王 龍

（長沙理工大學(xué) 設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410014）

能源危機(jī)迫在眉睫，世界經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化，得益于即將枯竭的化石能源，如石油、天然氣、煤炭等的廣泛投入與利用。這種現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)是建立在化石能源基礎(chǔ)上的一種經(jīng)濟(jì)，然而，它將在二十一世紀(jì)上半葉迅速枯竭。出于生存的原因，也是出于世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，要克服能源危機(jī)，出路不僅在于節(jié)約能源，更在于大力發(fā)展可再生能源，用可再生能源和原料全面取代化石能源，進(jìn)行一場(chǎng)新的工業(yè)革命。以太陽能為主的可再生能源的利用潛力就顯得格外突顯了。

經(jīng)過幾十年探索和實(shí)踐應(yīng)用，太陽能已經(jīng)被視為新能源的代表。太陽能是一種潔凈和可持續(xù)產(chǎn)生的能源，是未來社會(huì)能源的主要發(fā)展方向之一。發(fā)展太陽能科技可減少在發(fā)電過程中使用的礦物燃料，從而減輕空氣的污染及全球暖化等諸多的問題。我國的太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界第一，是全球太陽能熱利用生產(chǎn)和使用量最大的國家，也是重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國，我國擁有較為成熟的太陽能技術(shù)，大力推動(dòng)我國的太陽能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)，是我國發(fā)展領(lǐng)先能源技術(shù)、可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)和環(huán)保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重大機(jī)遇。隨著光伏電力的應(yīng)用、光熱的利用技術(shù)的逐步成熟，生物質(zhì)燃料能源的利用等與太陽能相關(guān)的能源利用已經(jīng)走進(jìn)了我們的生活，并正在改變著我們的生活。

城市公共環(huán)境與設(shè)施是體現(xiàn)資源節(jié)約與環(huán)保理念的重點(diǎn)區(qū)域。節(jié)能環(huán)保的城市公共環(huán)境能充分展現(xiàn)城市的品位與理念。城市中的公共設(shè)施設(shè)備，例如路燈、道路指示牌、公交車站等，已成為城市與人之間不可或缺的一部分。而要維持這些設(shè)施設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，亦是需要能源的供給。太陽能光伏電力技術(shù)的日趨成熟及廣泛的應(yīng)用，可以較大程度地解決這部分電力的供應(yīng)。對(duì)于一座城市而言，這將節(jié)省一大塊的電力資源。對(duì)于城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展也將起到較為重要的示范作用。

城市的生存和發(fā)展必須具備較為完善的基礎(chǔ)設(shè)施。我國改革開放三十多年來，城市的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生了質(zhì)的變化，公共環(huán)境得到了很大的改善。例如城市的亮化（即城市照明）近十年來成為每個(gè)城市建設(shè)的一個(gè)重要部分，而且發(fā)展非常迅速，它對(duì)完善城市功能、改善城市環(huán)境，提高人民生活水平均發(fā)揮了積極地作用。但總體上說，城市照明的水平還不高，建設(shè)市場(chǎng)混亂，忽視照明設(shè)計(jì)的文化品位與環(huán)境的和諧，單純的追求亮度，造成光污染，使用低效的照明設(shè)備，電能浪費(fèi)嚴(yán)重，加劇城市的用電緊張?！肮?jié)能”成為需要解決的問題。不僅是在城市市政照明中，公共設(shè)施設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)亦是需要考慮這些因素，所以，以人為本、全心全意為城市服務(wù)的節(jié)能問題被廣泛地提及。堅(jiān)持節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，開發(fā)新能源新技術(shù)，服務(wù)城市環(huán)境。在這其中，新能源的開發(fā)利用無疑是節(jié)能環(huán)保主題的亮點(diǎn)，它必將成為今后城市公共環(huán)境設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

城市公共設(shè)施是城市空間構(gòu)成中不可或缺的主要元素，它的設(shè)計(jì)和處理，在很大程度上能體現(xiàn)城市的文明程度和文化品質(zhì)，也是體現(xiàn)城市品味、提高城市趣味的重要環(huán)節(jié)。從塑造城市形象的視角出發(fā)，審視城市公共設(shè)施對(duì)城市影響力、競爭力的作用可以看到，成功的城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)可以創(chuàng)造出一個(gè)城市強(qiáng)烈的地域感和可認(rèn)知感，培育城市知名度和影響力，成為拉動(dòng)城市發(fā)展的一個(gè)重要增長點(diǎn)。

從研究的意義上，太陽能公共設(shè)施起到體現(xiàn)城市節(jié)能環(huán)保的一個(gè)示范作用，節(jié)能環(huán)保一直在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中得到足夠的認(rèn)識(shí)和重視。近幾年，從設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專業(yè)人才到市政建設(shè)的政府部門乃至媒體輿論、百姓大眾都把城市公共設(shè)施的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)和投入提到了應(yīng)有的地位。但太陽能公共設(shè)施始終沒有得到應(yīng)有的普及應(yīng)用，因此研究和設(shè)計(jì)太陽能公共設(shè)施具有較大的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

一、太陽能技術(shù)應(yīng)用的實(shí)例

太陽能是一種輻射能，利用時(shí)要轉(zhuǎn)換成其它形式的能量。如通過集熱器，將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能；利用光伏效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能；通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)換為生物質(zhì)能等等。目前，太陽能的熱利用和各種光電產(chǎn)品都得到較大的發(fā)展。

（一）太陽能建筑

有關(guān)人士預(yù)測(cè)，未來的城市是生態(tài)城市，未來的建筑是生態(tài)建筑。而生態(tài)城市和生態(tài)建筑的一個(gè)顯著的特點(diǎn)是太陽能技術(shù)得到充分利用。因此，從一定程度上講，生態(tài)建筑即“太陽能建筑”，而生態(tài)城市即“太陽能城市”。到那時(shí)，建筑物的許多構(gòu)件將是太陽能集熱器，或是太陽能電池板，它既是大建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，又為建筑物提供部分能源。

現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒硎占柲芡?，建筑物亦可利用太陽的光和熱能。德國弗萊堡著名的“完全自足太陽房”就是一座完全依靠太陽能采暖、發(fā)電，而不依賴常規(guī)能源的零消耗建筑，至今已有11年了。該房已引起各界人士的密切關(guān)注，希望通過此項(xiàng)研究能使人類找到一條利用可再生的清潔能源的新路。

[38]騰訊網(wǎng)：《中國成為柬埔寨第一大客源國》，http://zj.qq.com/a/20180201/008563.htm，2018年2月1日。

塞浦路斯等國家還發(fā)展了在建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)中利用太陽能的軟件，以便在房屋建筑的最初階段——規(guī)劃階段就考慮太陽能的利用，并在建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)房屋的造型、朝向、形狀、平面布局，乃至材料的選擇等，都與太陽能的利用結(jié)合在一起，使太陽能的利用與建筑功能緊密結(jié)合。

（二）太陽能路燈

太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規(guī)電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點(diǎn)，又因其不污染環(huán)境受到人們的廣泛關(guān)注。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小、交通不便、經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，在太陽能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。太陽能路燈在我們的身邊已經(jīng)越來越多。

（三）太陽能熱水系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)是利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置，是目前太陽熱能應(yīng)用發(fā)展中最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值、技術(shù)最成熟且已商業(yè)化的一項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品。

太陽能熱水系統(tǒng)相對(duì)于使用化石燃料制造熱水，能減少對(duì)環(huán)境的污染及溫室氣體二氧化碳的產(chǎn)生。它不像使用瓦斯有爆炸或中毒的危險(xiǎn)，或使用燃料油鍋爐有爆炸的顧慮，或使用電力會(huì)有漏電的可能。并且不需專人操作自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，另外，太陽能熱水器裝在屋頂上，不會(huì)占用任何室內(nèi)空間。由于其使用壽命較長，加之基本熱源為免費(fèi)的太陽能，所以使用它十分符合經(jīng)濟(jì)成本效益。

（四）太陽能交通工具

隨著更多可持續(xù)發(fā)展交通工具的誕生，太陽能汽車已經(jīng)在艷陽下逐步前進(jìn)?，F(xiàn)在更多的設(shè)計(jì)者和發(fā)明家把重點(diǎn)集中在研發(fā)太陽能水上交通工具上。相比起陸上交通工具，水上交通工具更適合走太陽能的路線。但是，現(xiàn)時(shí)這些交通工具的前進(jìn)速度都相當(dāng)慢。不過隨著科技的發(fā)展，太陽能交通工具在速度上還是有不小的潛力。新的環(huán)保交通方式正在日新月異地發(fā)展中。

2015年3月9日，自瑞士的陽光動(dòng)力（SOLARIMPULSE）2號(hào)太陽能飛機(jī)從阿聯(lián)酋的阿布扎比起飛，成功地完成了5個(gè)月的環(huán)球飛行。單靠太陽能提供飛機(jī)所需能源，它的成功飛行是太陽能技術(shù)在交通工具的應(yīng)用上跨越了一大步。

（五）太陽能小產(chǎn)品

除了上述太陽能應(yīng)用設(shè)計(jì)外，越來越多利用太陽能資源的小產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生。它們工作的原理都是吸收太陽能并轉(zhuǎn)化為電能的形式作為產(chǎn)品的動(dòng)力。如太陽能優(yōu)盤、太陽能手電筒、太陽能帳篷、太陽能草帽、MP3等等。

二、太陽能利用的利弊分析

（一）太陽能利用的優(yōu)勢(shì)

太陽能作為一種新能源，它與常規(guī)能源相比有三大優(yōu)勢(shì)：

1.儲(chǔ)量最大的能源。每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。地球所接收到的太陽能只占太陽表面所發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右,而這些能量相當(dāng)于全球所需能量的3-4萬倍。據(jù)估計(jì)，在過去漫長的11億年中，太陽消耗了它本身能量的2%。今后足以供給地球人類，使用幾十億年，真是取之不盡，用之不竭。

2.輻射范圍最廣的能源。地球上，無論何處都有太陽能，沒有地域的限制。無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，不存在運(yùn)輸問題，尤其對(duì)交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)更具有利用的價(jià)值。

3.最環(huán)保、潔凈的能源。開發(fā)利用太陽能不會(huì)污染環(huán)境，不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣、也沒有噪音。在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這點(diǎn)是極其寶貴的。

（二）太陽能利用的劣勢(shì)

但是作為未來能源的主要替代者，太陽能的利用也存在諸多問題。

1.分散性。陽光到達(dá)地球表面的輻射量盡管很大，但是能量很低。例如，北回歸線附近的夏季，在較為晴朗的時(shí)候，中午時(shí)候太陽的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬天大致只有一半，而陰天只有1／5左右，這樣的能量度是很低的。所以，在利用太陽能時(shí)，想要得到理想的轉(zhuǎn)換功率，就需要面積相當(dāng)大的收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，花費(fèi)比較大。

2.不穩(wěn)定性。由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，到達(dá)某一地面的太陽輻照度是間斷的、極不穩(wěn)定的。為了使太陽能成為連續(xù)穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題。就是把晴朗的時(shí)候白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能技術(shù)中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。

3.效率低和成本高。目前太陽能能源可持續(xù)發(fā)展的水平，大部分只是理論上可行，技術(shù)上卻不成熟。大部分太陽能利用裝置，因?yàn)樾势汀⒊杀据^高，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后長期一段時(shí)間內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，還會(huì)受到經(jīng)濟(jì)的制約。

三、太陽能技術(shù)適用于公共設(shè)施設(shè)計(jì)

在地球資源的日益貧乏的今天，基礎(chǔ)能源的投資越來越高，各種安全隱患、污染隱患也無處不在。太陽能這種環(huán)保新能源越來越受到重視。隨著太陽能照明產(chǎn)品及太陽能熱水器的普及，太陽能技術(shù)將來會(huì)更多的應(yīng)用在公共設(shè)施的設(shè)計(jì)中。太陽能利用于公共設(shè)施設(shè)計(jì)相比其他新能源具有以下優(yōu)勢(shì)：

（一）使用效率高

從目前統(tǒng)計(jì)的新能源的含量中，太陽能較其它能源比例更高，使用范圍最為廣泛。從城市的長期規(guī)劃中看，太陽能公共設(shè)施的開發(fā)將會(huì)更加長久和便捷。太陽能發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換路線，是直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能。太陽能的轉(zhuǎn)換是所有能量轉(zhuǎn)換中最安全最簡潔的轉(zhuǎn)換方式，大大減少了能量損失。

（二）獨(dú)有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

隨著太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用和推廣，尤其是上游晶體硅產(chǎn)業(yè)和光伏發(fā)電技術(shù)的日趨成熟，每千瓦光伏電能的建設(shè)成本在2010年前后可能達(dá)到7000-10000元，相比其他可再生能源有很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可節(jié)省城市公共設(shè)施在初期投入的費(fèi)用。

（三）低碳生活

作為與人群接觸最為密切的城市公共設(shè)施，在其使用過程中不但要給公眾帶來便利，同時(shí)也要保護(hù)公眾安全健康，更要保護(hù)城市乃至世界的環(huán)境。太陽能發(fā)電接近零排放，并且，在發(fā)電過程中沒有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出，沒有噪音，不產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)，不會(huì)污染環(huán)境，這也是城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

（四）節(jié)約城市空間

城市的公共空間是有限的，我們應(yīng)有效合理地利用空間，因而公共設(shè)施應(yīng)在其達(dá)到基本功能的基礎(chǔ)上，更好的進(jìn)行空間規(guī)劃。生物能、風(fēng)能是較為死板的，而太陽能則很靈活并應(yīng)用廣泛。太陽能發(fā)電要占用土地面積為1的話，風(fēng)力則是太陽能的8-10倍，生物能則達(dá)到100倍。太陽能發(fā)電不需要占用更多額外的土地，屋頂、墻面都可成為發(fā)電的場(chǎng)所。

由此可以看出，太陽能較之其它能源是我們目前可以開發(fā)使用的能源中最安全有效的可持續(xù)能源，更適合用于城市公共設(shè)施上。

[1]（英）理查德·羅杰斯、菲利普·古母齊德簡.小小地球上的城市[M].中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]（英）布賴恩·愛德華茲.可持續(xù)性建筑[M].中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]（日）日本太陽能學(xué)會(huì).太陽能利用新技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2009.

[4]中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究項(xiàng)目組.太陽能卷[M].中國電力出版社,2008.

[5]張彤.綠色北歐—可持續(xù)發(fā)展的城市和建筑[M].東南大學(xué)出版社，2009.