2018年6月7日
在美国，每年冬天，有将近200亿美元的能源从窗户流失——具体来说，是安装在大多数建筑物上的双层玻璃隔热窗。目前，能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)已经与制造商合作，制造出一种“超级窗户”，这种窗户的隔热性能至少是市场上99%的窗户的两倍，并将准备实现大众市场地位。
(图片来源:伯克利实验室)
采用“薄三层”超级窗设计，使普遍使用的能源之星双层玻璃窗的热性能提高了2倍，与单层玻璃窗相比，隔热性能提高了7倍。伯克利实验室的研究人员已经在实验室中开发和测试了原型，现在已经与国内领先的门窗制造商安德森公司合作，并分别与专注于节能门窗的Alpen高性能产品合作。双方合作的目的是开发和测试适合大规模生产的优化原型。
我们的方法是从两个方面来解决这个问题:同时发展“市场拉动”和“技术推动”的力量。我们正在与制造商合作，帮助他们应对技术挑战，同时也与“能源之星”、供应链公司和公用事业公司合作，为消费者购买提供折扣和奖励。我们的角色是促进技术创新的催化剂和促进能源部能源效率使命的传道者．
Steve Selkowitz，伯克利实验室研究员和超级窗口概念的发明者
伯克利实验室在开发创新绿色建筑技术方面拥有多年的专业知识;例如，最近，它表明可以采用控制照明和遮阳来节约能源，并努力使净零能耗家庭成为现实。早在20世纪70年代末，该实验室就开始了对高性能窗户的研究，当时石油危机促使人们寻找节能的创新方法。当时，伯克利实验室的科学家们为一种全新的产品提供了技术支持——一种能阻挡长波红外线的低发射率(或低e)窗户涂层——以获得大众市场地位。后来，低辐射涂料为国家节省了数十亿美元的能源成本。
Selkowitz相信新的薄的三层超级窗口可以节省更多。在普遍的双层玻璃窗中，有两层具有低e涂层的玻璃，并在两层之间的间隙中填充氩气，以减少额外的传热。伯克利实验室开发的超级窗户提供了三个好处:在双层玻璃窗的两层玻璃之间夹了第三层非常薄的玻璃，添加了第二层low-e涂层，氩气被氪气取代，与玻璃之间非常狭窄的空间中的氩气相比，氪气具有相当高的绝缘性能。
虽然市面上也有很多三层窗，但“超级窗”的特点是其宽度和重量几乎与目前流行的双层窗相同。这消除了重新设计窗框和框架的需要，这将成为市场渗透的主要成本障碍。
远景目标:比墙更好
每年，与供暖和制冷等窗户性能相关的能源消耗花费了美国建筑业主近500亿美元。建筑能源使用的唯一主要因素是寒冷气候下的热量损失。在温暖的气候条件下，不受控制的阳光透过窗户，增加了空调的成本。
多年来，伯克利实验室研究人员的最终目标是让窗户在冬季表现得比保温墙更好。他们有信心，他们的薄三重超级窗口将有助于实现这一目标。
”单层玻璃的抗热传导系数r值为R1;双层玻璃为R2，低e双层玻璃为R4研究员Charlie Curcija说。”我们的薄三层玻璃是R8到R10，大约是当今最好的低辐射双层玻璃的两倍”。
事实上，超级窗户早在20多年前就由伯克利实验室发明并申请了专利。然而，当时缺乏可用的大型超薄玻璃的来源，而且材料的成本使得实现它非常昂贵。
薄玻璃厚度为0.7毫米。20年前，我们找不到任何一家能大批量生产薄玻璃板的公司。现在，平板电视行业已经推动玻璃行业以窗户市场能够承受的价格制造出我们所需要的玻璃．
Charlie Curcija，研究员
安徒生玻璃能力团队负责人凯瑟琳·格雷厄姆表示:“安德森公司在20世纪80年代与伯克利实验室合作推进低电子技术，我们的团队很高兴有机会再次与伯克利实验室合作，探索这个超级窗口原型是否可以成为市场可行的产品，我们可以向我们的客户群提供”。
伯克利实验室窗户创新的历史
尽管超级窗户的主要重点是节省冬季供暖成本，但可以对低e涂层进行调整，使其更适用于夏季制冷。
对于北方气候，你希望涂层尽可能透明。对于凤凰城的同一扇窗户，你想要一种光谱选择性涂层，可以阻挡阳光的热量，但你仍然能够看到。伯克利实验室管理着当今市场上5000种釉料和涂料的全球数据库;我们能源部的任务之一就是为每种气候提出最佳的超级窗口选择．
罗伯特·哈特研究员
这种超级窗户与电致变色窗等“智能窗户”不同。电致变色窗可以根据阳光自动染色，防止建筑内部过热，从而降低冷却成本。伯克利实验室也在这项技术上取得了突破，比如一种纳米晶体材料，能够在阳光穿过窗户时动态管理阳光的强度，这是一家初创公司Heliotrope目前正在开发的一项创新。
然而，电致变色窗的成本是超级窗的近5 - 8倍，被认为是高端的特色产品，刚刚开始进入市场。相比之下，现在几乎90%的销售窗户都在使用低e涂料。
Hart认为，实现这一目标的困难不仅在于涂料设计的科学创新，还在于打破市场障碍。在案例研究中，伯克利实验室的研究人员创建了实验室和现场测试设施来评估窗户的能源效率，还提供了行业和非营利组织国家开窗评级委员会(National开窗评级委员会)使用的设计和验证软件工具，用于对窗户进行评级。与传统双层玻璃相比，Low-e涂料在家庭能源成本上为国家节省了1500亿美元。
目前，研究人员渴望重现甚至超越这种影响。”我们帮助创造了每年数十亿美元的高性能窗户市场，节省了大量能源Selkowitz说道。”现在，我们希望在窗口效率上再一次飞跃，延续我们过去的成功”。
这项研究得到了能源部建筑技术办公室的支持。