تُجري وزارة الطاقة الأمريكية (USDOE) كل عامين منذ عام 2002 مسابقة في الهندسة المعمارية لطلاب التصميم والهندسة. تتعاون الكليات والجامعات من جميع أنحاء العالم لتقديم نماذج قابلة للتطبيق للمنازل القابلة للتسويق والمستدامة والميسورة التكلفة. شحنتهم؟ تصميم وبناء منزل صغير صالح للعيش يتم تشغيله بالكامل - من سخان الماء الساخن والأضواء الكهربائية إلى الموقد والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء - بواسطة الطاقة الشمسية التي تم جمعها في حدث لمدة 10 أيام أو مطر أو لمعان. ثم تنافس ضد الفرق الأخرى لتجميع أكبر عدد ممكن من النقاط في عشر فئات. هذا هو الولايات المتحدة العشاري الشمسي. قد يسلط فحص تصميمات الفائزين السابقين الضوء على مستقبل العمارة السكنية - لذا ، ما الذي يمكن للجمهور أن يتعلمه من أفكار الطلاب المقدمة في مسابقة ترعاها الحكومة؟
ال المسابقة العشرة لعام 2017 الطاقة الشمسية العشارية هي: الهندسة المعمارية (على سبيل المثال ، تنفيذ مفهوم ، تصميم لمساحة معينة ، توثيق المواصفات) ، إمكانات السوق (قابلية العيش وفعالية التكلفة لخاص السوق المستهدفة) ، الهندسة ، الاتصالات (على سبيل المثال ، الجولات العامة) ، الابتكار ، المياه (الالتقاط ، الاستخدام وإعادة الاستخدام داخل وخارج) ، الصحة والراحة (الطاقة المستخدمة للتدفئة والتبريد) ، الأجهزة (استخدام الطاقة) ، والحياة المنزلية (على سبيل المثال ، تشارك جميع الفرق في أنشطة الحياة الواقعية مثل شحن سيارة كهربائية واستضافة عشاء في الجوار) ، والطاقة (التقاط وتخزين واستخدام كهرباء).
سرعان ما أدركت الفرق الجماعية أن مهمة الهندسة المعمارية ليس فقط في تطوير نمط خارجي ، ولكن أيضًا في البناء المعماري ميزات الاستدامة ومساحة داخلية مرنة ، إلى جانب التوثيق الصادق والعرض العام - جميع أنشطة الحياة الحقيقية في شركة معمارية. أ سيارة ذكية يساعد أيضا ، خاصة إذا كان ذلك كفاءة في استهلاك الوقود.
حتى مع العمل الحر للطلاب وأعضاء هيئة التدريس ، فإن دخول Decathlon هو مسعى مكلف. يتم عمل النماذج الأولية محليًا ثم نقلها إلى موقع المسابقة - وهي مكلفة إذا كنت مدرسة في ألمانيا أو بورتوريكو. يمكن أن تكون تكلفة نقل المنزل إلى موقع المعرض المشترك وحده باهظة. إلى جانب التخطيط ، الذي يستغرق عامين بين Decathlons ، يتم قضاء جزء كبير من الوقت في تسجيل الجهات الراعية والمانحين لتحمل تكلفة مواد البناء. اعتبارًا من عام 2017 ، تحصل كل من الفرق الخمسة الأولى الفائزة على جوائز نقدية تبلغ 100000 دولار أو أكثر ، ولكن في جميع السنوات السابقة ، كان المشتركون من تلقاء أنفسهم.
ماذا يصبح كل هذا العمل أين تذهب البيوت؟ يتم إرجاع معظم الإدخالات إلى ولاياتهم (أو بلدانهم) وحرمهم. يتم استخدام العديد من الفصول والمختبرات. تباع بعض المنازل لمواطنين عاديين. قامت شركة Deltec بتسعير صافي المنازل صفر تعديل بعض التصاميم ، مثل منزل أبالاتشيان ستيت 2011 ، وعرضت عليهم للبيع كمجموعات جاهزة. بيت دلتا T-90 الذي بناه جامعة نورويتش ل 2013 العشاري الشمسية 2013 الآن على أساس منزل ويسكوت فرانك لويد رايت في سبرينغفيلد ، أوهايو. تم شحن منزل SURE الذي شوهد على هذه الصفحة إلى منزله في نيو جيرسي بعد فوزه بالحدث بالكامل في عام 2015. إنه مفتوح للجمهور في مركز علوم الحرية في جيرسي سيتي.
احتل موقع NeighbourHub المرتبة الأولى في سباق العشاري الشمسي الأمريكي لعام 2017. كانت هذه هي المرة الأولى التي يدخل فيها فريق مشترك من مدرسة الفنون التطبيقية Fédérale de Lausanne ، مدرسة الهندسة والعمارة فريبورغ ، جامعة جنيف للفنون والتصميم ، وجامعة فريبورغ. معا ، هم الفريق السويسري.
يحاول كل فريق Solar Decathlon الحصول على أكبر عدد ممكن من النقاط في كل فئة. نظرًا لأن كل فريق يخضع لنفس القيود ، تظهر الحلول المشتركة من عام لآخر. غالبًا ما تتضمن عناصر الهندسة والتكنولوجيا والهندسة التي تركز على توفير الطاقة ما يلي:
المواد - أفكار جديدة للوحات الهيكلية المعزولة (SIP) ؛ المواد المحلية والخطط الرقمية ؛ أبواب واقية واقية تتكيف مع البيئة المحلية (مقاومة للحرائق والرياح والعواصف) ؛ مواد البناء المعاد استخدامها ، والمعاد تدويرها ، والمعاد تدويرها (على سبيل المثال ، انحياز الخشب من منصات الشحن ، والسجاد من شباك الصيد ، وعزل الدنيم المعاد تدويره ، وبلاط الحمامات الخزفية المستصلحة)
العناصر المستدامة - الألواح الشمسية النشطة والطاقة الشمسية السلبية ؛ المياه الرمادية المعاد تدويرها الطاقة الصافية صفر أو إنتاج أكثر من الاستخدام ؛ الحدائق المائية وجدران الحدائق العمودية ؛ الجدران الخضراء أو الحية والحدائق العمودية ؛ نويل بريس أو ظلال تكسر الشمس تتحرك إلكترونيًا وتتكيف مع حرارة الشمس وهجها
غالبًا ما يكون مظهر هذه المنازل الشمسية تقليديًا في التصميم ، مثل بنغلات California Craftsman ذات الأجنحة العامة والخاصة. يبدو أن العديد من الأفكار مستوحاة من المهندسين المعماريين الذين صمموا بالفعل مساكن حديثة صديقة للبيئة ، مثل الرمز الأسترالي جلين موركوت المهندس الهولندي De Stijl Gerrit Rietveld والفائز الياباني Pritzker Shigeru Ban و المهندس المعماري الأمريكي فرانك لويد رايت.
احتل منزل SU + RE (المستدام + المرن) المركز الأول من بين 14 فريقًا تنافسوا في سباق العشاري الشمسي الأمريكي لعام 2015. كانت هذه المرة الثالثة التي يشارك فيها معهد Stevens للتكنولوجيا في الحدث الوطني ، لكنها كانت أول بطولة شاملة لهم.
المدرسة في هوبوكين ، نيو جيرسي لديها إطلالة على مانهاتن السفلى وذاكرة عام 2012 لإعصار ساندي. الطلاب هنا حساسون لكل من الأحداث الطارئة والمناخية ، والتي يعرفون أنها يمكن أن تكون نفس الحدث. كان هدفهم مع SURE House هو إنشاء نموذج أولي جديد على شاطئ البحر ، "أداء عالي ، منزل يعمل بالطاقة الشمسية ومحمي ضد الطقس القاسي "ولكن" يتم تعبئته كشاطئ مريح وجميل منزل."
كان تصميمهم مناسبًا تمامًا لموقع الحدث الذي عقد في Orange County Great Park في ايرفين ، كاليفورنيا. كان منزل SURE قادرًا على العمل خارج الشبكة الكهربائية بمجموعة من مجمعات الطاقة الشمسية السلبية وغير النشطة. موقعة على الإنترنت surehouse.org/ يكرم العملية والأشخاص وراء المشاركة الفائزة.
LISI هو اختصار ل لامiving أنامستوحى من سمستدام أناالابتكار هو اسم المنزل الشمسي الذي صممه طلاب من جامعة فيينا للتكنولوجيا في النمسا لقسم الطاقة الشمسية العشاري لعام 2013 بالولايات المتحدة. أقيمت المسابقة في إيرفين بولاية كاليفورنيا ، وحصلت LISI على المركز الأول من بين 19 مشتركًا.
على موقع الفريق ، solardecathlon.at/house/توصف LISI بأنها "منزل لك أينما كنت". تضمنت الميزات عناصر معمارية قابلة للتغيير تفتح وتغلق ؛ اثنين من الباحات للتوازن الجمالي ؛ التصميم الشمسي السلبي مع نظام الشاشة الآلي ؛ سقف شمسي يحصد فائض الطاقة ؛ وتخزين متكامل في الجدران. احتل التصميم المركز الرابع في مسابقة الهندسة المعمارية ، لكنه كان المركز الأول في الترتيب العام الذي جعل الفريق يعلن بفخر أنه "أبطال العالم" من "أفضل منزل شمسي في العالم".
حصل دخول جامعة ميريلاند المسمى Watershed على المركز الأول بشكل عام في سباق العشاري الشمسي الأمريكي لعام 2011 المنعقد في منتزه ويست بوتوماك الوطني في واشنطن العاصمة.
تتضمن ميزات المشاركة الفائزة أ حديقة عموديةنظام التشغيل الآلي للمنزل ، أ شلال المجففة السائلة (LDW) لإزالة الرطوبة من الهواء ، يلقي المعماري تفصل المساحات الداخلية العامة والخاصة نظام "العصا الثقيلة" للتأطير (حزم دعامة ثلاثية 2 × 6 بوصات ، 4 أقدام في المنتصف) ، والتي يسمونها "مزيج من إطار العصا التقليدي وإطار الخشب الثقيل."
ال تم استخدام LDW في عام 2007 كميزة لدخول جامعة ميريلاند السابقة ، منزل LEAF. إزالة الرطوبة من الهواء باستخدام كلوريد الليثيوم بدلاً من مكيف الهواء النموذجي يوفر الطاقة ، ولكن هذا ليس كل شيء. يصبح الجهاز جزءًا من العمارة المكشوفة عند دمجه كشلال.
المنزل الشمسي الذي بناه طلاب من جامعة Technische Darmstadt في ألمانيا فاز بالمركز الأول بشكل عام في سباق العشاري الشمسي الأمريكي لعام 2009. في مجال من 20 مدرسة ، حقق فريق ألمانيا نقاطًا عالية جدًا لكفاءة الطاقة.
كان المنزل الشمسي الذي صممه الفريق الألماني عبارة عن مكعب من طابقين مغطى بالخلايا الشمسية. أصبح المنزل بأكمله مولدًا للطاقة مع 40 لوحة من السيليكون أحادي البلور على السطح ومع انحياز مصنوع من خلايا شمسية رقيقة الطبقة مثبتة على شرائط من الألومنيوم. قام النظام الكهروضوئي (PV) بتوليد وتخزين طاقة تزيد بنسبة 200٪ عن الطاقة المستخدمة في المنزل. لهذه الهندسة ، حصل الفريق على أقصى عدد من النقاط في مسابقة صافي القياس.
وشملت الميزات الأخرى الموفرة للطاقة ألواح العزل الفراغي والمواد الخاصة في الحوائط الجافة لمساعدة المنزل على الحفاظ على درجات حرارة مريحة. في النوافذ ، ساعدت اللوفرات الآلية في التحكم في كمية الحرارة الشمسية التي تدخل المنزل.
لزيادة المساحة والمرونة إلى أقصى حد ، تم ترتيب هذا المنزل الذي يعمل بالطاقة الشمسية في مناطق المعيشة بدلاً من الغرف. صمم طلاب من جامعة تكنيشم دارمشتات المنزل الشمسي الفائز في سباق العشاري الشمسي لعام 2007 في واشنطن العاصمة. احتلت المدرسة المرتبة الأولى في الهندسة المعمارية والإضاءة ، توازن الطاقة، المسابقات الهندسية.
جعل الخشب الطبيعي والزجاج المنزل "صنع في ألمانيا" مذهل بصريا. كانت مصاريع البلوط مغطاة بألواح ضوئية ، تجمع بين الأفكار الشمسية السلبية والنشطة. في الداخل ، جرب الطلاب الألمان لوحة حائط خاصة تحتوي على البارافين. خلال النهار ، امتص البارافين (الشمع) الحرارة ولين. في الليل ، يصلب الشمع ، ويطلق الحرارة. دعا دريوال تغيير المرحلة ، كان نظام الجدار أكثر نجاحًا من قبل الفريق الألماني لعام 2009 ، الذي أصبح أيضًا فائزًا في Decathlon بشكل عام. أصبح دريوال تغيير الطور مادة افعلها بنفسك ، حيث أن كفاءته تعتمد إلى حد كبير على المناخ المحلي الذي يتم تركيبه فيه. يمنح US Solar Decathlon مالك المنزل النموذجي فرصة لدراسة هذه الأفكار التجريبية التي لم يتم العثور عليها بسهولة في متاجر Lowe's أو Home Depot.
في عام 2005 ، كان عمر العشاري الشمسي الأمريكي يبلغ من العمر عامين فقط ، بعد أن تحول إلى حدث عام غريب ، ولكن تم عقده مرة أخرى في National Mall في واشنطن ، د. ج. في أوائل أكتوبر. لم يحتل الفائز الأول بالمجموعة الأكبر من الخلايا الكهروضوئية ، ولكنه تفوق في تخزين الطاقة. كان المنزل الشمسي بسقفه المتحرك الذي بنته جامعة كولورادو ، دنفر وبولدر هو الفائز بشكل عام.
أعلن بيان مهمة تصميم BioS (h) IP عن نية الفريق "لدمج المواد الطبيعية والتقنيات المبتكرة في بيئة واعية وعلنية يمكن الوصول إليها ، ووحدات تصميم المنزل بالطاقة الشمسية. "كانت مواد البناء والمفروشات عضوية ، بما في ذلك" فول الصويا والذرة وجوز الهند والقمح وزيت الكانولا وزيوت الحمضيات والسكر وحتى شوكولاتة."
وقد جمعت الجدران مكونين ، وصفت بأنها مجمعة "مثل شطيرة الآيس كريم العملاقة". يسمى عزل رغوة زيت فول الصويا تم وضع BioBase 501 من BioBased Systems بين لوحتين من Sonoboard - لوح قوي وخفيف الوزن مصنوع من مواد معاد تدويرها بواسطة Sonoco شركة. هاتان المادتان الجاهزتان خلقتا لوحًا جداريًا جديدًا لـ Decathlon لعام 2005. أدى فوز الفريق إلى تأسيس عام 2008 لشركة كولورادو ، BioSIPs ، Inc. ، التي استمرت في تصنيع الألواح المعزولة الهيكلية (SIPs) التي تم اختراعها لـ Solar Decathlon لعام 2005.
كان الفائز الإجمالي بأول عقد عشاري للطاقة الشمسية في الولايات المتحدة يسمى BASE + (بناء بيئة مستدامة) صممه جامعة كولورادو في بولدر. أثبتت التجربة الناجحة أنه يمكن بناء منزل شمسي من مواد Home Depot ، وأن الجماليات كانت أكثر أهمية من الكفاءة المثلى. على سبيل المثال ، تميل الألواح الشمسية على السطح ليس إلى زاوية مثالية ، ولكن إلى حل وسط أكثر جمالية. ال مخطط الطابق للفائز العام 2002 يوضح بيانيا تصميم انقسام أو الجناح. يتم فصل مساحة المعيشة العامة بوضوح عن منطقة غرفة النوم الخاصة ، حتى في 660 قدم مربع.
المنزل اليوم هو 2700 قدم2 سكن خاص في غولدن ، كولورادو - موسع ، ولكن مع كل التكنولوجيا.
كانت مسابقات الفئات العشر الأصلية هي التصميم والعيش. عرض التصميم والمحاكاة ؛ الرسومات والاتصالات ؛ منطقة الراحة (HVAC الداخلية) ؛ التبريد (الحفاظ على درجة الحرارة بأقل طاقة) ؛ الماء الساخن (للأنشطة النموذجية مثل الاستحمام والغسيل وغسل الأطباق) ؛ توازن الطاقة (باستخدام طاقة الشمس فقط) ؛ إضاءة؛ الأعمال المنزلية (الطاقة الكافية للاحتياجات) ؛ والتجول (الطاقة للمركبة الكهربائية).
تضمن منزل كل فريق مطبخ وغرفة معيشة وغرفة نوم وحمام ومكتب منزلي بحد أدنى 450 متر مربع قدم (41.8 مترًا مربعًا) من المساحة المكيفة ضمن مساحة بناء قصوى تبلغ 800 قدم مربع (74.3 مترًا مربعًا) أمتار). على الرغم من أنهم تقاسموا هذه المتطلبات المشتركة ، إلا أن الهندسة المعمارية المعروضة في أول عشاري للطاقة الشمسية على الإطلاق اختلفت على نطاق واسع ، من التقليدية إلى الحديثة المعاصرة.
وادعى مؤلفو كتاب "الطلاب وأعضاء هيئة التدريس الذين شاركوا في ديكاتلون الشمسي لعام 2002 صنعوا التاريخ" الحدث قيد المراجعة.
لهذه الأسباب ، استمر الحدث الذي رعته الحكومة وأصبح أكثر نجاحًا على مر السنين. لم يصبح العشاري الشمسي الأمريكي أكثر شهرة فحسب ، بل أصبح الحدث أكثر وأكثر مهم للمواطنين الواعين بيئياً الذين يتزايدون باستمرار والذين يحاولون إنقاذ هذا الكوكب إنسانية.
مصادر: https://www.solardecathlon.gov/past/2002/where_is_colorado_now.html; "ملخص تنفيذي،" Solar Decathlon 2002: الحدث قيد المراجعة ، المختبر الوطني للطاقة المتجددة ، DOE / GO-102004-1845 ، يونيو 2004 ، ص. ثامنا (بي دي إف); خطة الأرضية لعام 2002 ، مقدمة من وزارة الطاقة الأمريكية ، والمختبر الوطني للطاقة المتجددة ، والتحالف من أجل الطاقة المستدامة ، والعشاري الشمسي ؛ Solar Decathlon 2005: الحدث قيد المراجعة، المختبر الوطني للطاقة المتجددة ، DOE / GO-102006-2328 ، يونيو 2006 ، ص. 20 (بي دي إف) [تم الوصول إليه في 13 يوليو 2017] ؛ شور ، حول النموذج الأولي من صفحة الفريق على www.solardecathlon.gov/2015/competition-team-stevens.html ، وزارة الطاقة الشمسية الأمريكية العشارية 2015 [تم الوصول إليه في 11 أكتوبر 2015] ؛ LISI ، حول النموذج الأولي من صفحة الفريق على www.solardecathlon.gov/team_austria.html ، 2013 وزارة الطاقة الشمسية الأمريكية العشارية 2013 [تم الوصول إليه في 7 أكتوبر 2013]