弗吉尼亞理工大學(xué)參加了2009年美國(guó)能源部太陽(yáng)能十項(xiàng)全能挑戰(zhàn)賽，并榮獲2010歐洲太陽(yáng)能十項(xiàng)全能的第一名。該學(xué)校的作品是一個(gè)能源優(yōu)化的“智能”房屋，面積800平方英尺，采用了Thomson和科爾摩根公司的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)降低房屋的總體暖通空調(diào)負(fù)載。

      通過(guò)與Thomson和科爾摩根公司合作，流明屋的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以采用滿足自己準(zhǔn)確性能需求的技術(shù)，而不會(huì)為了適應(yīng)可用的運(yùn)動(dòng)技術(shù)而降低設(shè)計(jì)目標(biāo)。弗吉尼亞理工大學(xué)研究中心主任Robert Dunay說(shuō)：“我們需要的組件應(yīng)當(dāng)能夠應(yīng)對(duì)嚴(yán)酷和不斷變換的環(huán)境條件，并能夠隨時(shí)準(zhǔn)備接受第三方的控制信號(hào)，且接口要非常靈活和方便。我們對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)提出了非常嚴(yán)格的要求，而Thomson和科爾摩根的運(yùn)動(dòng)控制解決方案可以完全滿足我們的要求”。

      流明屋設(shè)計(jì)中蘊(yùn)藏的理念是建造一個(gè)可持續(xù)的智能房屋，能夠在任何時(shí)候都保持最佳的能效。弗吉尼亞理工大學(xué)項(xiàng)目協(xié)調(diào)人Joseph Wheeler教授說(shuō)：“當(dāng)天氣好的時(shí)候，房屋會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，并且不使用能源。反過(guò)來(lái)，當(dāng)天氣變壞時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)房屋的自我保護(hù)?！?/p>

      流明屋集中體現(xiàn)了“整體建筑設(shè)計(jì)”的建設(shè)方法，所有的房屋組件和系統(tǒng)都按照協(xié)同工作的目標(biāo)設(shè)計(jì)和建造，從而最大限度地提高用戶的舒適度并實(shí)現(xiàn)環(huán)保。其核心是一個(gè)集成的環(huán)境控制系統(tǒng)。

      Wheeler解釋說(shuō)：“流明屋擁有自己的氣象站，帶有一個(gè)“被動(dòng)/主動(dòng)”環(huán)境控制系統(tǒng)，可以減少能耗并使效率最大化。簡(jiǎn)單地說(shuō)，氣象站與控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，然后控制系統(tǒng)再通知Thomson和科爾摩根運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉房屋。如果房屋需要隔熱，那么隔熱屏蔽就會(huì)閉合；如果房屋需要遮陽(yáng)，那么遮陽(yáng)屏蔽就會(huì)閉合；而如果房屋需要隱秘時(shí)，遮蔽屏蔽就會(huì)閉合，同時(shí)不會(huì)影響自然通風(fēng)?！?/p>

工作方式

      流明屋采用分層的系統(tǒng)，包括一系列機(jī)電化的遮蔽屏蔽和能夠根據(jù)天氣變化進(jìn)行調(diào)節(jié)的絕緣面板。每個(gè)屏蔽和面板的重量可以達(dá)到1千磅，而且還可能因暴露在變換的環(huán)境中而承受很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)荷載，因此移動(dòng)這些屏蔽和面板的機(jī)構(gòu)必須非常強(qiáng)勁。

      遮蔽屏蔽組件通過(guò)超級(jí)智能滾珠襯套（Super Smart Ball Bushing® ）軸承安裝在Thomson 60 Case® 小型圓軌組件上，并通過(guò)由科爾摩根AKM™伺服電機(jī)提供動(dòng)力的Thomson RapidTrak皮帶驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)。絕緣面板和遮蔽屏蔽起到“蚌殼”的作用，可以保護(hù)房屋不受環(huán)境因素的影響，并且由帶有科爾摩根AKM伺服電機(jī)的RapidTrak系統(tǒng)懸掛和移動(dòng)。房屋還采用Thomson PPA PowerPac執(zhí)行器作為光伏陣列的一部分，可以跟蹤日光并進(jìn)行發(fā)電，該裝置可以根據(jù)季節(jié)自動(dòng)適應(yīng)日光角度的變換。

      弗吉尼亞理工大學(xué)學(xué)生小組的組長(zhǎng)David Clark說(shuō)：“可變反饋裝置提供了一定程度的速度和功率控制，除了總體能源控制外，我們可以在必要的時(shí)候以每分鐘300英寸的速度移動(dòng)面板，而僅需1.5 amps的功率。使用這么少的能量來(lái)操控這些面板有很大的意義，這意味著我們可以不必啟動(dòng)暖通空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)然，根據(jù)天氣情況和強(qiáng)風(fēng)及風(fēng)向變換引起的動(dòng)態(tài)荷載變化，功率需求也會(huì)有所變化，因此有時(shí)候我們需要通過(guò)調(diào)整功率來(lái)優(yōu)化性能。而基本原則是我們能夠控制能耗并使效率最大化?！?/p>

      流明屋可以不斷地監(jiān)測(cè)天氣情況，并根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)遮蔽屏蔽和絕緣面板，因此弗吉尼亞理工大學(xué)的學(xué)生們使用了Thomson 1-10 Micron® NemaTRUE Planetary® 減速機(jī)，將其插入到科爾摩根AKM伺服電機(jī)和軌道驅(qū)動(dòng)器之間來(lái)增加轉(zhuǎn)矩的潛力，并且可以將電機(jī)放慢以避免面板移動(dòng)過(guò)快。Clark說(shuō)：“一般來(lái)說(shuō)，我們不需要1萬(wàn)個(gè)不同的止動(dòng)裝置，能夠可靠地達(dá)到正確的位置就可以了?！?/p>

手動(dòng)超馳的應(yīng)用

      和所有自動(dòng)化裝置一樣，這里也需要有手動(dòng)超馳的情況。流明屋使用iPhone和iPad作為接口元件，和帶有數(shù)字和模擬輸入的科爾摩根S200伺服驅(qū)動(dòng)器一起實(shí)現(xiàn)建筑控制系統(tǒng)的手動(dòng)超馳。Clark解釋說(shuō)：“建筑控制系統(tǒng)從iPhone或iPad那里接收信息，將1-10的信號(hào)進(jìn)行解釋后向每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送一個(gè)低壓信號(hào)（0-10伏特）。驅(qū)動(dòng)器接收到該信號(hào)后，會(huì)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確的位置數(shù)，然后將屏蔽和絕緣面板送到正確的位置?！?/p>

      iPhone和iPad可以自動(dòng)調(diào)整流明屋的平面布置，用戶只需在iPhone或iPad 用手指輕點(diǎn)即可越過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)改變屏蔽和面板的位置，而且還可以用來(lái)控制房屋的很多部分，包括鎖門和開(kāi)門等。例如，流明屋的前門帶有一個(gè)RFID標(biāo)簽，可以通過(guò)按鈕遠(yuǎn)程控制開(kāi)門和鎖門。如果需要讓鄰居進(jìn)入房屋以便將狗放出，那么可以通過(guò)手機(jī)業(yè)務(wù)在任何很遠(yuǎn)的位置實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

當(dāng)前的潛在應(yīng)用

      Dunay說(shuō)道：“流明屋中實(shí)現(xiàn)的一些概念的真正意義在于，它以較小的規(guī)模為我們展示了通過(guò)更加智能的百葉窗型系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有的住宅和商業(yè)建筑進(jìn)行翻新，不僅能夠遮陽(yáng)還能夠隔熱，從而實(shí)現(xiàn)更高的能效。例如，通過(guò)能夠感知太陽(yáng)位置并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)的窗簾、遮蔽和百葉窗，控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)對(duì)天氣條件做出反應(yīng)甚至加以利用，這對(duì)于減少暖通空調(diào)的使用和降低能耗有著重大意義?！?/p>