Supervindue kan spare 10 milliarder dollars årligt i energiomkostninger

Energi til en værdi af 20 milliarder dollar siver ud af vinduer i USA hver vinter – og det er med dobbeltrude isolerende vinduer installeret på de fleste bygninger. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) arbejder nu sammen med producenterne om at bringe et "supervindue" på markedet, der er mindst dobbelt så isolerende som 99 procent af vinduerne til salg i dag og vil være klar til at opnå masse- markedsstatus.

Det "tynde tredobbelte" supervinduesdesign fordobler den termiske ydeevne af nuværende Energy Star-klassificerede termoruder og er syv gange mere isolerende end et enkeltglasvindue. Berkeley Lab-forskere har bygget og testet prototyper i laboratoriet og arbejder nu med Andersen Corporation, den største vindues- og dørproducent i landet, og separat med Alpen High Performance -produkter, som har specialiseret sig i energirigtige døre og vinduer. Begge bestræbelser søger at bygge og teste forbedrede prototyper, der er egnede til fremstilling i stor skala.

"Vores tilgang er at angribe problemet fra to sider:at udvikle både 'market pull' og 'technology push' kræfter, " sagde Berkeley Lab-forsker Steve Selkowitz, en af ​​opfinderne af supervinduekonceptet. "Vi arbejder med producenter for at hjælpe dem med deres teknologiske udfordringer, mens vi også arbejder med Energy Star, forsyningskædevirksomheder, og forsyninger, som kan tilbyde rabatter og incitamenter til forbrugerkøb. Vores rolle er at være en katalysator i at facilitere teknologisk innovation og en evangelist i at fremme DOE's energieffektivitetsmission."

Berkeley Lab har en lang historie med innovation inden for grønne byggeteknologier; for eksempel, det demonstrerede for nylig brugen af ​​kontrolleret belysning og skygge for at spare energi og arbejder på at gøre nulenergihuse til virkelighed. Dets arbejde med højtydende vinduer går tilbage til slutningen af ​​1970'erne, da oliekrisen katalyserede nye måder at spare energi på. Berkeley Lab-forskere på det tidspunkt leverede teknisk support til et helt nyt produkt - en lav-emissivitet (eller lav-e) vinduesbelægning, der hjælper med at blokere langbølgede infrarøde stråler - for at nå massemarkedsstatus. Low-e-belægninger er blevet til for at spare landet for milliarder af dollars i energiomkostninger.

Selkowitz mener, at det nye tynde tredobbelte supervindue kunne spare endnu mere. Nuværende termoruder består af to lag glas med en lav-e belægning og argongas i mellemrummet mellem glaslagene for yderligere at reducere varmeoverførslen. Innovationen af ​​Berkeley Lab supervinduet er tredelt:Det indsætter et tredje lag meget tyndt glas, der er klemt mellem de to lag af et termoruder, tilføjer en anden low-e belægning, og erstatter argongassen med kryptongassen, som er meget mere isolerende end argon i det meget smalle mellemrum mellem ruderne.

Mens der er andre tredobbelte vinduer på markedet, fordelen ved denne er, at den har samme bredde og stort set samme vægt som eksisterende termoruder. Dette undgår at skulle redesigne vinduesrammen og karmen, hvilket ville udgøre en betydelig omkostningshindring for markedsindtrængning.

Visionært mål:bedre end vægge

Energiforbrug forbundet med alle aspekter af vinduesydelse, herunder opvarmning og køling, koster amerikanske bygningsejere omkring 50 milliarder dollar årligt. Den største enkeltstående bidragyder til bygningens energiforbrug er varmetab i koldere klimaer. I varmere klimaer, ukontrolleret sollys, der transmitteres gennem vinduer, øger omkostningerne til klimaanlæg.

Årevis, den ultimative drøm for Berkeley Lab-forskere var at nå det punkt, hvor vinduer kunne udkonkurrere isolerede vægge om vinteren. Med deres tynde tredobbelte super vindue, de mener, at målet nu kan være inden for rækkevidde. "Et enkelt lag glas har en R-værdi, hvilket er dens modstand mod varmeledning, af R1; termoruder er R2, og low-e double er R4, " sagde forsker Charlie Curcija. "Vores tynde tredobbelte ruder er R8 til R10, eller cirka dobbelt så god som den bedste lav-e termoruder i dag."

Supervinduet blev faktisk opfundet og patenteret af Berkeley Lab for mere end 20 år siden. Men på det tidspunkt, der var ingen levedygtige kilder til store plader af meget tyndt glas, og prisen på materialerne gjorde det uoverkommeligt dyrt.

"Det tynde glas er 0,7 mm tykt, " sagde Curcija. "For tyve år siden kunne vi ikke finde nogen virksomheder, der kunne lave tynde glasplader i volumen. Nu har fladskærms-tv-industrien presset glasindustrien til at skabe netop det glas, vi har brug for til vinduer, og til en pris, vinduesmarkedet har råd til."

Katherine Graham, Andersens Glas Kompetence Teamleder, sagde:"Andersen Corporation arbejdede sammen med Berkeley Lab i 1980'erne for at fremme lav-e-teknologi, og vores team er begejstrede for muligheden for igen at samarbejde med Berkeley Lab for at undersøge, om denne supervinduesprototype kan blive et markedsførbart produkt, som vi kan tilbyde vores kundebase. "

Berkeley Labs historie med vinduesinnovation

Mens hovedvinduet i supervinduet er at spare på vintervarmeomkostninger, low-e-belægningen kan justeres for at gøre den mere anvendelig til sommerafkøling. "For nordlige klimaer ønsker du, at belægningen skal være så gennemsigtig som muligt, " sagde forsker Robert Hart. "For det samme vindue i Phoenix, du ønsker en spektralt selektiv belægning, der holder varmen ude af sollys, men at du stadig kan se igennem. Berkeley Lab administrerer en global database med 5, 000 ruder og belægninger på markedet i dag; en af ​​vores opgaver for DOE er at komme med det optimale udvalg til et supervindue i hvert klima."

Supervinduet er forskelligt fra "smartvinduer, "såsom elektrokrome vinduer, som automatisk toner som reaktion på sollys for at forhindre bygningsinteriør i at overophede og dermed reducere køleomkostninger. Berkeley Lab har også gjort fremskridt inden for denne teknologi, inklusive et nanokrystalmateriale, der dynamisk kan styre sollysintensiteten, når det passerer gennem et vindue, en innovation, der nu udvikles af en startup, Heliotrop.

Stadig, elektrokrome vinduer, til omkring fem til otte gange prisen for supervinduet, betragtes som en avanceret specialitet og er lige begyndt at komme ind på markeder. Den lave e-belægning, på den anden side, er nu i næsten 90 procent af alle solgte vinduer.

Udfordringen med at komme dertil, Hart sagde, var ikke kun den videnskabelige innovation inden for belægningsdesign, men også at overvinde markedsbarrierer. For at gøre sagen Berkeley Lab-forskere skabte laboratorie- og felttestfaciliteter til at måle vinduesenergieffektivitet, og leverede også design- og valideringssoftwareværktøjer brugt af industrien og en nonprofitorganisation, National Fenestration Rating Council, at bedømme vinduer. Low-e belægninger har sparet landet 150 milliarder dollars i energiomkostninger i hjemmet, sammenlignet med en basiskasse med konventionelle termoruder.

Nu håber Berkeley Lab-forskere at replikere eller endda overgå denne påvirkning. "Vi hjalp med at skabe et marked for flere milliarder dollars om året inden for højtydende vinduer med enorme energibesparelser, " sagde Selkowitz. "Nu håber vi at tage endnu et spring i vindueseffektivitet og udvide vores tidligere succes."