窗戶，無論是在家庭住宅還是商業建筑中的應用，都由于其不夠保溫而飽受詬病——夏季由室外向室內傳導過多熱量，反之冬季向室外散失大量熱量。然而窗戶讓人們可以沐浴陽光，眺望窗外的世界，并且對于建筑物整體而言有著強烈的設計美感，這又讓窗戶的缺陷在幾個世紀以來被人們不聞不問，處于一個進退兩難的地步。

鑒于窗戶在建筑行業中的穩固地位，過去幾十年來，業內已經探索發掘了各種材料和設計工藝，讓窗戶的隔熱性能重回大眾的關注。像最早于 20世紀初開發，但直到 20世紀80年代才被廣泛使用的雙層玻璃，是通過在兩層窗戶之間添加空氣層作為介質來達到隔熱效果。鋁塑窗框、防紫外線涂層以及三層玻璃的出現同樣提高了隔熱效率。

在窗戶制造行業，圍繞如何使用先進材料將外層窗框結構與內層窗框結構熱隔離，從而最大限度地減少熱量通過窗戶傳遞，提高窗戶隔熱效率，是業內人士一直以來關注的重點。

在過去的幾十年里，業內人士潛心鉆研，不斷向隔熱領域在窗戶中應用的課題發起挑戰，研發出一系列先進的擠出成型或拉擠成型工藝，旨在將纖維增強復合材料墊片集成到玻璃正下方的空間中，即外層和內層框架結構之間。這些“隔熱層”技術將窗戶系統帶入了高效隔熱的新時代。

測量及調節窗戶的隔熱效率

窗戶為商業或家庭建筑中的熱量得失提供了無限可能。隔熱材料制造商泰諾風的市場團隊經理比爾·布拉澤科解釋說，窗戶內外兩側的熱能可以輕易通過以下三種方式中的任意一種傳導。首先是對流，即空腔中的空氣循環，約占熱量流的 35%。其次是熱傳導，即通過固體材料的能量流動，約占熱量流的 50%。最后，熱量從較暖的表面輻射到較冷的表面，約占熱量流的 15%。由此可見，窗戶的設計工藝和隔熱材料選用對窗戶的整體隔熱效率有重大影響。

在過去 20 年左右的時間里，隨著對全球氣候變化和能源利用效率的擔憂日益加劇，政府監管機構越來越多地將提高窗戶的隔熱效率作為一個突破口，以幫助家庭、辦公樓和其他設施減少能源開支。因此，每一個新建筑的動工或舊建筑的改良都是一個提升窗戶的隔熱效率，進而擴展到建筑整體能源利用效率的絕好機會。

各個國家用來衡量隔熱效率的方式不盡相同。在美國，窗戶的隔熱能力用 U 因子來衡量，以英制熱量單位Btu/hr-ft2°F來衡量。在歐洲，隔熱效率的衡量類似U因子，用 U 值來表示，以瓦/平方米·度衡量。U 因子或U值，兩者數值均為越小越好。衡量窗戶在陽光直射下隔熱性能，普遍用太陽能得熱系數（SHGC），其取值范圍為 0.0-1.0，同樣數值也是越小越好。

世界各地有關管理和規范窗戶隔熱效率的建筑規范，構成了一個復雜的網絡。處于領先地位規范標準的是國際規范委員會(ICC)編纂的國際建筑規范 (IBC) ，以及國際住宅規范 (IRC)。其次，各個國家，甚至美國各州也都制定了本地化的規范守則，并且不受國際規范委員會的監督和管控。盡管各地法規各不相同，但與美國的標準相比，以積極的節能和溫室氣體減排目標為指導的歐洲能效標準更加嚴苛。就以歐盟的芬蘭為例，其規范要求U值達到 1.0，轉換為美國 U 因子達到0.18。

與歐洲形成對比，在美國，能效標準是按地區去劃分定義的。包含有四個區域，每個區域都覆蓋美國從西到東的一條帶：北部、中北部、中南部、南部。在北部地區，U 因子標準為 0.27-0.30。中北部和中南部地區為 0.30，南部地區為 0.40。這些標準如轉化為歐洲 U 值，范圍在 1.5-2.3之間。

旭格鋁窗框的剖面圖展示了窗體內部一系列聚酰胺/玻璃纖維（黑色）和泡沫（白色）隔熱材料，將框架外部（左）與框架內部（右）隔開，可以最大限度地減少熱量傳遞并最大限度地提高能源效率。三層玻璃的引入更是畫龍點睛之筆

隔熱條的誕生

美國門窗及幕墻制造商EFCO公司工程和項目服務副總裁大衛·德蘇特表示，全球范圍內，特別是在商業建筑中的用戶，都偏愛選用鋁框窗戶。鋁材的購買和擠壓成型生產成本相對便宜，且鋁材易于噴涂上色，可以滿足各種色彩需求。此外，德蘇特還表示，鋁制框架的厚度也可以輕松調整，來滿足各種建筑需求。鋁是世界上數一數二的熱導體，他說：“鋁材有不少優勢，但考慮到其導熱性，卻不應該作為隔熱材料的首選。”

像前面提到的多層玻璃和其他技術可以有效地減少能量通過鋁框窗戶的損失，但在減輕鋁框周圍的熱量損失方面仍然存在挑戰。德蘇特說，只有一種方法可行，那就是通過嵌入高度隔熱的聚合物材料制品將鋁框架的外部和內部部分完全隔離，以最大限度地減少周圍的熱量傳遞。

德蘇特說，這種隔熱條或熱斷層通常由聚酰胺制成，或者采用多向玻璃纖維增強材料擠壓成型，再或者（不太常見）采用連續玻璃纖維增強材料進行拉擠成型。 泰諾風作為供應商，為 EFCO 擠出隔熱條。經理布拉澤科表示，聚酰胺通常是隔熱條的首選材料，因為它的熱膨脹系數與鋁相似，它具有良好的熱和結構特性，質量可靠，能夠制造低于嚴格公差的精密零件，并且易于回收。根據結構要求，隔熱條中的玻璃纖維負載通常在 25-40% 之間。

在最基本的設計中，隔熱條具有中空中心的管狀輪廓。EFCO 公司的第一個隔熱條是在十年前開發的，大約 12 毫米寬和 5 毫米厚，但今天，德蘇特說，EFCO 的隔熱條寬度可以達到25 毫米以上；布拉澤科也承認泰諾風可以產生更寬的隔熱條。EFCO 隔熱設計的大部分演變都是由越來越嚴格的美國建筑規范驅動的。德蘇特指出，多年來，美國的 U 因子標準是 0.45，但隨著它逐漸提升到當下 0.27-0.40 的范圍，EFCO 被迫采用更復雜的隔熱設計。“從 0.33 提升到 0.31 的隔熱效率看似不起眼，但這確實需要一份異常辛苦的努力，”德蘇特解釋說。

泰諾風為窗戶制造商提供各種隔熱設計。此處演示的是該公司在兩個鋁框架結構之間的擠壓聚酰胺/玻璃纖維隔熱條（黑色），圖示為其切面

驅動隔熱條設計

使用擠壓或拉擠成型工藝制造隔熱條可以歸結為使用不連續(多向)擠壓和連續拉擠的纖維增強類型兩類。德蘇特表示，EFCO的隔熱條是擠壓成型的，采用不連續的纖維增強聚酰胺 66，可以滿足公司尋求的強度和熱性能要求。

在泰諾風成功拉擠成型EFCO 公司的聚酰胺 66玻璃隔熱條后，布拉澤科表示隔熱材料的設計受多種因素的影響：“隔熱材料的尺寸和復雜性非常依賴于系統，選擇也要視情況而定。如所需的熱性能水平、熱透射率（即U 值）、結構要求、以及其他系統設計特性，像窗戶類型、硬件、玻璃構成、系統內部件的功能和整體系統成本目標。”

布拉澤科說，自然而然地，隨著隔熱設計復雜性的增加，成本也會增加：“相關成本帶來的負面影響通常會被它為系統帶來的價值以及長期節能、為建筑物及其居住者帶來的健康益處所抵消。以我們在全球的網絡和廣泛的資源，加以不斷創新和開發正確的應對方案，我們克服了在設計和工具方面的種種挑戰。” 布拉澤科補充說，對于北美的許多項目，價值工程（盡管強調“價值”）通常會導致接受成本降低和性能表現下降。“采用先進隔熱材料的最大障礙是北美市場過分關注短期成本，而不是與建筑節能相關的長期價值，”布拉澤克說。

更先進的隔熱條會是什么樣子？在歐洲，更嚴格的熱效率要求促進了高度復雜的多室隔熱條的發展。例如，位于德國比勒費爾德的窗戶制造商旭格（Schüco）（泰諾風也是其隔熱材料供應商）和澳大利亞的特美科（Thermeco）展示了具有多個隔熱條的固定式和開放式窗戶系統，每個隔熱條都設計用于適應特定空間框架。此外，這種隔熱條設計通常具有多個增強隔熱的腔室。

拉擠成型能否以及如何成為隔熱條制造的一種選擇，一直是困擾行業的一個難題。芬蘭萬塔的復合材料制造商 Exel 復合材料公司專門為各種終端市場制造復合材料零件和結構，包括民用住宅和商業建筑以及基礎設施應用。Exel 集團部門所有者建筑和基礎設施部門的格爾特德魯弗（Gert De Roover）說，聚酰胺/玻璃纖維型材的拉擠成型工藝，再添加聚氨酯泡沫以增強隔熱效果，是窗戶隔熱制造的標準材料和工藝組合。然而，他承認，隨著窗戶系統變得越來越復雜，窗框越來越寬，兼顧優良隔熱性能及穩固結構特性的隔熱材料將成為各大制造商的香餑餑。

歐洲建筑規范規定了窗戶能效的嚴格標準，這推動了更復雜的隔熱設計的開發和使用，包括拉擠成型工藝。美國標準落后于歐盟標準，但未來幾年可能會變得更加嚴格。此處展示的是來自澳大利亞特美科（Thermeco）的窗戶，隔熱條顯示為綠色。

例如，德魯弗說，Exel 集團開發了一系列拉擠工藝玻璃纖維及聚酯門扇和門楣，兼顧隔熱和結構特性。這些屬性在窗戶系統中可能會變得很有吸引力——特別是考慮到鋁框架的廣泛使用。“無論是葉片還是門楣的使用體檢，您可以感受到隔熱好處的方方面面，以及材料的結構完整性，”他說。“應用于葉片和門楣的隔熱條，需要具有一定的跨度和必要的剛度，拉擠成型工藝能夠幫助我們滿足這些要求。”

一些定制窗戶系統的制造商，尤其是住宅應用，已經開始轉向拉擠工藝制造隔熱條。例如，美國窗戶制造商阿卡迪亞定制特別呼吁在其隔熱系統中使用拉擠成型。位于美國賓夕法尼亞州匹茲堡的聚氨酯 (PU) 樹脂供應商科思創聚合物（Covestro），他們的目標是將其 拜多聚氨酯（Baydur PU）用于專門針對中國市場的拉擠成型窗戶隔熱材料。 

未來不斷發展的隔熱條

無論過程如何，布拉澤科表示，美國建筑行業應該會在未來幾年經歷隔熱條設計復雜性增加的風波。“建筑規范正在以緩慢而穩定的速度發展，允許增量系統開發，”他說。“美國的某些地區已處于領先地位，例如加利福尼亞和紐約。在加利福尼亞州，建筑能效法規第 24 條已成為鼓勵創新和提高系統熱性能的催化劑。在紐約，紐約市地方法第97條和 WA HB1257 將大力推動現有建筑改造，避免因超過碳排放和能源排放限制而被罰款。2024 年開始從狀況最糟糕的建筑入手改建，力求 2030 年覆蓋到更多。”

此外，布拉澤科還說，2020 年加拿大國家建筑能源法規 (NECB) 即將發布，將包括非常大幅的 U 因子調整。同樣，美國政府也在采取更積極的行動，通過 2020 年能源法案鼓勵采用更節能的系統，該法案被納入美國國會于 2020 年 12 月通過的計劃，是應對新冠疫情救濟和撥款計劃的一部分。 他表示，2024 年國際建筑規范 (IBC)、2024 年國際節能規范 (IECC) 和 ASHRAE 90.1 和 189.1/國際綠色建筑規范，都有強有力的舉措來推進更高能效系統的規范。布拉澤科總結道：“我認為，未來美國市場會發生些許改變——更加注重長期能源效率和環保建筑，更多地采用和執行要求提高能源效率和建筑節能性能的法規。”