Właściciele domów kochają okna - światło, które wnoszą, widoki, które oprawiają, atmosferę, jaką dają domom. Eksperci energetyczni nienawidzą okien – ciepła, które przynoszą, ciepła, które odprowadzają, dodatkowego zużycia energii, które powodują. Trwa wyścig w celu opracowania technologii, która pozwoli właścicielom domów umieszczać okna w dowolnym miejscu bez obawy, że koszty energii gwałtownie wzrosną.
Powłoki niskoemisyjne
Okna przez lata ulegały ciągłej poprawie, najpierw z szybami zespolonymi, które zapewniały strefę buforową powietrza między dwiema szybami w celu zmniejszenia strat ciepła ponoszonych przez szyby pojedyncze podczas zimnej pogody. Ulepszenia były kontynuowane wraz z pojawieniem się powłok niskoemisyjnych lub niskoemisyjnych. Te mikrocienkie powłoki metaliczne odbijają ciepło, odsyłając je tam, skąd pochodzi. Powłoki niskoemisyjne znacznie poprawiają jakość termiczną szyb zespolonych, pomagając utrzymać ciepło w domu zimą i chłodniej latem. Dodanie wypełnienia gazowego argonem lub kryptonem pomiędzy powlekanymi szybami zwiększa właściwości izolacyjne jednostki okiennej.
Na najwyższym poziomie dostępnej technologii okiennej znajdują się powłoki spektralnie selektywne. Powłoki nakładane są na tafle szkła w celu zmniejszenia nagrzewania się poprzez blokowanie dostępu wybranych promieni do domu. To ulepszenie szkła powlekanego niskoemisyjnego pomaga jeszcze bardziej zmniejszyć utratę ciepła od wewnątrz i zysk ciepła z zewnątrz. Służy również do ochrony mebli i tkanin przed blaknięciem słonecznym. W przypadku wypełnionego gazem, spektralnie selektywnego szkła powlekanego w dobrze skonstruowanej szybie zespolonej, wartość R okna może zbliżyć się do wartości dobrze izolowanej ściany. Mimo to, poza rysowaniem rolet lub markiz, słońce rzuca wyzwanie wszystkim oknom i powoduje przyrost ciepła słonecznego, które może zagrozić każdemu budżetowi energetycznemu.
Nowa technologia okienna
Firmy badają obecnie technologie, które pozwolą na dostanie się do domu maksymalnej ilości światła widzialnego, blokując jednocześnie promienie, które powodują gromadzenie się ciepła w domu. Wejdź do przełączanych okien, które reagują jednym pstryknięciem przełącznika, aby przyciemnić, rozjaśnić lub prawie całkowicie zablokować dostęp słońca do przestrzeni życiowej. Technologia już istnieje, aby wprowadzić przełączalne szkło prywatności (SPG) do domów, ale te okna nie blokują nagrzewania ani przenikania światła ultrafioletowego (UV). Po przełączeniu SPG zmienia się z przezroczystego na mlecznobiały, co pozwala światłu dostać się do wnętrza, podczas gdy widok jest zasłonięty z zewnątrz. Marvin Windows wprowadził tę technologię na rynek mieszkaniowy, ale został zmuszony do porzucenia jej ze względu na problemy z jakością.
Nagrodą będzie odkrycie przełączalnego przyciemnianego okna, które reaguje na wzrost światła i ciepła, pochłaniając promienie, jednocześnie umożliwiając przenikanie światła. Jedynym problemem jest to, że każda taka technologia musi pokonać wiele przeszkód, zanim trafi na rynek. Wiele firm konkuruje o opracowanie elektrochromowego lub chemicznego rozwiązania okiennego, które może przyciemniać i rozjaśniać okna za naciśnięciem przełącznika lub za pomocą automatycznego czujnika.
Budowanie lepszego okna
Kluczowe przeszkody są trojakie: trwałość, stabilność termiczna i niezawodność w zakresie przełączania. Gentex Corporation, firma z Zeeland w stanie Michigan, znana z elektrochromowych lusterek samochodowych, które automatycznie przyciemniają się i rozjaśniają, aby wyeliminować odblaski, przechodzi własne testy na elektrochromowe szyby. .
„Zrobiliśmy wzrost wytrzymałości, dość znaczący”, mówi Tom Guar, wiceprezes ds. badań chemicznych w Gentex. Jednak celem musi być wyprodukowanie okna, które wytrzyma 20 lat. „Kiedy o tym myślisz, jest to dość trudne środowisko”, mówi Guar o naprężeniu, jakie musi wytrzymać okno zaprojektowane do pochłaniania ciepła. „Jeśli pomyślisz o tym, że tafla szkła pochłania duże ilości światła i ciepła, bardzo się nagrzeje, może nawet pęknie szkło” – mówi.
Dodaj do tego podatność na przenikanie wody, co jest problemem dla wszystkich szyb zespolonych (IGU), oraz przenikanie tlenu, a jest wiele do pokonania. Marvin walczył o to, aby folia przykleiła się do szkła, a uszczelnienie pozostało nienaruszone. Każdy przyszły produkt będzie musiał rozwiązać te same problemy.
Firma Sage Electrochromics, Faribault, Minn., wytwórca SageGlass, opracowała technologię elektrochromowych okien, która przeszła wszystkie cztery poziomy testów przeprowadzanych przez Departament Energii. Powłoki elektrochromowe są bardzo podobne do powłok niskoemisyjnych, ponieważ składają się z szeregu warstw nieorganicznych nałożonych na szkło. Warstwa magazynująca zawiera lit, który zasila przejście, podczas gdy warstwa elektrochromowa zmienia się z przezroczystej, przez zabarwioną, na ciemną. Całą reakcję wyzwala elektroniczny sygnał odbierany z przełącznika. Sage stara się teraz nawiązać współpracę z producentami szkła i okien, aby stworzyć produkt, który będzie dostępny dla konsumentów do użytku domowego.
Efektywność okien w przystępnej cenie
„Uważam, że ich technologia jest bardzo dobra”, przyznaje Guar. Jednak według niego kluczowe będzie wyprodukowanie okna niedrogiego, niezawodnego i trwałego. Konsekwencje produkcji są ogromne, mówi. „Obsługa dużych tafli szkła nie jest trywialna” – mówi Guar. Pokrycie tego szkła warstwą chemiczną jest jeszcze trudniejsze. „Nie jest to łatwe do osiągnięcia” – mówi Guar. Mimo to odpowiednie partnerstwo umożliwiłoby dostęp do szkła firmom okiennym, które uważają, że mogą zapewnić niezawodne uszczelnienie dla tej technologii. Fakt, że firma Sage współpracuje z firmą Honeywell w celu zapewnienia możliwości przełączania, jest ogromnym wzmocnieniem ich produktu.
Oczywiście dostępne są technologie wykorzystujące zaawansowane rozwiązania chemiczne w celu poprawy efektywności energetycznej. Heat Mirror firmy Southwall Technologies w Palo Alto w Kalifornii to doskonały produkt, który został opracowany, aby izolować szkło przed utratą i przyrostem ciepła. Okna Heat Mirror posiadają izolacyjną barierę odbijającą, która jest zawieszona pomiędzy taflami szkła. Jest selektywny spektralnie i przepuszcza światło widzialne, blokując jednocześnie promienie bliskiej podczerwieni, które powodują gromadzenie się ciepła. Pełni funkcję trzeciej warstwy izolacji i znacznie podnosi wartość R ścian z oknami. Ale chociaż wartość R z oknami Heat Mirror jest wyjątkowa, koszt izolacji okien tego kalibru jest bardzo wysoki. I nie można ich przełączać.
Większość ekspertów zgadza się, że kluczem do wygrania wyścigu o wysoką wydajność okien jest opracowanie przystępnej technologii, która może być produkowana masowo i trwać przez cały okres obowiązywania standardowej gwarancji na okna.
Z punktu widzenia konsumentów technologia elektrochromowa może zrewolucjonizować rozmieszczenie okien i projektowanie domów, umożliwiając projektantom umieszczanie okien na fasadach wychodzących na zachód bez ponoszenia niesamowitego obciążenia, jakie zachodnie słońce nakłada na system klimatyzacji. Może to również oznaczać projektowanie z myślą o wspaniałym porannym słońcu, którego tak wiele domów obecnie unika. Co więcej, ponieważ ta technologia jest sterowana przez urządzenie, można ją nawet zaprogramować na automatyczne przyciemnianie lub rozjaśnianie, dzięki czemu można skutecznie kontrolować klimat w pomieszczeniach, nawet gdy właściciel domu jest nieobecny.