1991 年，一个科学家团队为美国最严重的能源效率问题之一的突破性进展申请了专利。
劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员发明了一种“薄型三层”玻璃窗。在纸面上，这种隔热性能更好的窗户有潜力将建筑物供暖的年能源消耗量减少 39%，并将空调成本降低 28%。
但这项突破却被遗忘了。
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“它没有任何进展，”伯克利实验室的研究员罗伯特·哈特解释说，他现在领导着发明这种窗户的团队。
1991 年，双层玻璃窗是美国的最新技术。现在仍然是。
通过在窗户中间添加一层薄玻璃并用氪气等惰性气体密封，伯克利团队使其更轻、更高效，这意味着它减少了排放。
但随后该团队发现，美国窗户制造商拒绝使用中间那层大约五十分之一英寸的玻璃。它太贵了。
正如哈特在一次采访中所说，“它是无法制造的”，伯克利停止了研究。
这可能会产生长期的后果。据美国能源部称，建筑物使用了美国 75% 的电力。该机构上个月表示，改进的窗户具有“巨大的潜力”，可以帮助美国实现到 2050 年实现温室气体净零排放的目标。
窗户仍然是提高建筑物效率的最大障碍之一。伯克利实验室最近估计，美国房主和建筑物业主每年为此付出的代价高达 400 亿美元。
欧洲解决这个问题的方法更加积极。瑞典和丹麦早在 20 世纪初就开发了使用普通玻璃的三层玻璃窗。到 20 世纪 80 年代中期，各国开始将其纳入建筑规范。
德国物理学家和大学教授沃尔夫冈·费斯特进一步推动了这个问题。他于 1991 年开始倡导他所谓的“被动式房屋运动”。
他和他的学术合作伙伴获得了德国黑森州的支持，于 1991 年在达姆施塔特设计并建造了四栋被动式房屋。屋顶、墙壁和窗户都进行了超绝缘处理。目标是使房屋或建筑物所需的能量比新的传统结构减少 75%。
根据费斯特后来创立的被动式房屋研究所的数据，全球已建成总共 5,251 栋被动式房屋或建筑物。其中只有 133 栋位于美国，那里的能源价格传统上更便宜。
（也许最著名的美国被动式房屋是由物理学家和落基山研究所创始人阿莫里·洛文斯建造的，该研究所是一家专注于能源和环境问题的智库。这所房子包括一个房间，洛文斯在阳光中种植香蕉和柠檬，阳光也提供了大部分的供暖。他有时把这所房子称为“持续的实验”。）
德国人后来扩大了他们的努力，建造了一家被动式医院和警察局。欧洲的实验帮助激发了更严格的建筑规范，促使建筑商购买更好的窗户。
正如费斯特最近所说，仅仅等待更好的技术出现并不会在 2050 年实现净零排放。“我们现在需要做出正确的决定，然后采取行动，”他说。
2003 年，伯克利实验室团队决定再次尝试“三薄”窗户。
3 层玻璃，30 年后
该团队的前负责人，建筑设计专家，物理学家斯蒂芬·塞尔科维茨在最近的一篇论文中解释说，窗户的热特性及其与能源账单的关系“不仅让房主感到困惑，也让许多建筑商和建筑师感到困惑”。
美国建筑问题由建筑规范解决，“因此很少有动力去寻找性能更好的产品”，现为顾问的塞尔科维茨指出。美国的房屋通常采用二乘四的结构建造，并且需要比欧洲重型房屋更轻的窗户。
这个问题最终的解决方案来自与建筑无关的行业。它来自制造手机和电视的公司。他们的需求大幅降低了超薄玻璃的价格。
2019 年，伯克利团队联系了几家美国窗户公司，包括位于科罗拉多州路易斯维尔的 Alpen High Performance Products Inc.。Alpen 已经在开发三层玻璃窗，但当它看到伯克利的原型并了解到薄玻璃的价格已降至原先成本的近八分之一时，该公司决定修改设计。
Alpen负责新产品的副总裁克雷格·迈尔霍弗在一次采访中解释说：“我们的回答非常迅速。” 通过使用更薄的玻璃，Alpen 最终提出了几种新设计，包括采用玻璃纤维框架的三层单元“Winsert”。
2019 年 4 月，纽约市计算出其建筑物的供暖和制冷损失约占该市温室气体排放量的三分之二。它批准了《气候动员法案》，该法案限制了 25,000 平方英尺以上建筑物的排放量。它影响了该市近 60,000 座建筑物。
Alpen 曾经看到的是一团乱麻的问题，现在它开始看到金钱的迹象。
伯克利实验室新任负责人哈特也看到了进展的迹象。他联系了其他美国公司，包括位于明尼苏达州贝波特的 Andersen Corp.，那里的官员对新窗户表示了兴趣。
哈特回忆说，“只是为了好玩”，他还邀请了一位 Andersen 的销售员检查了他家的窗户。他是否应该用更新、更高效的窗户替换它们？
销售员告诉他，不行，它们太贵了。
哈特后来这样解释这件事：“我们主要与研发团队合作。他们并不总是与销售队伍保持一致。要实现这一点需要大量的时间和培训。”
“缺乏创新”
2019 年夏天，伯克利实验室获得了加州能源委员会的拨款，用三层玻璃窗替换弗雷斯诺一批新型样板房中的双层玻璃窗。加利福尼亚州也开始关注降低供暖和制冷房屋的能源成本和温室气体排放。
然后，该州又向该实验室授予了 185 万美元的第二笔拨款。这是为了衡量在三个低收入社区的房屋和公寓中更换三层玻璃窗的经济影响。
研究结果为哈特、塞尔科维茨和其他窗户研究人员带来了希望。然后在 2020 年大选年，唐纳德·特朗普作为总统候选人对节能窗户发表了看法。
“这只是我的生意，”特朗普告诉一位福克斯新闻记者。“我了解所有关于建筑的事情。太棒了。让我们把你的窗户拿出来，把它们做成很小的窗户，因为你将节省 2 美分的能源。”
拜登总统现在正在支持能源部和总务管理局 (GSA) 的节能活动，总务管理局负责监督联邦建筑物并购买大量窗户。自 2019 年以来，GSA 一直在敦促美国窗户制造行业更加关注能源效率。
GSA 新兴建筑技术中心主任凯文·鲍威尔在一次采访中说：“建筑结构外壳一直是缺乏创新性的工业部门之一。”
GSA 在本月发布的一份报告中表示，其对旧建筑物上的薄玻璃窗插入件的测试可能在迈阿密节省 11% 的能源，在明尼阿波利斯节省 18% 的能源。
鲍威尔说：“我们的目标是将这些知识传播到商业领域”，他还补充说，“我认为您可能会看到一些相当快速的进展，尤其是在具有这种渐进式回报的情况下。”
去年，Andersen 成为第二家推出伯克利实验室三层玻璃窗的美国公司。“我们致力于成为自然资源的良好管理者是安德森公司的核心价值观，”该公司研究和更新主管凯特·格雷厄姆说。
伯克利实验室的哈特更加谨慎，但仍然抱有希望。他正在仔细观察行业调查。他说，到目前为止，美国三层玻璃窗的市场渗透率约为 3%。
一些美国制造商只是从欧洲进口它们。伯克利实验室现在正在与州、城市和公用事业公司合作，开展一项名为“先进窗户解决方案合作伙伴关系”的新合作。
哈特指出：“在正确的方向上已经有了很多进展，但这并没有相互联系。”
经 POLITICO, LLC 许可，转载自 E&E 新闻。版权所有 2022 年。E&E 新闻为能源和环境专业人士提供重要新闻。