1991 年，一個科學家團隊為美國最嚴重的能源效率問題之一的突破性進展申請了專利。
勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員發明了一種“薄型三層”玻璃窗。在紙面上，這種隔熱效能更好的窗戶有潛力將建築物供暖的年能源消耗量減少 39%，並將空調成本降低 28%。
但這項突破卻被遺忘了。
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“它沒有任何進展，”伯克利實驗室的研究員羅伯特·哈特解釋說，他現在領導著發明這種窗戶的團隊。
1991 年，雙層玻璃窗是美國的最新技術。現在仍然是。
透過在窗戶中間新增一層薄玻璃並用氪氣等惰性氣體密封，伯克利團隊使其更輕、更高效，這意味著它減少了排放。
但隨後該團隊發現，美國窗戶製造商拒絕使用中間那層大約五十分之一英寸的玻璃。它太貴了。
正如哈特在一次採訪中所說，“它是無法制造的”，伯克利停止了研究。
這可能會產生長期的後果。據美國能源部稱，建築物使用了美國 75% 的電力。該機構上個月表示，改進的窗戶具有“巨大的潛力”，可以幫助美國實現到 2050 年實現溫室氣體淨零排放的目標。
窗戶仍然是提高建築物效率的最大障礙之一。伯克利實驗室最近估計，美國房主和建築物業主每年為此付出的代價高達 400 億美元。
歐洲解決這個問題的方法更加積極。瑞典和丹麥早在 20 世紀初就開發了使用普通玻璃的三層玻璃窗。到 20 世紀 80 年代中期，各國開始將其納入建築規範。
德國物理學家和大學教授沃爾夫岡·費斯特進一步推動了這個問題。他於 1991 年開始倡導他所謂的“被動式房屋運動”。
他和他的學術合作伙伴獲得了德國黑森州的支援，於 1991 年在達姆施塔特設計並建造了四棟被動式房屋。屋頂、牆壁和窗戶都進行了超絕緣處理。目標是使房屋或建築物所需的能量比新的傳統結構減少 75%。
根據費斯特後來創立的被動式房屋研究所的資料，全球已建成總共 5,251 棟被動式房屋或建築物。其中只有 133 棟位於美國，那裡的能源價格傳統上更便宜。
（也許最著名的美國被動式房屋是由物理學家和落基山研究所創始人阿莫里·洛文斯建造的，該研究所是一家專注於能源和環境問題的智庫。這所房子包括一個房間，洛文斯在陽光中種植香蕉和檸檬，陽光也提供了大部分的供暖。他有時把這所房子稱為“持續的實驗”。）
德國人後來擴大了他們的努力，建造了一家被動式醫院和警察局。歐洲的實驗幫助激發了更嚴格的建築規範，促使建築商購買更好的窗戶。
正如費斯特最近所說，僅僅等待更好的技術出現並不會在 2050 年實現淨零排放。“我們現在需要做出正確的決定，然後採取行動，”他說。
2003 年，伯克利實驗室團隊決定再次嘗試“三薄”窗戶。
3 層玻璃，30 年後
該團隊的前負責人，建築設計專家，物理學家斯蒂芬·塞爾科維茨在最近的一篇論文中解釋說，窗戶的熱特性及其與能源賬單的關係“不僅讓房主感到困惑，也讓許多建築商和建築師感到困惑”。
美國建築問題由建築規範解決，“因此很少有動力去尋找效能更好的產品”，現為顧問的塞爾科維茨指出。美國的房屋通常採用二乘四的結構建造，並且需要比歐洲重型房屋更輕的窗戶。
這個問題最終的解決方案來自與建築無關的行業。它來自制造手機和電視的公司。他們的需求大幅降低了超薄玻璃的價格。
2019 年，伯克利團隊聯絡了幾家美國窗戶公司，包括位於科羅拉多州路易斯維爾的 Alpen High Performance Products Inc.。Alpen 已經在開發三層玻璃窗，但當它看到伯克利的原型並瞭解到薄玻璃的價格已降至原先成本的近八分之一時，該公司決定修改設計。
Alpen負責新產品的副總裁克雷格·邁爾霍弗在一次採訪中解釋說：“我們的回答非常迅速。” 透過使用更薄的玻璃，Alpen 最終提出了幾種新設計，包括採用玻璃纖維框架的三層單元“Winsert”。
2019 年 4 月，紐約市計算出其建築物的供暖和製冷損失約佔該市溫室氣體排放量的三分之二。它批准了《氣候動員法案》，該法案限制了 25,000 平方英尺以上建築物的排放量。它影響了該市近 60,000 座建築物。
Alpen 曾經看到的是一團亂麻的問題，現在它開始看到金錢的跡象。
伯克利實驗室新任負責人哈特也看到了進展的跡象。他聯絡了其他美國公司，包括位於明尼蘇達州貝波特的 Andersen Corp.，那裡的官員對新窗戶表示了興趣。
哈特回憶說，“只是為了好玩”，他還邀請了一位 Andersen 的銷售員檢查了他家的窗戶。他是否應該用更新、更高效的窗戶替換它們？
銷售員告訴他，不行，它們太貴了。
哈特後來這樣解釋這件事：“我們主要與研發團隊合作。他們並不總是與銷售隊伍保持一致。要實現這一點需要大量的時間和培訓。”
“缺乏創新”
2019 年夏天，伯克利實驗室獲得了加州能源委員會的撥款，用三層玻璃窗替換弗雷斯諾一批新型樣板房中的雙層玻璃窗。加利福尼亞州也開始關注降低供暖和製冷房屋的能源成本和溫室氣體排放。
然後，該州又向該實驗室授予了 185 萬美元的第二筆撥款。這是為了衡量在三個低收入社群的房屋和公寓中更換三層玻璃窗的經濟影響。
研究結果為哈特、塞爾科維茨和其他窗戶研究人員帶來了希望。然後在 2020 年大選年，唐納德·特朗普作為總統候選人對節能窗戶發表了看法。
“這只是我的生意，”特朗普告訴一位福克斯新聞記者。“我瞭解所有關於建築的事情。太棒了。讓我們把你的窗戶拿出來，把它們做成很小的窗戶，因為你將節省 2 美分的能源。”
拜登總統現在正在支援能源部和總務管理局 (GSA) 的節能活動，總務管理局負責監督聯邦建築物併購買大量窗戶。自 2019 年以來，GSA 一直在敦促美國窗戶製造行業更加關注能源效率。
GSA 新興建築技術中心主任凱文·鮑威爾在一次採訪中說：“建築結構外殼一直是缺乏創新性的工業部門之一。”
GSA 在本月釋出的一份報告中表示，其對舊建築物上的薄玻璃窗插入件的測試可能在邁阿密節省 11% 的能源，在明尼阿波利斯節省 18% 的能源。
鮑威爾說：“我們的目標是將這些知識傳播到商業領域”，他還補充說，“我認為您可能會看到一些相當快速的進展，尤其是在具有這種漸進式回報的情況下。”
去年，Andersen 成為第二家推出伯克利實驗室三層玻璃窗的美國公司。“我們致力於成為自然資源的良好管理者是安德森公司的核心價值觀，”該公司研究和更新主管凱特·格雷厄姆說。
伯克利實驗室的哈特更加謹慎，但仍然抱有希望。他正在仔細觀察行業調查。他說，到目前為止，美國三層玻璃窗的市場滲透率約為 3%。
一些美國製造商只是從歐洲進口它們。伯克利實驗室現在正在與州、城市和公用事業公司合作，開展一項名為“先進窗戶解決方案合作伙伴關係”的新合作。
哈特指出：“在正確的方向上已經有了很多進展，但這並沒有相互聯絡。”
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