Husägare älskar fönster - ljuset de ger, utsikten de ramar in, känslan de ger hem. Energikexperter hatar fönster - värmen de tar med sig, värmen de dränerar, den extra energif.webpörbrukning de orsakar. Tävlingen fortsätter att utveckla tekniken som gör det möjligt för husägare att placera fönster var de vill utan rädsla för skyhöjande energikostnader.
Low-e-beläggningar
Windows har fortsatt att förbättras genom åren, först med isolerade glasenheter som tillhandahöll en buffertzon av luft mellan två glasrutor för att minska värmeförlusten som uppstår i enskilda rutor under kallt väder. Förbättringar fortsatte med tillkomsten av beläggningar med låg e eller låg emissivitet. Dessa microthin metallbeläggningar reflekterar värme och skickar tillbaka den dit den kom ifrån. Low-e-beläggningar förbättrar den termiska kvaliteten på isolerade glasenheter avsevärt, vilket hjälper hem att hålla sig varmare på vintern och svalare på sommaren. Lägga till argon- eller kryptongasfyllning mellan dessa belagda rutor bidrar till de isolerande egenskaperna hos fönsterenheten.
I den höga änden av tillgänglig fönsterteknik finns spektral selektiva beläggningar. Beläggningarna appliceras på glasrutorna för att minska värmeförlusten genom att blockera utvalda strålar från att komma in i hemmet. Denna förbättring av lågt belagt glas hjälper till att ytterligare minska värmeförlusten från insidan och värmeförstärkningen från utsidan. Det tjänar också till att skydda möbler och tyger från solblekning. Med gasfylld, spektralt selektivt belagt glas i en välkonstruerad isolerad glassenhet kan R-värdet för ett fönster närma sig det för en välisolerad vägg. Ändå är det lite att tänka på nyanser eller markiser och att slå solen utmanar alla fönster och orsakar solvärmevinst som kan äventyra alla energibudgetar.
Ny fönsterteknik
Företagen undersöker nu teknologier som gör det möjligt för maximalt synligt ljus att tränga in i hemmet medan de blockerar strålarna som orsakar värmeuppbyggnad i hemmet. Gå in i omkopplingsbara fönster som svarar med en strömbrytare för att mörkna, ljusna eller nästan helt blockera solen från att komma in i bostadsutrymmet. Det finns redan teknik för att ta med switchbart integritetsglas (SPG) till hem, men dessa fönster blockerar inte värmeförstärkning eller ultraviolett (UV) ljusgenomströmning. SPG ändras från klar till mjölkvit när den byts, vilket gör att ljus kan tränga in i det inre rummet medan utsikten är blockerad från utsidan. Marvin Windows förde denna teknik till bostadsmarknaden, men tvingades överge den på grund av kvalitetsproblem.
Priset blir att upptäcka ett omkopplingsbart tonat fönster som reagerar på ljus och värmeökning genom att absorbera strålar samtidigt som ljuset tränger igenom. Det enda problemet är att någon sådan teknik måste undanröja ett antal hinder innan den går till marknaden. Många företag tävlar om att utveckla en elektrokrom eller kemisk fönsterlösning som kan göra mörkare och ljusare fönster med en strömbrytare eller med automatisk sensor.
Bygga ett bättre fönster
De viktigaste snubblarna är tredubbla: hållbarhet, termisk stabilitet och tillförlitlighet när det gäller växling. Gentex Corporation, ett företag i Zeeland, Michigan.
"Vi har ökat hållbarheten, ganska betydande," säger Tom Guar, vice VD för kemisk forskning för Gentex. Målet måste ändå vara att producera ett fönster som kan stå upp i 20 år. "När du tänker på det är det en ganska tuff miljö", säger Guar om påfrestningarna som ett fönster som är konstruerat för att absorbera värme måste tåla. "Om du tänker på att din glasruta absorberar stora mängder ljus och värme, blir det väldigt varmt, kanske till och med spricker i glaset", säger han.
Lägg till känsligheten för vattengenomträngning, vilket är ett problem för alla isolerade glasenheter (IGU) och syregenomträngning, och det finns mycket att övervinna. Marvin kämpade med att se till att filmen vidhäftade till glaset och att förseglingen förblev ostörd. Alla framtida produkter måste ta itu med samma problem.
Sage Electrochromics, Faribault, Minn., Tillverkare av SageGlass, har utvecklat en elektrokrom fönsterteknologi som har klarat alla fyra testnivåerna av Department of Energy. Elektrokroma beläggningar är ungefär som low-e-beläggningar genom att de består av en serie oorganiska skikt applicerade på glas. Ett lagringsskikt innehåller litium för att driva övergången medan det elektrokroma skiktet ändras från klart till tonat till mörkt. Hela reaktionen avbryts av en elektronisk signal som tas emot från en omkopplare. Sage försöker nu samarbeta med glas- och fönstertillverkare för att skapa en produkt som kommer att finnas tillgänglig för konsumenter för hemmabruk.
Gör fönstereffektivitet prisvärd
"Jag tycker att deras teknik är mycket bra", medger Guar. Ändå, som han ser det, kommer nyckeln att producera ett fönster som är överkomligt, pålitligt och hållbart. Konsekvenserna av tillverkningen är enorma, säger han. "Att hantera stora glasark är inte trivialt", säger Guar. Att täcka det glaset med en kemisk film är ännu svårare. "Det är inte lätt att åstadkomma", säger Guar. Ändå skulle rätt partnerskap göra glaset tillgängligt för fönsterföretag som känner att de kan ge en pålitlig tätning för denna teknik. Det faktum att Sage samarbetar med Honeywell för att ge omkopplingsfunktionen ger en stor boost till deras produkt.
Beviljas, det finns tekniker tillgängliga som använder avancerade kemiska lösningar för att hantera energieffektivitet. Heat Mirror, från Southwall Technologies i Palo Alto, Kalifornien, är en utmärkt produkt som utvecklades för att isolera glas från värmeförlust och värmeförlust. Heat Mirror-fönster har en isolerande reflekterande barriär som är upphängd mellan glasrutorna. Det är spektralt selektivt och tillåter synligt ljus att tränga in medan det blockeras nära infraröda strålar som orsakar värmeuppbyggnad. Det fungerar som ett tredje isoleringsskikt och ökar kraftigt R-värdet på väggar med fönster. Men även om R-värdet med Heat Mirror-fönster är exceptionellt är kostnaden för att isolera fönster av denna kaliber mycket hög. Och de kan inte bytas.
Nyckeln till att vinna det högeffektiva fönsterloppet är de flesta experter överens om att utveckla en prisvärd teknik som kan massproduceras och pågå under en standardfönstrets garanti.
För konsumenter kan elektrokromisk teknik revolutionera fönsters placering och hemdesign, vilket gör det möjligt för designers att placera fönster på västerutvända fasader utan att upprätthålla den otroliga bördan som en slående västra sol lägger på luftkonditioneringssystemet. Det kan också innebära att man utformar den härliga morgonsolen som så många hem för närvarande undviker. Ännu bättre, eftersom den här tekniken är enhetsstyrd kan den till och med programmeras för att bli mörkare eller ljusare automatiskt så att inomhusklimat kan kontrolleras effektivt även när husägaren är frånvarande.