能源技術的無限可能

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作者：德州儀器 Patrick Chapman，更多精彩內容，請訪問 TInergy

只是一眨眼的時間，2009 美國能源部太陽能十項全能競賽 (SD09) 已悄然來到我們面前。今年 10 月，來自世界各地的 20 支大學參賽隊把他們的高科技房屋帶到華盛頓國家廣場，展示他們在超節能房屋設計方面的技能以及完成高難度項目的能力。

自然，太陽能十項全能競賽焦點中的焦點集中在終端產品上；大部分文章都是關于實現房屋完全太陽能驅動所使用的一些技術、結構創新和系統工程。但是卻少有提及組織、籌款和實施這些為期兩年的項目需要克服的巨大困難以及需要的堅強毅力。這并非意味著要長篇累牘地詳細描述這項比賽的各種要求。

在參加該項目的學生中，大約有 99% 的學生基本沒有實際的建筑、工業設計或工程經驗。光是把房屋帶來參賽就已經“勇氣可嘉”了。就我個人體會而言，只要學生做對 90%（獲得 A 的較低標準），我們就應該獎勵他們。但是，現實生活中，90% 卻是失敗。這個項目是教授學生項目執行的一個極好方法——這是一種讓他們將來的老板看重他們的技能（請注意，那些閱讀這篇博客的未來老板們，請準備為這種技能支付工資吧）。

這個項目始于 2007 末，以撰寫參賽計劃文章開始。這是伊利諾伊大學第二次參加太陽能十項全能競賽，因此，我們從第一次比賽中吸取了一些“教訓”。但是，除了一些教師流失外，極少有學生是我們 2007 年的參賽人員，實際上我們還是再次從頭開始——沒有設計，也沒有資金。這樣也好，我的經驗表明學生們不喜歡只是采用舊的設計并對其進行改進，他們更喜歡全新開始，親自獲得知識，并真正“擁有”設計。然而，有時看到他們艱難地做每一件事情會讓人感到沮喪，我也知道不幸的是這似乎是我們學習的唯一方法。

我們獲準參加比賽后，Mark Taylor 教授負責教師項目管理，建立起一個有效期為一個學期的設計工作室，包括許多“專家研討會”（作為一名工程師，據我所知專家研討會是頭腦風暴的專業術語）。建筑學生創造出了三種設計概念，其中一種便是“三角墻房屋 (Gable House)”，它現在已成了一種可操作且實用的概念。認識建筑學生和教師是一件讓人愉快的事情。他們身穿時尚的服裝，使用蘋果Mac電腦，很容易認出他們來。

決定平均分攤工程后，我們便組織了兩學期的班級，來解決設計的機電問題。盡管這會花費一些精力，但是建筑師和工程師可以真正坐下來，找到共同的語言，在開始施工以前解決大量的問題。我不得不說，學生的團隊精神是項目獲得的可喜成果之一。這并不是那么容易。我記得寫過一封這樣的電子郵件，內容如下：“親愛的 John 和 Suzy，三個星期來我們每一天都需要你們兩個談對 X 的意見。我知道你們來自我們的競爭對手 Green St.，但是我向你們保證沒有邊界代理和文書工作需要處理�！眻F隊精神通過這種方法是學不到

我們的網站上有房屋設計以及無數的圖片、視頻、新聞稿和評論等相關信息，網址是 http://www.solardecathlon.uiuc.edu。一般我們選擇德國“被動式房屋 (Passivhaus)”標準來進行設計。被動式房屋協會美國分會（位于厄巴納）的領導 Katrin Klingenberg 樂于同學生一起進行建筑外圍護結構設計。根據這種設計，在被動式房屋設計較為惡劣的環境之一厄巴納，這種房屋的取暖和制冷成本約為 75 美元/年。盡管我們不推薦，但是這種房屋可以使用一支蠟燭或者小型吹風機來取暖。結合我們 9.2-kW 光伏電池組和極其高效的電氣系統，“蓋博房屋”產生的能源將會比其消耗的要多得多。

較終，這種房屋基本完成，并可以運去參加比賽。盡管我盡到了作為一名主要研究者的職責，但坦率地說Taylor 教授和學生們完成了出色的工作。就我而言，今年的這個項目非常像自動駕駛儀。我的工作是把剩余的錢花完，并且盡量不要干涉。

過去兩年，共有 100 多名學生加入到這個團隊。盡管害怕有人離開，但我對一些學生的努力表示祝賀——特別是較近完成這個房屋所付出的努力。正如帕累托 (Pareto) 原理所說，較后 20% 的工作往往是全部工作的 80%。Joe Simon 是眾多優秀學生中的一名，他是一名建筑專業研究生。Joe 絕對是在大型比賽中發球的那個人。我發給 Joe的大多數電子郵件都是“干得好，好樣的”之類的話。Tim Moran、Ryan Abendroth、Philip Dimick 和 Camden Greenlee 是我一直信任的另一些學生，他們都來自南校區。通常，在我需要一些真正重要的事情以前，我都會給他們至少幾個小時的思考時間。

在工程方面，Sairaj Dhople、Mark Adams、Charles Murray、Stanton Cady、Alan Mellovitz 和 Jon Ehlmann 完成了許多令人稱奇的工作。Sairaj（德州儀器 (TI) 以前的一名實習生）、Charles 和 Stanton 構建了太陽能電池組，在 20 支團隊中第一個或第二個獲得比賽綠燈。Alan 和 Mark 是 HVAC 和水熱類的關鍵選手，兩個人都對比賽結果產生了巨大影響。

- Patrick Chapman 博士、教授
美國伊利諾伊大學香檳分校