能源技术的无限可能

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作者：德州仪器 Patrick Chapman，更多精彩内容，请访问 TInergy

只是一眨眼的时间，2009 美国能源部太阳能十项全能竞赛 (SD09) 已悄然来到我们面前。今年 10 月，来自世界各地的 20 支大学参赛队把他们的高科技房屋带到华盛顿国家广场，展示他们在超节能房屋设计方面的技能以及完成高难度项目的能力。

自然，太阳能十项全能竞赛焦点中的焦点集中在终端产品上；大部分文章都是关于实现房屋完全太阳能驱动所使用的一些技术、结构创新和系统工程。但是却少有提及组织、筹款和实施这些为期两年的项目需要克服的巨大困难以及需要的坚强毅力。这并非意味着要长篇累牍地详细描述这项比赛的各种要求。

在参加该项目的学生中，大约有 99% 的学生基本没有实际的建筑、工业设计或工程经验。光是把房屋带来参赛就已经“勇气可嘉”了。就我个人体会而言，只要学生做对 90%（获得 A 的最低标准），我们就应该奖励他们。但是，现实生活中，90% 却是失败。这个项目是教授学生项目执行的一个极好方法——这是一种让他们将来的老板看重他们的技能（请注意，那些阅读这篇博客的未来老板们，请准备为这种技能支付工资吧）。

这个项目始于 2007 末，以撰写参赛计划文章开始。这是伊利诺伊大学第二次参加太阳能十项全能竞赛，因此，我们从第一次比赛中吸取了一些“教训”。但是，除了一些教师流失外，极少有学生是我们 2007 年的参赛人员，实际上我们还是再次从头开始——没有设计，也没有资金。这样也好，我的经验表明学生们不喜欢只是采用旧的设计并对其进行改进，他们更喜欢全新开始，亲自获得知识，并真正“拥有”设计。然而，有时看到他们艰难地做每一件事情会让人感到沮丧，我也知道不幸的是这似乎是我们学习的唯一方法。

我们获准参加比赛后，Mark Taylor 教授负责教师项目管理，建立起一个有效期为一个学期的设计工作室，包括许多“专家研讨会”（作为一名工程师，据我所知专家研讨会是头脑风暴的专业术语）。建筑学生创造出了三种设计概念，其中一种便是“三角墙房屋 (Gable House)”，它现在已成了一种可操作且实用的概念。认识建筑学生和教师是一件让人愉快的事情。他们身穿时尚的服装，使用苹果Mac电脑，很容易认出他们来。

决定平均分摊工程后，我们便组织了两学期的班级，来解决设计的机电问题。尽管这会花费一些精力，但是建筑师和工程师可以真正坐下来，找到共同的语言，在开始施工以前解决大量的问题。我不得不说，学生的团队精神是项目获得的可喜成果之一。这并不是那么容易。我记得写过一封这样的电子邮件，内容如下：“亲爱的 John 和 Suzy，三个星期来我们每一天都需要你们两个谈对 X 的意见。我知道你们来自我们的竞争对手 Green St.，但是我向你们保证没有边界代理和文书工作需要处理。”团队精神通过这种方法是学不到

我们的网站上有房屋设计以及无数的图片、视频、新闻稿和评论等相关信息，网址是 http://www.solardecathlon.uiuc.edu。一般我们选择德国“被动式房屋 (Passivhaus)”标准来进行设计。被动式房屋协会美国分会（位于厄巴纳）的领导 Katrin Klingenberg 乐于同学生一起进行建筑外围护结构设计。根据这种设计，在被动式房屋设计最为恶劣的环境之一厄巴纳，这种房屋的取暖和制冷成本约为 75 美元/年。尽管我们不推荐，但是这种房屋可以使用一支蜡烛或者小型吹风机来取暖。结合我们 9.2-kW 光伏电池组和极其高效的电气系统，“盖博房屋”产生的能源将会比其消耗的要多得多。

最终，这种房屋基本完成，并可以运去参加比赛。尽管我尽到了作为一名主要研究者的职责，但坦率地说Taylor 教授和学生们完成了出色的工作。就我而言，今年的这个项目非常像自动驾驶仪。我的工作是把剩余的钱花完，并且尽量不要干涉。

过去两年，共有 100 多名学生加入到这个团队。尽管害怕有人离开，但我对一些学生的努力表示祝贺——特别是最近完成这个房屋所付出的努力。正如帕累托 (Pareto) 原理所说，最后 20% 的工作往往是全部工作的 80%。Joe Simon 是众多优秀学生中的一名，他是一名建筑专业研究生。Joe 绝对是在大型比赛中发球的那个人。我发给 Joe的大多数电子邮件都是“干得好，好样的”之类的话。Tim Moran、Ryan Abendroth、Philip Dimick 和 Camden Greenlee 是我一直信任的另一些学生，他们都来自南校区。通常，在我需要一些真正重要的事情以前，我都会给他们至少几个小时的思考时间。

在工程方面，Sairaj Dhople、Mark Adams、Charles Murray、Stanton Cady、Alan Mellovitz 和 Jon Ehlmann 完成了许多令人称奇的工作。Sairaj（德州仪器 (TI) 以前的一名实习生）、Charles 和 Stanton 构建了太阳能电池组，在 20 支团队中第一个或第二个获得比赛绿灯。Alan 和 Mark 是 HVAC 和水热类的关键选手，两个人都对比赛结果产生了巨大影响。

- Patrick Chapman 博士、教授
美国伊利诺伊大学香槟分校