它们只是必须协同工作的众多组件之一。一个地区的理想窗口可能在另一个地区并不适用。
乌里奇说:“这是整个房屋的概念,这也是被动住宅试图达到的目的。”“那种认为窗户、暖通空调系统、保温材料就能解决所有问题的想法是不合理的;没有任何一个组件可以决定你家庭的能源效率。”
窗口的性能评级是几个因素的组合。玻璃是关键,因为它占据了窗户的大部分总面积。中空玻璃它具有惊人的多样性,从简单的两窗格透明玻璃组件到多窗格夹层低e涂层和气体填充,所有这些都具有不同的性能特征,可以针对特定的应用进行调整。其他关键部件是窗框,玻璃窗格之间的间隔,以及确保严密密封的硬件。
阅读NFRC标签
NFRC是一个非营利性行业组织,测试窗户性能并公布结果,以帮助建筑商、设计师和房主做出明智的选择。制造商的参与是自愿的,但能源之星资格需要NFRC认证。每个窗口NFRC认证带有标签这从四个方面量化了窗口性能。以下是分类:
- 的u值。u系数是一个从0.2到1.2的数字,用来衡量整个窗户(不仅仅是玻璃)阻挡热流的能力。它是我们更熟悉的r值的倒数,r值表示绝缘的热性能。数值越低,窗户的热效率越高。例如,一个u系数为0.18的窗口的r值约为R-5.5。
- 太阳增热系数(SHGC)。这些值的范围从0到1,描述了窗户允许进入室内的太阳热量。高shgc的窗户不会阻挡太多来自太阳的热量。低SHGCs的窗户能更有效地阻挡太阳辐射。
- 可见的透光率。同样是一个介于0和1之间的数字,它代表了透过玻璃的可见光光谱的量,数值越高,进入玻璃的光就越多。
- 空气泄漏。这证明了在相当于每小时25英里的风速下,该窗户允许每平方英尺窗户面积不超过0.3立方英尺每分钟。
![节能的窗口标签](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2021/04/22103404/window-label.png)
Urich说,如果高性能意味着能源效率,那么两个最重要的指标是u因子和SHGC。u系数是直接测量通过窗户的热量。如果你在北方炎热的气候中建造或翻新房子,低u系数是很重要的。即使是最高效的窗户也无法与隔热良好的墙壁的热效率相比,但数值越低越好。在南方,u型因子的问题不那么严重,因为南方内外温差不那么大。
李晶说,在研究SHGC时,区域气候差异也很重要。在寒冷的气候条件下,较低的SHGCs会将更多的太阳热量留在室外。这将使房子更舒适,更容易保持凉爽。在北方,让更多的太阳能进入室内,相当于在冬天提供免费的热量。设计师们必须考虑的一个因素是,随着热效率的提高,太阳能获得的热量往往会下降;即u因子越低,SHGC趋于越低。
NFRC维持一个产品目录买家可以在任何认证窗口查看性能数据。
理解“能源之星”窗口
“能源之星”是美国环境保护部的一个项目,旨在提高一系列产品的能源效率,它规定了合格窗户的最低要求。就像建筑模型和能源规范一样,“能源之星”将国家划分为气候区,并为每个气候区分配最低性能指标。如果你住在美国南部腹地,“能源之星”资格窗口与你在缅因州班戈购买的窗口看起来有很大不同。
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![能源之星图](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2021/04/22101400/Energy-Star-requirements.png)
能源之星也成立了“最有效”窗口分类的独立标准(排名上一层),也按相同的地理区域划分。在所有区域,最大u因子为0.20,这相当于5.0级shgc的r值范围从北部的0.20或更多到南部的0.25或更少。这些值明显优于标准能源之星的最低值。
这些数字应该与什么进行比较?对于基线值,最新版本的国际住宅规范(IRC)(表R402.1.2所列)允许的最低性能范围为气候区1(美国最温暖的地区)的0.50到气候区3及以上的U-0.30。
美国被动式房屋研究所(PHIUS)已经发展起来它自己对窗口性能的建议基于气候。这些区域与为国际节能规范(IECC)制定并由美国能源部(DOE)使用的地图保持一致,而不是能源之星计划使用的简化版本。记住推荐的u系数和shgc适用于符合PHIUS认证标准的房屋也是有帮助的。换句话说,比传统建筑更节能。
![Windows性能数据图表](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2021/04/22104025/window-performance-numbers.png)
双层还是三层
窗户制造商通常在同一窗户系列中提供几种玻璃选择。在玻璃上涂上低辐射涂层的双层玻璃单元曾经是买家能得到的最好的单元,但三层玻璃单元已经变得越来越普遍,一些制造商提供四层玻璃单元或结合玻璃和悬浮塑料薄膜的窗户,以创建多个绝缘室和非常低的u系数。
玛莎葡萄园岛(Martha 's Vineyard) South Mountain Company的能源专家、机械工程师马克·罗森鲍姆(Marc Rosenbaum)说,在寒冷的气候条件下,在众多选择中做出选择时,有两个重要的变量:外墙有多少是玻璃,以及窗户朝哪个方向。
对于在美国制造的窗户,玻璃是比框架更好的绝缘体。罗森鲍姆说,在标准的住宅窗户中,玻璃约占总窗户面积的70%,因此在窗户面积很大的房子里,双层玻璃和三层玻璃之间的热性能差异会扩大。“三层玻璃的隔热价值几乎是原来的两倍,”他在一封电子邮件中说,“因此,另一个重大影响是,由于这种玻璃的辐射热损失不同,人体的舒适度也有所提高。”
房子越朝南,越多的玻璃集中在南侧,太阳热量的增加就越重要,Rosenbaum继续说。通过仔细指定窗户,三层板单元可以获得更高的绝缘值(更低的u系数),同时保留双层板单元获得的大部分太阳能热量。
u系数为0.17(相当于r系数为5.8)的三窗格单元很容易买到。如果这还不够,可以增加玻璃窗格的数量或增加悬挂薄膜。例如,Alpen高性能产品公司宣传的全帧u系数为0.10 (R-10)的固定窗口和u系数为0.14 (R-7.1)的可操作窗口。加拿大制造商LiteZone Glass Inc.生产了一种玻璃中心r值为19.6的固定窗户,几乎与用玻璃纤维块绝缘的2×6墙相同。(问题是窗户超过了7英寸。厚)。
欧洲因素
美国制造的窗户有几种常见的样式——平窗式、双挂式和遮阳篷。固定的窗户(不开合的窗户)不漏水,比可操作的窗户是更好的绝缘体。平开窗,其中的窗框紧紧地关闭在框架上,通常比滑动窗框的窗户更密闭性。
被动式房屋和其他超级隔热建筑的设计师通常会指定另一种类型的窗户,这种窗户在欧洲很常见,但在美国市场不太为人所知——倾斜窗户。这些窗户有两种操作方式,一种是转动门闩,像开窗一样打开窗框,另一种是把门闩抬得更远,让窗户从顶部打开,把它变成漏斗窗。
许多建筑商从欧洲制造商那里订购这些窗户,尽管交货周期通常以周为单位,而且这些窗户比这里的窗户更贵。一些美国公司也生产倾斜窗户。制造商指出,窗户操作灵活,用户也经常提到窗户建造得有多坚固,窗框可以像银行金库一样精确地打开和关闭,多点锁可以帮助密封通风。
Ben Freed,他开了一家窗户进口公司叫马夫里克欧洲视窗他说,欧洲制造商关注的是性能,而不一定是美观。“没有一扇窗户不是为了高性能而开发的,”他在电话中说。“这个行业的主要推动力是业绩。当新型号上市时,它们的性能会更上一层楼。这就是它的运作方式。”
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Mavrik的窗户来自波兰,那里的窗户制造与美国有本质上的不同。弗里德说,制造商从小型车库到每月生产5000扇窗户的大型工厂都有,他们使用的部件都是别人生产的。虽然有一些生产商自己制造所有零件,然后组装窗户,但这种情况“非常罕见”。
订购欧式窗户的一个问题是,在它们到达工地之前会有很长时间的延迟。弗里德说,他需要三个月的时间才能在他的公司获得一扇窗口,这在未来不太可能会有多大改善。这通常不会阻止专门建造超级隔热房屋的建筑商。
另一个问题是,欧洲的标准与NFRC用来评估业绩的标准不同。因此,虽然将公制u因子单位转换为北美使用的单位很简单,但这并不是一个苹果对苹果的比较。
“不幸的是,欧洲评级和NFRC评级之间并没有真正的直接比较,”乌里奇说。“改变任何模拟条件——我们用来模拟SHGC的光的组成,内部和外部温度条件,产品表面和环境空气之间的边界条件,以及如何模拟间隔器——都会改变你在任何给定程序中获得的评级。由于在将NFRC与任何其他国家进行比较时存在一个或多个差异,因此评级不能直接进行比较。”
欧洲的窗户真的比美国和加拿大的好吗?
乌里奇说:“这取决于你对‘优越’的定义。“欧洲人确实比我们更长远地看待他们的建筑,他们的建筑。所以,如果你从欧洲购买窗户,尤其是高端窗户,它们通常是为房子的使用寿命而建造的,而不是你从美国制造商那里获得的20年保修。并不是说这有什么错,只是看问题的方式不同了。”
虽然承认欧洲窗户的硬件和材料的质量,但Urich努力不认可任何特定的制造商或原产国。他说,购买决定通常取决于人们的预期,但成本肯定是一个因素。
“在窗户上投资5万美元是赚不回来的,”他说。“你不会根据房子的窗户是什么样的来卖房子。你要根据平面图和价格,以及厨房看起来是否漂亮来出售它…如果我一开始就负担不起房子的费用,那么我在10年内是否能节省1万美元也无关紧要。这是个问题。”
弗里德说,在一个700或800平方米的相对较大的定制住宅上。白色PVC窗户的成本为每平方英尺40美元至45美元。英尺。在一个较小的项目中,价格可能在每平方米55美元左右。英尺范围内。相比之下,一扇3英尺乘5英尺的大卖场简易乙烯基窗的售价不到200美元,相当于每平方英尺13美元多一点。英国《金融时报》。
欧洲窗户的交货期长,窗框比美国买家习惯的更宽,成本更高,可能会限制欧洲窗户的市场,但它们已经找到了一定的利基市场。弗里德说:“越来越多的高端建筑项目进入欧洲市场,因为相比之下,欧洲没有任何地方可以与之相提并论。”但是,他补充说,“它们不适合3英尺乘5英尺,3英尺乘5英尺的窗户设置。这是个失败。这不是产品的好用途。”
计算节能
更好的抗凝结性和更高的舒适性是投资更好的窗户的好理由,更低的能源成本是另一个优点。高效Windows协作,现在是NFRC的一部分,允许用户估计能源节省交互式成本计算器在其网站上。
该计划涵盖了新建筑和改造。在插入新建筑的一些变量后——比如窗户朝向、房屋位置和房屋形状——你可以向下滚动许多窗口选择,并查看每年供暖和制冷成本的估计。
![根据窗户类型节省能源](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2021/04/22101402/Window-collaborative.png)
在缅因州波特兰市的一个场景中,选择u系数为0.22或更低、SHGC在0.41至0.60之间的三窗格单元可以获得最佳结果:年总能源成本为785美元。随着窗户功能的变化,能源成本逐渐增加,透明玻璃和金属框架的单窗格单元(u系数为1或更大)的能源成本最高为1552美元。
对于每种类型的窗口,该网站还提供了制造商的名称和到其网站的链接。例如,波特兰最好的窗户是由Fibertec门窗制造公司(Fibertec Window & Door Manufacturing)和Great Lakes Window生产的,网站上按名称列出了可用的产品,这比你从头开始要简单得多,可以在定价和可用性方面与该公司进行跟踪。
投资是否划算?
高端窗户的投资回报是一篇关于净零建设的论文是加拿大的专业工程师加里·普罗斯基在十年前写的。普罗斯基权衡了安装额外的朝南窗户以增加太阳能吸收(并降低供暖成本)的成本与房主可能期望看到的节省。新窗户面积为1平方英尺。比同等面积的保温墙贵318美元。考虑到这些数字有些过时,普罗斯基计算出,这项投资每年将减少19千瓦时的能源消耗,在当时价值1.90美元。这项投资需要167年才能在减少能源使用方面收回成本。
Martin Holladay报道了普罗斯基的工作在这篇GBA文章中在2011年。当时,他还和罗森鲍姆谈过,后者告诉他,要多增加一扇朝南的窗户,面积为1平方公里。他在马萨诸塞州玛莎葡萄园岛设计的一所房子上安装了一种大尺寸的太阳能电池板,每年可节省120千瓦时的能源。如果安装这种窗户的增量成本与普罗斯基在计算中使用的相同,那么简单的回报将是26年。
普罗斯基计算了额外的朝南窗户的数量,得出了167年的简单回报,他写道:“考虑到绝缘玻璃单元(IGU)的预期寿命约为25年,很明显,额外的[平方英尺]窗户的使用寿命将减少。”从经济上讲,修建朝南的窗户面积是不合理的。”
普罗斯基还研究了升级一平方米公寓的经济效益。窗户从一个相对传统的三层玻璃单元到一个更节能的模型,使用低辐射玻璃和氩气填充。当时增加的成本是128美元,而质量更好的窗户每年可以节省8千瓦时的能源,价值80美分。他估计这样做的回报需要160年。
重要的是要记住,普罗斯基的研究涉及加拿大的净零能耗房屋。传统建筑的经济效益可能有所不同:
“这些结果可能看起来令人惊讶,”他说,“但它们与我们对净零能耗(NZE)住房行为的理解非常一致。从经济角度来看,两次窗户升级之所以如此糟糕,是因为与任何其他类型的房屋相比,NZE房屋的空间供暖负荷非常小。通过增加窗户面积或提高窗户性能,可以减少空间加热负荷,但它已经很小了,几乎没有进一步节省的机会。如果这两种升级应用于具有更大空间供暖负荷的传统房屋,那么节省的能源将显著增加,经济效益也将更加有利。”
设计师和建筑商说什么
如果“高性能”是一个相对的术语,那么对于那些经常从事需要高性能的项目的建造者和设计师来说,它意味着什么呢?
“我想说,高性能窗户至少要比建筑规范对u系数的要求好得多,而且它的气密性也比一般的窗户好,”缅因州的设计师和建筑商迈克尔·梅因斯(Michael Maines)在电子邮件中说。
“什么样的u系数是合适的取决于项目,”他继续说。“2018年IRC要求气候区4-8的窗户最高为U-0.30。在气候区4中,高性能窗口可能是U-0.25。在气候6区,气温可能是U-0.20。在Zone 8中,我不希望任何东西低于可用的最佳窗口性能,大约是U-0.11。”
缅因斯指出,对气密性没有具体要求。靠垫片关闭的窗户(比如窗扇)通常比有滑动窗框的窗户性能更好,但情况并非总是如此。Maines参与的一个项目有质量很好的双挂窗,房子的测试结果比被动房屋的要求(在50帕斯卡压力下每小时换0.4次空气)要好。“所以,它们可以很好地密封,至少一开始是这样,”缅因斯说,“但这取决于窗户的细节。”
Maines使用的品牌包括Makrowin, Schüco, Pinnacle Window Solutions, Sierra Pacific, Marvin,以及最近的Mathews Brothers。
Eric Whetzel是一名业主/建筑商,他详细介绍了他在芝加哥郊外的高性能住宅的建造一个名为“都市乡村”的GBA博客,在做决定之前看了几家橱窗。惠策尔在一封电子邮件中说:“当我们在2016年购买被动式房屋的窗户时,当时似乎没有太多的选择。”“如果我没记错的话,我们考虑过Zola、Intus、Klearwall和Unilux。我们最终选择了Unilux。我们寻找的主要规格是窗户(包括框架)的整体r值,玻璃的u值和漏风量。”
Whetzel案例中的一个因素是他希望使用一种名为Suntuitive的玻璃,这是Unilux过去经营的一种玻璃。客户服务是一个关键的考虑因素。他写道:“即使你过去曾在其中一些公司工作过(无论是建筑商、设计师还是建筑师),上网看看最近的评论也无妨。”“随着公司的发展或管理层的改变,客户服务或产品质量受到影响的情况并不少见。”你可以阅读更多关于惠策尔的选择过程在这里.
在加拿大纽芬兰,大卫·古德伊尔选择了附近的一家制造商当他盖房子的时候几年前,他在被动式住宅顾问的建议下,选择了Kohltech的三层玻璃“Energlas”窗户。这种窗户是在邻近的新斯科舍省生产的,在美国和加拿大都能买到。古德伊尔写道:“在评估了它们的u值、基于PH模型的性能以及运输距离后,我觉得这是正确的选择。”“我们的本地市场在性能窗口方面相当缓慢,但我们确实有一家Kohltech经销商。拥有当地经销商确实有助于最终做出决定,因为如果必须安排检查,就会使保修等问题更容易解决。”总的来说,他很满意。(固特异在GBA的一系列名为“Flatrock Passive”的博客。)
在气候温和的地方,高性能可能有不同的含义。高质量的建筑,制造商的良好支持,以及强有力的保修,这些都是阿曼多·科博(Armando Cobo)的首要要求,他是德克萨斯州的零能耗住宅设计师。那些三层玻璃的欧洲倾斜转弯?没那么多。
“我喜欢务实,”他在电话中说。“我知道,在北方气候条件下,一个高性能的窗口比我们在南方要重要得多。这里,在Climate Zone 3中,我可能永远不会指定一个三窗格窗口。在这一点上,它没有经济意义。我们逃过了新英格兰人逃不掉的事。实用主义和指定高质量、高性能的窗户是很好的,但也不必走极端,打破银行。”
被告知欧式窗户的价格可能是每平方米55美元。科博回答说:“你知道我懂的。有些人喜欢开法拉利,但我认为有一辆凯迪拉克就足够了。我认为开奔驰或雷克萨斯也足够好了。我不需要开布加迪(Bughatti)或劳斯莱斯(Rolls Royce)来获得快感。”