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3D打印+无电网新居:晴天储存太阳能,阴天再利用

2016-03-14 09:15
黯影冰风
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  今年1月,世界贸易中心一号大楼背后的大牌建筑师们,连同田纳西一个小实验室的研究人员,一起出席了世界建筑师大会。他们带来了一栋非常不一般的建筑,筒状结构,看起来像是清风房车和鱼的聚合体。有肋骨和鳃,还有一辆长得像吉普的亮黑色SUV,就像从未来驶来的大篷马车。

  他们将之称为“增量制造集成能源体”,更顺口的叫法是AMIE 1.0。这个经过5年合作才造出来的非一般设计,传递出了建造方法和能源使用上一些很有趣的理念。它是3D打印出的最大型碳纤维结构体之一,建造过程几乎没有任何浪费,还能与同样是3D打印出的SUV共享能源。该项目让我们窥探到了一丝丝建筑师们对未来无电网接入居所的想法。

  橡树岭国家实验室

  AMIE是多家机构的合作产物,参与机构包括:美国能源部的橡树岭国家实验室、田纳西大学建筑与设计学院,以及SOM建筑设计事务所。SOM负责城市规划的一位合伙人菲尔·恩奎斯特(Phil Enquist)表示,他们的目标就是,探索更宽广的城市能源应用。增量制造——亦称“3D打印”,是他们的首先方案。“我们真的对3D打印非常中意,因为它的整个创意就是可以设计一栋建筑,然后马上以毫无浪费的方式打印出来。”与现代建筑项物相比,少了20%~30%的建筑垃圾。

  3D打印在小型应用中已经越来越常见了,但建筑师和工程师们仍在找寻将这一技术应用到房屋和基础设施上的方法。去年,中国的盈创装饰设计工程     有限公司就以一栋3D打印的5层建筑获得世人瞩目。约里斯·拉尔曼(Joris Laarman),以3D打印家具闻名的荷兰设计师,计划采用增量制造技术在阿姆斯特丹架起一座人行天桥。

  这种规模的3D打印充满了挑战。最大的问题就是强度。传统建筑中,多种材料共同提供足够的支撑;从外观上看,就是混凝土地基上垒砖,再辅以钢框架增强支撑。但3D打印的是连贯的结构体,传统建筑完全无碍的承重,都能让大片无强化的塑料断裂坍塌。

  AMIE项目通过分片打印解决了材料强度问题。该筒状建筑由很多碳纤维强化塑料3D打印而成的C形模块组成,并辅以了钢管加强。两个C形模块可组成环状的一段,多段连接就能令这个结构体拔地而起了。这种模块化系统可以令负载很好地均分到整个结构体上。

  集成能源

  但3D打印建筑还只是该项目一半的亮点。从一开始,橡树岭科学家琼尼·格林(Johney Green)和罗德里克·杰克森(Roderick Jackson)就将AMIE视为重新定义能源生产、存储和消费的机会。

  他们的计划是:将人们日常生活中的两大能源消耗——房子和车子,用“集成能源”系统连接起来。换句话说,他们想要房子和车子之间能够相互传输电能。

  AMIE就是这么干的。房子和SUV都能产生和存储能源。房子可以利用屋顶太阳能电池板给房间里的灯具、感应龙头、电冰箱和感应炉灶等电器供电。不用电的时候,能源便存储到房子的电池里。SUV也用电池驱动,但同时也载有汽油发电机。SUV和房子通过感应充电板连接,只要车子停在上面,充电板就会被激活。在必要的时候,车子的电池和发电机可以给房子供电,反过来也行。而当阴天两者都电力不足的时候,房子可以接入电网取电。

  杰克森将AMIE比作活的生命体。他说:“你的身体会自行调节。它知道什么时候该将血液输送到身体的不同部分。”AMIE所做的事与之相差无几,由一台加载了能源监控算法的计算机协调能源的流向。这台计算机被杰克森比作AMIE的大脑。“如果房子需要电力,就用太阳能来满足它的需要。如果不需要,或者未来几个小时里都是阴天,就将电力储存到电池或SUV里。”

  SOM和橡树岭的设计师们将他们的概念付诸实践的时候,该无线双向能源系统起效了——至少,在受控环境下起效了。AMIE基本上就是个原型,不过它也有几个类似的兄弟,比如特斯拉能源的电池系统,或者挪威零排放建筑研究中心与设计公司sn?hetta的“plus house”。它们每一个,都是不依赖于集中供电网的新生活模式试验项目。

  恩奎斯特、格林和杰克森想要看到集成能源概念应用到更广泛的范围。恩奎斯特指出:城市里的电厂通常手上都有多余的电量以应付用电高峰——大家都下班回家开灯、做饭、看电视的时间。按需供电显然比容纳高峰电量要有效率得多。然后,还有另一种相反的情况——有些社区根本没有多余的电量。“世界上还有20亿人没有可靠的用电供应。这就是问题所在。”杰克森说,“即使是在美国这种可靠电力系统更多的地方,超级飓风桑迪、卡特里娜等等自然灾害都能让我们回想起——或许这些系统没有我们认为的那么可靠。”

  这些暗示了SOM和橡树岭的蓝图:设计AMIE 2.0,将高密度城市环境考虑在内。恩奎斯特称,该项目意图建立起整个社区,而不是独立的单元。所有这些,包括AMIE 1.0的命运,都依赖于能源部的持续资金支持。只要资金能跟上,恩奎斯特说,“我认为1年之内我们就能打印真正能住人的房子。”

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