新能源技術背景下的公共設施創新設計探析

錢　峰　（鹽城工學院設計藝術學院　224051）徐雪梅　（鹽城市文峰中學　　　224051）

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新能源技術背景下的公共設施創新設計探析

錢峰（鹽城工學院設計藝術學院224051）
徐雪梅（鹽城市文峰中學224051）

摘要：隨著社會經濟的發展，能源危機問題越來越困擾著人們的生存環境，許多國家紛紛從不同的角度提出研究解決問題的對策。公共設施作為城市公共空間交流的載體，在人們的生活中扮演著角色，通過對新能源技術的梳理，著重從太陽能、風能、潮汐能、能源轉換等方面分析新能源技術在公共設施設計中運用，旨在探討公共設施設計的綠色之路。

關鍵詞：新能源；公共設施；創新設計

本文為鹽城市社科聯課題《新能源背景下的鹽城城市公共設施設計研究》結題成果之一。項目編號：15skyyC25

隨著社會經濟的發展和城市化進程的推進，越來越多的大型、特大型城市的不斷的涌現，人們在創造“現代化”的生活方式和生活環境的同時，越來越感覺到生存環境的壓力。2014年世界衛生組織公布全球空氣質量最差的十個城市排名，而中國竟然占到七席，這是個多么讓人觸目驚心的數字！一味的城市化進程的擴張，一定程度上是拉動了GDP的高速增長，從90年代開始我國就步入經濟發展的快車道，但我們也清晰的意識到，在這些數字增長的背后是以“兩高”產業為代價，以能源的過度開發和利用為前提，許多城市不再以“煤炭之城”“鋼鐵之城”“造紙之城”等等為榮。從國內統計的數據來看，2009年起，中國從一個煤炭出口國家一躍轉變為煤炭進口大國，到2012年，中國煤炭的進口量躍居世界第一位，天然氣也需要大量進口。國家能源委員會主任張國寶在2014年高峰論壇中指出：“中國己經成為世界上第一大能源生產國和消費國。”能源問題已經成為全人類共同面對迫切要解決的難題，成為社會可持續發展道路上的絆腳石。在全球的視角下，能源問題成為國際關注的焦點，慶幸的是各個國家紛紛積極探索和發現代替能源的發展之路。

一、新能源的界定及國內外發展現狀

新能源的定義在世界不同的國家有不同的解釋，它是一個廣義的概念，“新”能源是相對于“常規”能源而言，泛指常規能源（石油、天然氣、煤炭）以外的各種能源。早在1978年聯合國大會中就對形能源這樣解釋的：“新能源和可再生能源共包括14種能源：太陽能、地熱能、風能、潮汐能、海水溫差能、波浪能、木柴、木炭、泥炭、生物質轉化、畜力、油頁巖、焦油砂及水能1。1981年聯合國新能源和可再生能源會議在肯尼迪召開，會上通過了《促進新能源和可再生能源的發展與利用的內羅畢行動綱領》2，這是對新能源和可再生能源開發和發展的一次宣言：“以新技術和新材料為基礎，使傳統的可再生能源得到現代化的開發與利用，用取之不盡、周而復始的可再生能源來不斷取代資源有限、對環境有污染的化石能源。3”

我國對新能源的開發和利用較早就啟動了，早在“六五”期間已列入攻關計劃，但限于當時技術和條件的客觀原因，開發的進度相對較慢，與發達國家相比還有較大的差距。1995年《1996-2010新能源和可再生能源發展綱要》的出臺，為我們國家的新能源發展指明了方向，對新能源產業的發展和形成，起到極大的促進作用（如圖1）。2005年《中華人民共和國可再生能源法》的頒布并實施，進一步擴大了對新能源的開發和保護。到2012年從世界并網風電的國家來看，中國超過美國，躍居世界第一位。太陽能光伏產業同樣蓬勃發展，在太陽能熱水器開發和利用領域，我國也居于首位。從整體發展質量來看，我國的新能源產業與世界發達的國家西班牙、德國、丹麥、芬蘭等相比，依然存在較大的差距。

二、公共設施設計的新趨勢

公共設施也被稱之為“城市家具”（urban furniture），在不同的國家的翻譯方面存在一定的差距。現代城市公共設施是伴隨著城市發展需求出現而出現的一種城市公共產品，是城市設計的細節，是城市文明的隱性體現。奧地利建筑師羅布?克里爾（Rob Krier）認為：“城市公共設施是指城市內開放的用于室外活動的、人們可以感知的設施，它具有幾何特征和美學質量，包括公共的、辦公共的供內部使用的設施。4”

在現代城市的規劃和設計中，公共設施在城市公共空間的作用尤為重要。如何構建科學、合理、系統的公共設施設計的新模式，如何使設施產品與城市環境和諧共生，這些都是我們迫切需要思考的問題。在環保主題的倡導下，低碳節能、再生循環、能源技術、零污染等設施設計新觀念不斷涌現并成為一種公眾認可的設計趨勢。環保時代的到來促進了設施設計觀念的進一步解放和表現技術的優化，綠色設計、可持續性設計、適度設計等融合諸多邊緣學科的可持續性設施層出不窮。

隨著人們對新能源技術的研究不斷的向縱深方向深化，新能源技術應用范圍領域也在不斷的擴大。在設計理念不斷更新的今天，技術的介入尤為突顯，而新技術的進步也為公共設施帶來了新契機。

三、新能源技術在公共設施設計中的具體體現

（一）太陽能

太陽能是大家最為熟悉的新能源之一，簡而言之，就是利用太陽能量來進行光電和光熱的轉換，從而滿足人們對能源的需求。我們平時所熟知的太陽能包括廣義和狹義兩層意思，從廣義上來看，風能、水能、化學能都屬于太陽能范疇，而狹義的太陽能也就是指太陽能光電和光熱的轉化。

太陽能是最為代表性的綠色能源，無毒、無害、不產生污染，并且取之不盡、用之不竭，太陽能發電被譽為最理想的能源。太陽能以其自身的低碳和可持續性，越來越多的國家紛紛投入到對太陽能的研究和開發之中。太陽能技術在城市公共設施領域的運用在許多國家已經開展和推廣，相對技術較為成熟的國家有丹麥、芬蘭、瑞典、美國、德國、意大利等國家，如圖2為紐約的布萊恩公園（Bryant Park），坐落在繁華的都市曼哈頓市中心，可謂是鬧市中的綠洲。在游客的休息公共座椅區域放置一些太陽能手機充電樁 City Charge，外形似圓形茶幾，頂部為圓形的太陽能電池板，位于茶幾桌面的支撐柱外接6根手機充電接口，極大地方便了游客在旅行途中手機沒電應急所需。如圖3為美國舊金山市的太陽能公交站臺，站臺由Lundberg Design建筑設計工作室設計，并與美國戶外廣告公司Clear Channel達成協議共同建設。站臺頂棚深顏色的太陽能薄膜，既可以起到遮陽的作用，又提升了對太陽能的利用率。不僅供給照明、公共信息顯示和Wi-Fi無線路由器，同時多余的電量又被輸送的城市的國家電網。

（二）風能

風是空氣的自然流動而形成的大自然的現象之一，而這種流動的現象正是風能資源開發的基礎。早在20世紀70年代，對風能的開發就逐漸被不少的國家所重視，并隨著科技的不斷進步，人們對風能的研究也越發高漲，據世界能源組織預測風能有望成為21世紀大規模開發的一種可再生清潔能源。

風能與其他可再生資源相比有其自身的諸多優點和優勢，第一，它不受市場變化波動的過多影響，不受能源枯竭的影響；第二，在風能的開發之中，不會對環境在成破壞，同時不會釋放其他有害的物質，真正做到、綠色、清潔和環保；第三，風能的潛力巨大，據不完全統計，到2020年，未來風能開發將會占到全球發電量的12％。早在2012年兩會期間，國家能源部門的負責人就明確給出，中國的太陽能和風能的開發已居于世界第一位。雖然我國目前的總體能源開發總量占有絕對優勢，但開發的水平層次不夠高，開發利用相對比較單一，而且風能產品開發有待進一步加強。在世界許多國家風能的開發已經普遍用于諸多領域和行業，同樣在公共設施之中也有諸多成功的案例。圖4為一款由英國設計師設計公共藝術作品，雕塑位于墨西哥河畔，整體高度為14米。整體外形宛若一朵盛開的花朵。雕塑采鏤空鍍鋅板制作而成，花瓣中間內置LED燈，花瓣的底部配有小型風力發電機，在微風的帶動下，白天發電儲備電能，夜晚金屬之花在LED燈的照耀下發射出耀眼的光彩，點亮威尼斯的夜空，不失為一款經典的公共設施設計作品。

圖5為一款哥倫比亞海濱地區公共照明系統“FLOW”，整體設計以竹子為主要材料，結合其小型風電機和LED點光源。設計師基于低碳環保的理念出發，就地取材采用天然的竹子材料，同時結合當地尚無地下電纜鋪設的現狀，巧妙的采用竹子材料做成燈架，竹子燈架采用螺旋狀整齊排列，竹管的一個端口可以讓風推動這旋轉從而發電，供給給竹竿末端的LED光源，在整體旋轉的同時，可以讓LED光源形成一個燈柱，充分發揮其照明功能。使海濱增添了幾分生活的氣息，使夜晚的海邊增添一道亮麗的風景線。

（三）潮汐能

潮汐能是近幾年來發達國家熱衷于研究的新能源領域，潮汐能是因為地球—太陽—月球之間的引力差的不同，而形成的海水周期性、規律性的自然現象，也就是我們平時所見的潮起潮落的自然現象。眾所周知，地球表面被70％的海水所占據著，龐大的海洋面積給潮汐能的開發創造了天然的條件。潮汐漲落的動能和勢能可以說是取之不盡、用之不竭的動力資源，人們稱之為“藍色的煤海”。從能源利用的角度而言，潮汐能就是利用勢能轉化機械能，再通過機械能轉化為電能。潮汐能的利用主要集中在潮差較大的淺海、海灣和河口地區。我國有著漫長的海岸線，河口眾多，部分地區潮差較大，這些為我國利用和開發潮汐能創造了有利條件。但我國的潮汐能的利用和開發遠遠沒有的得到普及，落后于歐美等發達國家。利用潮汐能來發電是目前世界各個國家利用潮汐能的最基本方式。潮汐發電，就是利用海水漲落及其所造成的水位差來推動水輪機，再有水輪機帶動發電機來發電，其發電的原理和水利發電差別不大，不過，一般的水流方向是單向的，而潮汐發電則不同5。從能量轉化的角度，朝夕能是發動能和勢能轉化為機械能，再有機械能通過發電機轉化為電能。

人們對潮汐能研究和開發的一直沒有停止過，特別是公共設計的領域。圖6為美國紐約的建筑師加伯和諾維洛設計的概念設計作品“船塢港灣”，該作品為美國新一代設計競賽的比賽方案，雖然之中沒有獲得最終大獎，但是被《大都會》雜志刊登出來，引起了諸多的關注，它的視角就是關注對能源問題的思考。此設計的創新點主要體現在兩個方面，一是它延長了紐約的海岸線的長度，顛覆了傳統船塢的建設方式，以工業設計的模塊化的理念為前提，對碼頭船塢的設計形式提出了新的思考。二是基于新能源的背景，以潮汐能為切入點，在設施的垂直底部裝配有三個渦輪發電機，發電機利用海水的潮汐流轉化為電能，從而把電能儲存起來，以供給LED的夜間照明，最終形成獨立的“入塢系統”。圖7為素有“外星人發電機”之稱的濱海公共設計，整體造型夸張大膽，帶有濃烈的科幻色彩。其基本的設計原理就是利用海水流動產生的能量轉化為電能，不僅供給與之相連的海上浮標，惠及和造福海邊的漁民，同時也可以將多余的電量供給陸地使用。另外，整個設施會隨著海水潮汐的變化為隨之轉動，階梯狀的支撐柱可以供人們登上支撐臺頂，形成美妙的觀景平臺，龐大的“翅膀”遮擋了強烈的日光照射，讓人們繁忙之余感受愜意的海岸風光。

（四）能源轉換

前面我們所提到的都是公共設施中的新能源的利用和開發，而作為公共設施的創新設計不僅僅限于新能源開發與應用，同時也包含一些對新能量轉換方式的利用，如機械能的再次利用，動能的二次開發等等。圖8為城市休閑健身公共設施的系統設計，設計中充分意識動能轉換的重要性，著眼于城市公共設施中最為常見的踏步機，在使用這一設施產品時，為了達到鍛煉的目的腳會踩著踏板前后擺動，模擬走路的動作，形成自然的擺幅，而設計師就是利用這一現象，將踏步機和發電機巧妙的結合，運動產生的電能供給設施頂部的燈光系統進行照明，而公共座椅兩側同樣裝有機械扶手，當用戶坐在其上，前后推送機械扶手運動，同樣也可以實現能量轉換，將機械能轉化為電能，補給座椅頂部的燈光照明。另外，座椅及踏步機的燈柱之上設有LED顯示屏，實時反饋給運動者你的運動貢獻了多少電量，讓用戶在運動的同時產生豐富的交互體驗。圖9是Ian Jaye Jovvan Popovic & Patrick Houin設計團隊為GE公司設計的自發電交通設施系統，此設計包括交通信號燈、道路景觀燈和電子眼為一體，其設施供給的基本能源來源于壓電技術，設計師著眼于十字路口是人流和車輛最為集中的地方，利用行人和車輛通過路口時形成的壓力震動，壓力震動傳輸到路口底面鋪設的橡膠層，橡膠層再將壓力傳送到壓電晶體層，從而產生源源不斷的能源補給，將產生的電量一方面供給電子眼和信號燈，另一方面可以滿足LED路燈夜間照明，最大限度的開發和利用能源。

四、結語

新能源的開發和利用被逐漸的應用到更多的領域，人們對新能源的開發也正在想著更廣和更深的層面進行思考。能源的危機引發人們不僅是對能源本身的思考，而更多是觸及到人類的自身生存和社會層面的反思。新能源公共設施產品的開發和創新設計僅僅是一個開始，我相信不久的將來人們會對新能源的開發拓展到更廣闊的領域，這也是人類所面臨的共同命題。

注釋：

1.黃寰.21世紀：新能源的世紀[J].資源與人居環境，2006（05）：22-24.

2.徐波.中國可再生能源發展的政策激勵研究[D].西北大學，2008.

3.魏曉莎.利益集團在美國新能源政策制定中的作用[J].哈爾濱商業大學學報（社會科學版），2013（01）：30-35.

4.熊澤.成都地鐵站公共設施設計的地域性研究[D].西南交通大學，2011.

5.張斌.潮汐能發電技術與前景[J].科技資訊，2014（09）：3-4.

錢峰，講師，碩士，鹽城工學院設計藝術學院工業設計系主任，研究方向產品設計及理論研究。

徐雪梅，高級教師，鹽城市文峰中學，研究方向英語教學及研究。

作者簡介：