图片来源:Stephen Thwaites, Thermotech玻璃纤维开窗
能源书呆子的更多思考
2015年3月18日更新
窗户是“能量洞”的普遍看法是一个坏名声。由于如今的高太阳能吸收三层玻璃的窗户收集的热量大于散失的热量，好的窗户比隔热墙的性能更好。毕竟，墙壁只会损失能量，而窗户可以在白天获得能量，以平衡晚上损失的能量。
加拿大的窗户评级系统
在加拿大，窗户是根据ER(能源等级)方法评定的。对于那些生活在寒冷气候中的人来说，加拿大的ER系统可以说是一种比美国使用的任何系统更容易理解的窗户评级方法，在美国，NFRC窗户标签会引起相当多的挠头。
根据加拿大自然资源部的一份解释原始ER评级系统的文件，“窗户的ER评级是衡量其性能的标准整体性能，基于三个因素:1)太阳热增益;2)通过框架、间隔和玻璃的热量损失;3)漏风热损失。以瓦/平方米为单位确定一个数字，这个数字是正的还是负的，取决于供暖季节的热量增益或损失。”
在原有的ER评级制度下，ER为负的窗户是“能量洞”，而ER为正的窗户就像加热器一样。设计糟糕的窗户的ER评级低至-25，而表现最好的三层玻璃窗户的ER评级约为+1(可操作窗户)或+8(固定窗户)。
窗户制造商很不高兴地发现，他们的许多窗户最终都得到了负面评价。加拿大当局决定对制造商的抱怨做出回应，他们制定了一种类型的分数膨胀:在每个窗口原有的ER分数基础上加40分。大笔一挥，-10变成了30,1变成了41。
朝南的窗户产生的能量最多
考虑一扇1平方米的固定窗户，配备最好的三层玻璃……
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32个评论
冷Climatist
马丁,
我怀疑只有一个非常狭窄的气候带(或社区)，你的“底线”在4个季节里是有意义的。
卡尔说得对……我相信你可能有北方和非城市隧道的视野。
隧道视野?
约翰,
在我的博客中，我多次明确表示，我正在处理寒冷气候下的窗户规格。我不认为报道寒冷气候问题是狭隘的。
我对热气候设计和热气候窗口规范的看法可以在之前的博客中找到，“炎热气候设计。”
提醒那些气候炎热的读者:美国人用于住宅供暖的能源消耗大约是用于住宅空调的六倍。
气候区
约翰,
为了评估供暖季节的窗户性能，从收益中减去能量损失。我在本文中提供了一些来自缅因州、安大略省、蒙大拿州和英国伦敦的数据。
对于任何比这些气候更温暖或阳光充足的气候，供暖季节窗户的能源性能将比缅因州、安大略省和蒙大拿州报告的能源性能更好，而不是更差。
笑脸
马丁,
我应该在我的评论旁边放一个笑脸。
许多气候有不止一个季节;-)
只是想激励你浏览更多的博客，了解更多的气候和季节。
就当我被激怒了吧
约翰,
谢谢你的鼓励。我会尽量在佛蒙特州的故事和德克萨斯州的故事之间保持一个更好的平衡。
来自玻璃爱好者的感谢!
谢谢你的提醒，玻璃是一种可以有广泛特性的材料，设计应该是区域性的。令人遗憾的是，许多住宅都采用了最糟糕的模块化和场地特定设计:复制了不合适的风格和功能，但修改了计划，使任何房子都可以放在任何方向，而不是考虑太阳能和其他因素。安妮·艾略特·梅里卡，RA IntegratedFraming.com
澄清
马丁,
在这篇文章中，你说“美国人在住宅供暖上消耗的能源大约是住宅空调的六倍”，在炎热的气候设计帖子中，你说“美国人在住宅供暖上花费的能源大约是他们在制冷上花费的两倍”。
你能澄清一下吗?
比墙性能更好的窗户
马丁,
你引用了Dariush Arasteh几十年前的评论。那时，我们还没有今天市场上的一些LowE产品。如果我给你一个选择，你会选择什么?一个以玻璃为中心的r值为8.8的产品，其冬季北方太阳增益非常有限还是一个r值为11.6的产品，其北方太阳增益有限约为1/3 ?这些都是我们使用今天的LowE技术所面临的选择(与卡地纳366玻璃相比，LOF的能源优势)。我认为我们必须回到模拟项目，重新评估。我不怀疑我们可以在南方获得更高的太阳能增益玻璃，但对于所有夜晚和许多冬季，游戏正在减缓热量损失，具有高r值的窗户可以超过某些方向的增益。
供暖与制冷成本
詹姆斯,
这两种说法都是正确的，尽管这篇博客中的说法比“炎热气候设计”文章中的说法更准确一些。
这两种说法似乎不同，因为一个是指能源使用(千瓦时或BTU)，而另一个是指成本(美元)。
本博客中的声明是基于2001年美国能源信息署的住宅能源消费调查。该调查报告称，美国家庭平均每年用于空调的电量为2263千瓦时;相当于7,723,393 BTU。据报道，住宅空间供暖的平均能耗为4490万BTU。这意味着空调场地的能耗仅为采暖场地能耗的17.2%。这就解释了我6比1的声明。
当然，如果把英热单位换算成美元，这一比例会缩小，因为每英热单位的电费比天然气或石油贵。
2006年11月，我写了一篇文章能源设计更新，我将这些能量数据转换为美元。当然，能源成本一直在变化。根据每千瓦时12美分的电费和每立方英尺1.36美元的天然气价格，我计算出，一个燃烧天然气的家庭平均每年将花费610美元用于取暖，而空调的平均成本为271美元。这两个数字解释了“美国人花在住宅供暖上的钱大约是他们花在制冷上的两倍”的说法。
Arasteh的U-factors
罗斯,
在他1993年的论文中，Arasteh讨论了“高度绝缘的窗户……r值大于6。”假设他没有把窗户和玻璃搞混，那么他讨论的似乎是整扇窗户u系数小于等于0.166的窗户。u系数相当不错。很少有建筑商购买u系数更低的窗户。具有三层玻璃的Thermotech平开窗的最低可用u系数为0.17。
当然，你可以去热镜玻璃与多个塑料薄膜，并获得一个较低的u系数。但这些窗户的VT等级很低，对大多数房主来说都是灰色或有色的。
超级窗户
很棒的文章，Martin
如果我们在超级隔热革命开始的时候有这样的窗户就好了，那是那些房子里最弱的热区。如果使用正确的窗户、位置和尺寸，就有可能获得净太阳能，那么在寒冷的气候条件下，每层高的玻璃面积是否有一定的比例是合理的呢?
对于一个非常紧密和绝缘良好的建筑来说，过多的朝南玻璃导致的过热是一个设计挑战。大多数新住宅，即使是超级隔热的，也是轻质建筑，主要的储热介质是石膏板、木材和家具。我的研究表明，轻质住宅的蓄热量约为每平方英尺6英热单位每华氏度，充放电周期约为8小时。考虑到这一点和太阳f图，一个人应该能够为一个给定的位置，为一个新的或现有的房子适当大小的窗户。对于现有的住宅进行极端的能源改造，必须仔细注意窗户的大小、朝向和热质量，以获得适当的舒适。
比较千瓦时和英制单位的消耗
马丁,
在不考虑传输损失的情况下将KWH转换为BTU真的公平吗?
美国人不是真的在消耗发电厂消耗的btu吗?
电力成本更高的原因是因为它消耗更多....对吧?
现场能量和源能量
约翰,
我通常会明确我说的是场地能量还是源能量;例如，在我最近的博客“房子与汽车”中，我写道，“每个家庭用于空间供暖、热水和电器的能源消耗平均为97,734,040 Btu(现场能源)。”然而，在我12月11日对你的评论的回复中，我确实提到了2001年住宅能源消费调查数据，但没有说明能源是现场能源而不是源能源。有时，在匆忙回复一篇博客时，我没有在更正式的写作中用到的所有星号和插入的解释。
正如大多数人所知，在燃料发电厂中，产生1千瓦时的电力需要超过1千瓦时的化石燃料。当然，有些电力来自水力发电设施，有些则来自风力涡轮机;有了这些源，站点与源的问题就无关紧要了。
你对传输损失的担心有点不合时宜。输电损耗约占发电输入能量的2%。大多数专家认为，化石燃料发电厂大约1/3的能源价值用于发电，而大约2/3成为废热。
有关更多信息，请参见:
http://www.eia.doe.gov/emeu/mecs/mecs94/ei/elec.html
将千瓦时的电能转换为英制单位并不是一个微不足道的问题，因为产生千瓦时电能所需的输入能量远远大于在使用时千瓦时中有用的能量。因此，从千瓦时到英制单位的有意义的用电量转换可以用以下方式给出:
*现场(使用点)电力，通用值为3,412英热单位/千瓦时。这个值对工程师、能源经理和其他试图评估能源效率的人很有用。
*一次电，其值反映用于发电的输入能量的含量。这一比率对考虑全球资源和环境问题的决策者和分析人士最有用。
为了方便和一致性，传统上使用一个系数将使用点的电力转换为一次电力:1985年为10,447 Btu/kWh, 1988年为10,324 Btu/kWh, 1991年为10,352 Btu/kWh, 1994年为10,280 Btu/kWh。这些因素代表了美国各年度化石燃料发电厂发电过程的平均能源投入，详见EIA的《月度能源评论》(DOE/EIA-0035(95/03))。然而，读者应该明白，电力估计范围的真实转换值是未知的。将单一值应用于本报告中的电力估计数范围，只能提供一次电力的粗略近似值，因为:
*对于某些类型的公用事业能源投入——水力发电、木材/废物、风能和太阳能(热能或光伏)，没有普遍接受的转化率。
*化石燃料、核能和地热发电过程已知但不同的转化率，因此这些能源的总转化率是它们组合的函数。
经验法则
道格,
你问:“玻璃面积是否占总面积的百分比?”对于寒冷的气候来说，这有意义吗?”
总之，没有。有时计算是不可替代的。
两所房子都有2000平方英尺的面积。但是要有很大的不同——不同的方向，不同的包膜表面积，不同的开窗方向。
不过，也有人提出了一些经验法则。大多数是指南玻璃的面积占建筑面积的百分比。然而，关于这种经验法则，有很多警告;SHGC为0.33的玻璃明显比SHGC为0.65的玻璃传递的热量少。
即使在上世纪七八十年代，玻璃的选择还很少，经验法则也到处都是。我的爱好是收集这样的经验法则。有些是很好的经验法则，有些是荒谬的。
例如:
绿色建筑:项目规划与成本估算[R.S.]意味着:“(直接增益空间)所需的窗户面积在温和气候下为建筑面积的10-20%，在寒冷气候下为20-30%。”
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SBIC的绿色建筑指南:“如果房子没有额外的内部质量(除了家具、干墙、建筑等提供的典型数量)，朝南玻璃的最大允许面积约为完工面积的7%。”
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可持续建筑工业委员会(SBIC)建议非南玻璃的数量如下:占总建筑面积的北部4%，东部4%，西部2%。根据阳光强化住宅的标准指南，南墙上的玻璃净量不应超过房屋总建筑面积的7%。如果增加更多的窗户面积，将需要额外的热质量，以避免在晴朗的冬天过热。
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Lenny Gibson，房主:“我把我的玻璃面积校准到建筑面积的6%到7%。早期的指导方针是10%，但事实证明这太高了。”
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Daniel Chiras，太阳能住宅:“在直接获得被动式太阳能住宅中，太阳能玻璃面积应在总地板面积的7%至12%之间。”
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http://www.lrc.state.ky.us/kar/115/002/020.htm
肯塔基州法规:“主动太阳能、被动太阳能、风能和地热能系统的所得税抵免”:“如果被动太阳能玻璃面积与直接增益空间的地板面积之比不超过16%，则不需要超出正常家居家具和墙壁饰面之外的额外存储质量。”
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黛布拉·拉克·科尔曼的《阳光小屋》:
“在房子的南墙上放置至少5%和最多12%的玻璃(房子的调节面积)……如果南玻璃超过楼面面积的7%，安装吸热材料…(热质量)”。
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加拿大:
http://www.newenergy.org/sesci/publications/pamphlets/passive.html
“为了让阳光照进来，建议南墙的窗户面积约为地面面积的8%。”
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Alison Kwok和Walter Grondzik的《绿色工作室手册》:
[听起来太高了]“对于寒冷或温和的气候，使用朝南的太阳能玻璃比例在0.2到0.4平方英尺之间，每平方英尺的加热地板面积都有适当的玻璃孔。在温和到温带气候条件下，每平方英尺加热地板面积使用0.10到0.20平方英尺类似的孔径。”
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来自SBIC的绿色建筑指南:“经验法则是热质量应该是直接增益，朝南玻璃面积的六倍左右. ...对于大多数热质量材料，它们的能量效率增加到约4英寸的厚度。厚度超过4英寸的物体通常不能足够快地吸收和释放热量，不足以有效地吸收和释放热量，值得额外的投资。”
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Alison Kwok和Walter Grondzik的绿色工作室手册:“一般规则是提供4-6英寸厚度的混凝土，大约是太阳能玻璃面积的3倍。这假设质量直接受到太阳辐射的照射。对于只接收反射辐射的质量，通常建议比例为6:1。”
能源评级在加拿大很少使用
嗨,马丁,
NRCan对窗口进行评级的ER方法是对窗口进行评级的一种明智而直接的方法。这就是我对ER的想法，当我第一次看到它时，我是在2004年为装修选择窗户。
我住在加拿大国家首都地区，因此对NRCan和CMHC等机构多年来开发的各种进步项目有更多的了解，原因很简单。随着R2000和它的商业表弟C2000, ER评级方法是领先于它的时代;因为错误的原因。主要是因为我们在加拿大，就像在美国一样，没有强制要求建筑达到更高的能源效率标准，而是由市场来决定。实际上是建造者自己决定的。所以ER和R2000成为了很好的但很少被使用的创新。
不幸的是，能源评级方法作为一个有用的消费者工具几乎是没有意义的，即使在加拿大自然资源所在的地方。渥太华几乎每个橱窗零售商的橱窗上都只有NFRC的标签。为什么?因为显示他们窗口的ER评级可能会很尴尬。它肯定不是正数。
快进到2006年至2007年，我和妻子计划给我们的房子添置一幢房子，我又开始寻找窗户并做我的研究。我听说了被动式房屋的概念，我的谷歌搜索把我带到了文章一位“能源宅”为一本名为《能源设计更新》(energy Design Update)的不知名杂志撰稿。我在谷歌上搜索了她使用的窗户，结果发现热技术窗户几乎是在我的后院制造的。
我不认为我会遇到Thermotech，因为ER评级方法。我在周围搜寻了很久才偶然发现他们。如果EDU在2004年我翻新的时候在线就好了。我可能不会被困在我房子的原始部分的双层玻璃双层悬挂窗户。
荒谬的是，我想这种荒谬对你来说太熟悉了，马丁，加拿大联邦政府，NRCan本身，为更换符合“能源之星”标准的窗户发放回扣当它可以使用它开发的更有效更有意义的ER评级方法，来提高窗户能效的意识。
希望随着人们对更好的窗户的需求，制造商和政府将开始使用ER评级作为向消费者传达窗户能效的标准方式。
最后，感谢你写了那篇被动式房屋的文章。
欢呼,
安德鲁
窗户不是能量洞
我为我的新书《零能耗-绿色建筑出版社》(Energy Free - Green Building Press)所做的一些分析也表明，当你更换R-5或更好的窗户时，更换窗户可能是一个有吸引力的回报项目，例如，加拿大三窗格或严肃窗户(为了充分披露，我担任顾问)。在过去，这通常是不正确的，因为你能做的最好的事情就是用~R-2替换为R-3。这些高性能窗户可以改变家庭改造经济的游戏规则。
翻新窗户的回报?
安,
我想看看你的回报计算。2008年，一个人花了3002美元买了两扇Thermotech窗户——这只是窗户的价格，不包括其他材料或安装劳动力——很难以一种经济回报的方式来处理这些数字。(不可否认，每个窗户都是一个组合单元，包括两个可操作的窗户。但这些窗户并不便宜。)
我知道窗户可以节约能源，但我只买得起这些漂亮的窗户在我的房子里的一个房间。即使我用丙烷为我的房子供暖(实际上我自己砍柴)，我在两扇新窗户上的投资也要过几十年才能看到经济回报。
高效的窗户
我想在讨论中补充以下因素。首先，在我们所在的地区(蒙大拿州)，眩光和隐私问题经常超过太阳能增益，导致大部分时间窗帘都是拉着的。其次，在冬天的晚上，全玻璃的房子仍然会有一些辐射舒适的问题(r6 -8的窗户仍然比R25的墙更冷)。我们需要针对全年性能和最坏的情况进行设计。最后，让我们不要忘记，房子需要是有用的和爱的。窗户设计还需要兼顾隐私性、墙面空间的利用、采光水平、内外视野、美学等，更多的是主观的体验价值。根据我的经验，这是最难的部分。
隐私问题和全玻璃房子
J.L. Baerg
我同意你所有的观点。全玻璃房子的设计是为了说明一个技术要点;它从未被提议作为一个理想的房屋设计。
你可能知道，三层玻璃的窗户比双层玻璃的窗户更不容易引起舒适的抱怨，因为辐射效应。
SHGC的南向窗户
有关SHGC对被动式太阳能加热影响的快速定性评估，请参见
http://greenbuildingindenver.blogspot.com/2009/12/solar-cats.html
墙是净能量的增益者
马丁H.写道:“如果有可能买到性能比隔热墙更好的窗户……”
我记得在阿尔伯塔省做的一些研究表明，即使在非常寒冷的冬天(往往是晴天)，朝南的墙壁也能获得净能量。我不记得东方和西方的表现如何。有人比较过绝缘良好的墙体组件和非常好的窗户的净能源性能吗?
乔恩
场地来源因素(供Martin H.)
然而，读者应该明白，电力估计范围的真实转换值是未知的。将单一值应用于本报告中的电力估计范围，只能提供一次电力的粗略近似值，因为……
嗨，马丁——我不知道你是否已经看到了这个，但我所见过的关于各种燃料的场地和源能量转换因子的最彻底的分析是Deru和Torcellini的NREL论文“建筑能源使用的源能量和排放因子”:http://www.nrel.gov/docs/fy07osti/38617.pdf如果你想用的话，它有每个州的站点-来源的数字。
谢谢,Kohta
你链接到的NREL报告比我们大多数人在这个问题上需要知道的更多——包括相当多的各州表。
谢谢。
墙壁是净能量增益者
乔纳森·比尔斯
关于朝南的墙的有趣问题;我不知道答案。不过，像往常一样，科罗拉多州或加拿大大草原省份的居民会比我们这些多云的佛蒙特州的居民过得更好，因为佛蒙特州在11月、12月和1月的太阳非常罕见。
比墙好
请提供俄亥俄州托莱多一对30 x 48超级窗户的定量能量数据，24/365净btu热增益/损失，直接北方暴露vs.南方暴露;两种暴露的数据。谢谢你弟弟
计算窗口热量损失和增益
鸭子,博士
恐怕你没有提供足够的信息。“超级窗口”不是一个专业术语。为了了解窗口的性能，我们需要知道窗口的u因子和SHGC。
每平方英尺每小时热量损失单位为btu，计算方法为u因子乘以室内外温差。要计算窗户的热增益，你可能需要使用一个免费的在线工具:
http://www.susdesign.com/windowheatgain/index.php
建造和翻新
你好，马丁，你的博客确实引起了很多评论。我的问题是，在建造或翻新房屋时，有标准和评级供消费者明智地选择。
这些标准和评级似乎不是强制性的，也不像一位评论者声称的那样，建筑商、建筑师和消费者在确定拟议房屋的朝向时必须遵守任何标准，或者在特定气候下最好地使用材料。负责审核建筑过程的地方当局在哪里?为什么监管和监督建筑道德规范和标准的地方当局不鼓励强制性标准。这并不是加拿大独有的，但所有建造或翻新的房屋都必须符合最低标准或等级，包括朝向、材料类型、窗户玻璃和其他建筑材料。我们需要提高最低标准吗?我很惊讶，所有的注意力都放在“全球变暖”和“螺旋式上升”的能源使用成本上，我们仍然继续把决定留给消费者和或零售商，他们经常考虑其他因素，而不是在一个负担得起的家庭中舒适地生活，并考虑该地区的天气状况，对整个社会来说是最好的。
约翰
http://www.cavalok.com/
仇敌!
天啊天啊，有些评论有点挑剔了。约翰，你一开始提出了一些很好的观点，但是为什么JLBaerg认为马丁提出的全玻璃房子是一个理想的设计选择?不管怎样，马丁，你的观点都很有力，你的反驳也很有力。
在节能玻璃这样的问题上看到27条评论真是太棒了。致所有评论者，干得好!评论者是一个词吗?
维多利亚式窗户方案
简单地随太阳变化SHGC/ r值可能有意义吗
通过打开和关闭美丽
厚重的双层/三层(无空气空间)窗帘
而不是便宜的高shgc玻璃?
当然，厚重的窗帘需要比石膏板更多的安装，但是....
厚重的窗帘并不能阻止太阳热量的增加
米小姐,
如果像你说的那样，阳光透过高太阳增益的窗户照射进来，而阳光正照射在厚重的窗帘上，那么窗帘的温度就会升高。一旦窗帘又热又好，热气就已经进入你的房间了。它通过辐射和对流转移到房间里的其他物体上。
换句话说，一旦太阳穿过高太阳增益玻璃进入房间，再想阻止它就太晚了。窗帘也没用。
恕我不同意
一堵墙不仅会损失能量。根据外表面的吸收率，当阳光照射时，它很容易超过室内温度。然而，如果墙的绝缘性能也很好，那么外墙会变得越来越热，而不会让太多的能量进入建筑物内部。尽管它吸收的能量不像为吸收太阳能而设计的窗口那样多，但它也不仅会损失能量。
回复Steven
史蒂文,
当然，一年中有很多时间墙壁没有失去能量。这些时间段包括很好的时间段，有时用它们的专业名称来指代:春季、夏季和秋季。
然而，能量建模程序在确定墙体组件的性能时将这一事实考虑在内。
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