新能源技术背景下的公共设施创新设计探析

钱　峰　（盐城工学院设计艺术学院　224051）徐雪梅　（盐城市文峰中学　　　224051）



新能源技术背景下的公共设施创新设计探析

钱峰（盐城工学院设计艺术学院224051）
徐雪梅（盐城市文峰中学224051）

摘要：随着社会经济的发展，能源危机问题越来越困扰着人们的生存环境，许多国家纷纷从不同的角度提出研究解决问题的对策。公共设施作为城市公共空间交流的载体，在人们的生活中扮演着角色，通过对新能源技术的梳理，着重从太阳能、风能、潮汐能、能源转换等方面分析新能源技术在公共设施设计中运用，旨在探讨公共设施设计的绿色之路。

关键词：新能源；公共设施；创新设计

本文为盐城市社科联课题《新能源背景下的盐城城市公共设施设计研究》结题成果之一。项目编号：15skyyC25

随着社会经济的发展和城市化进程的推进，越来越多的大型、特大型城市的不断的涌现，人们在创造“现代化”的生活方式和生活环境的同时，越来越感觉到生存环境的压力。2014年世界卫生组织公布全球空气质量最差的十个城市排名，而中国竟然占到七席，这是个多么让人触目惊心的数字！一味的城市化进程的扩张，一定程度上是拉动了GDP的高速增长，从90年代开始我国就步入经济发展的快车道，但我们也清晰的意识到，在这些数字增长的背后是以“两高”产业为代价，以能源的过度开发和利用为前提，许多城市不再以“煤炭之城”“钢铁之城”“造纸之城”等等为荣。从国内统计的数据来看，2009年起，中国从一个煤炭出口国家一跃转变为煤炭进口大国，到2012年，中国煤炭的进口量跃居世界第一位，天然气也需要大量进口。国家能源委员会主任张国宝在2014年高峰论坛中指出：“中国己经成为世界上第一大能源生产国和消费国。”能源问题已经成为全人类共同面对迫切要解决的难题，成为社会可持续发展道路上的绊脚石。在全球的视角下，能源问题成为国际关注的焦点，庆幸的是各个国家纷纷积极探索和发现代替能源的发展之路。

一、新能源的界定及国内外发展现状

新能源的定义在世界不同的国家有不同的解释，它是一个广义的概念，“新”能源是相对于“常规”能源而言，泛指常规能源（石油、天然气、煤炭）以外的各种能源。早在1978年联合国大会中就对形能源这样解释的：“新能源和可再生能源共包括14种能源：太阳能、地热能、风能、潮汐能、海水温差能、波浪能、木柴、木炭、泥炭、生物质转化、畜力、油页岩、焦油砂及水能1。1981年联合国新能源和可再生能源会议在肯尼迪召开，会上通过了《促进新能源和可再生能源的发展与利用的内罗毕行动纲领》2，这是对新能源和可再生能源开发和发展的一次宣言：“以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发与利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源来不断取代资源有限、对环境有污染的化石能源。3”

我国对新能源的开发和利用较早就启动了，早在“六五”期间已列入攻关计划，但限于当时技术和条件的客观原因，开发的进度相对较慢，与发达国家相比还有较大的差距。1995年《1996-2010新能源和可再生能源发展纲要》的出台，为我们国家的新能源发展指明了方向，对新能源产业的发展和形成，起到极大的促进作用（如图1）。2005年《中华人民共和国可再生能源法》的颁布并实施，进一步扩大了对新能源的开发和保护。到2012年从世界并网风电的国家来看，中国超过美国，跃居世界第一位。太阳能光伏产业同样蓬勃发展，在太阳能热水器开发和利用领域，我国也居于首位。从整体发展质量来看，我国的新能源产业与世界发达的国家西班牙、德国、丹麦、芬兰等相比，依然存在较大的差距。

二、公共设施设计的新趋势

公共设施也被称之为“城市家具”（urban furniture），在不同的国家的翻译方面存在一定的差距。现代城市公共设施是伴随着城市发展需求出现而出现的一种城市公共产品，是城市设计的细节，是城市文明的隐性体现。奥地利建筑师罗布•克里尔（Rob Krier）认为：“城市公共设施是指城市内开放的用于室外活动的、人们可以感知的设施，它具有几何特征和美学质量，包括公共的、办公共的供内部使用的设施。4”

在现代城市的规划和设计中，公共设施在城市公共空间的作用尤为重要。如何构建科学、合理、系统的公共设施设计的新模式，如何使设施产品与城市环境和谐共生，这些都是我们迫切需要思考的问题。在环保主题的倡导下，低碳节能、再生循环、能源技术、零污染等设施设计新观念不断涌现并成为一种公众认可的设计趋势。环保时代的到来促进了设施设计观念的进一步解放和表现技术的优化，绿色设计、可持续性设计、适度设计等融合诸多边缘学科的可持续性设施层出不穷。

随着人们对新能源技术的研究不断的向纵深方向深化，新能源技术应用范围领域也在不断的扩大。在设计理念不断更新的今天，技术的介入尤为突显，而新技术的进步也为公共设施带来了新契机。

三、新能源技术在公共设施设计中的具体体现

（一）太阳能

太阳能是大家最为熟悉的新能源之一，简而言之，就是利用太阳能量来进行光电和光热的转换，从而满足人们对能源的需求。我们平时所熟知的太阳能包括广义和狭义两层意思，从广义上来看，风能、水能、化学能都属于太阳能范畴，而狭义的太阳能也就是指太阳能光电和光热的转化。

太阳能是最为代表性的绿色能源，无毒、无害、不产生污染，并且取之不尽、用之不竭，太阳能发电被誉为最理想的能源。太阳能以其自身的低碳和可持续性，越来越多的国家纷纷投入到对太阳能的研究和开发之中。太阳能技术在城市公共设施领域的运用在许多国家已经开展和推广，相对技术较为成熟的国家有丹麦、芬兰、瑞典、美国、德国、意大利等国家，如图2为纽约的布莱恩公园（Bryant Park），坐落在繁华的都市曼哈顿市中心，可谓是闹市中的绿洲。在游客的休息公共座椅区域放置一些太阳能手机充电桩 City Charge，外形似圆形茶几，顶部为圆形的太阳能电池板，位于茶几桌面的支撑柱外接6根手机充电接口，极大地方便了游客在旅行途中手机没电应急所需。如图3为美国旧金山市的太阳能公交站台，站台由Lundberg Design建筑设计工作室设计，并与美国户外广告公司Clear Channel达成协议共同建设。站台顶棚深颜色的太阳能薄膜，既可以起到遮阳的作用，又提升了对太阳能的利用率。不仅供给照明、公共信息显示和Wi-Fi无线路由器，同时多余的电量又被输送的城市的国家电网。

（二）风能

风是空气的自然流动而形成的大自然的现象之一，而这种流动的现象正是风能资源开发的基础。早在20世纪70年代，对风能的开发就逐渐被不少的国家所重视，并随着科技的不断进步，人们对风能的研究也越发高涨，据世界能源组织预测风能有望成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。

风能与其他可再生资源相比有其自身的诸多优点和优势，第一，它不受市场变化波动的过多影响，不受能源枯竭的影响；第二，在风能的开发之中，不会对环境在成破坏，同时不会释放其他有害的物质，真正做到、绿色、清洁和环保；第三，风能的潜力巨大，据不完全统计，到2020年，未来风能开发将会占到全球发电量的12％。早在2012年两会期间，国家能源部门的负责人就明确给出，中国的太阳能和风能的开发已居于世界第一位。虽然我国目前的总体能源开发总量占有绝对优势，但开发的水平层次不够高，开发利用相对比较单一，而且风能产品开发有待进一步加强。在世界许多国家风能的开发已经普遍用于诸多领域和行业，同样在公共设施之中也有诸多成功的案例。图4为一款由英国设计师设计公共艺术作品，雕塑位于墨西哥河畔，整体高度为14米。整体外形宛若一朵盛开的花朵。雕塑采镂空镀锌板制作而成，花瓣中间内置LED灯，花瓣的底部配有小型风力发电机，在微风的带动下，白天发电储备电能，夜晚金属之花在LED灯的照耀下发射出耀眼的光彩，点亮威尼斯的夜空，不失为一款经典的公共设施设计作品。

图5为一款哥伦比亚海滨地区公共照明系统“FLOW”，整体设计以竹子为主要材料，结合其小型风电机和LED点光源。设计师基于低碳环保的理念出发，就地取材采用天然的竹子材料，同时结合当地尚无地下电缆铺设的现状，巧妙的采用竹子材料做成灯架，竹子灯架采用螺旋状整齐排列，竹管的一个端口可以让风推动这旋转从而发电，供给给竹竿末端的LED光源，在整体旋转的同时，可以让LED光源形成一个灯柱，充分发挥其照明功能。使海滨增添了几分生活的气息，使夜晚的海边增添一道亮丽的风景线。

（三）潮汐能

潮汐能是近几年来发达国家热衷于研究的新能源领域，潮汐能是因为地球—太阳—月球之间的引力差的不同，而形成的海水周期性、规律性的自然现象，也就是我们平时所见的潮起潮落的自然现象。众所周知，地球表面被70％的海水所占据着，庞大的海洋面积给潮汐能的开发创造了天然的条件。潮汐涨落的动能和势能可以说是取之不尽、用之不竭的动力资源，人们称之为“蓝色的煤海”。从能源利用的角度而言，潮汐能就是利用势能转化机械能，再通过机械能转化为电能。潮汐能的利用主要集中在潮差较大的浅海、海湾和河口地区。我国有着漫长的海岸线，河口众多，部分地区潮差较大，这些为我国利用和开发潮汐能创造了有利条件。但我国的潮汐能的利用和开发远远没有的得到普及，落后于欧美等发达国家。利用潮汐能来发电是目前世界各个国家利用潮汐能的最基本方式。潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再有水轮机带动发电机来发电，其发电的原理和水利发电差别不大，不过，一般的水流方向是单向的，而潮汐发电则不同5。从能量转化的角度，朝夕能是发动能和势能转化为机械能，再有机械能通过发电机转化为电能。

人们对潮汐能研究和开发的一直没有停止过，特别是公共设计的领域。图6为美国纽约的建筑师加伯和诺维洛设计的概念设计作品“船坞港湾”，该作品为美国新一代设计竞赛的比赛方案，虽然之中没有获得最终大奖，但是被《大都会》杂志刊登出来，引起了诸多的关注，它的视角就是关注对能源问题的思考。此设计的创新点主要体现在两个方面，一是它延长了纽约的海岸线的长度，颠覆了传统船坞的建设方式，以工业设计的模块化的理念为前提，对码头船坞的设计形式提出了新的思考。二是基于新能源的背景，以潮汐能为切入点，在设施的垂直底部装配有三个涡轮发电机，发电机利用海水的潮汐流转化为电能，从而把电能储存起来，以供给LED的夜间照明，最终形成独立的“入坞系统”。图7为素有“外星人发电机”之称的滨海公共设计，整体造型夸张大胆，带有浓烈的科幻色彩。其基本的设计原理就是利用海水流动产生的能量转化为电能，不仅供给与之相连的海上浮标，惠及和造福海边的渔民，同时也可以将多余的电量供给陆地使用。另外，整个设施会随着海水潮汐的变化为随之转动，阶梯状的支撑柱可以供人们登上支撑台顶，形成美妙的观景平台，庞大的“翅膀”遮挡了强烈的日光照射，让人们繁忙之余感受惬意的海岸风光。

（四）能源转换

前面我们所提到的都是公共设施中的新能源的利用和开发，而作为公共设施的创新设计不仅仅限于新能源开发与应用，同时也包含一些对新能量转换方式的利用，如机械能的再次利用，动能的二次开发等等。图8为城市休闲健身公共设施的系统设计，设计中充分意识动能转换的重要性，着眼于城市公共设施中最为常见的踏步机，在使用这一设施产品时，为了达到锻炼的目的脚会踩着踏板前后摆动，模拟走路的动作，形成自然的摆幅，而设计师就是利用这一现象，将踏步机和发电机巧妙的结合，运动产生的电能供给设施顶部的灯光系统进行照明，而公共座椅两侧同样装有机械扶手，当用户坐在其上，前后推送机械扶手运动，同样也可以实现能量转换，将机械能转化为电能，补给座椅顶部的灯光照明。另外，座椅及踏步机的灯柱之上设有LED显示屏，实时反馈给运动者你的运动贡献了多少电量，让用户在运动的同时产生丰富的交互体验。图9是Ian Jaye Jovvan Popovic & Patrick Houin设计团队为GE公司设计的自发电交通设施系统，此设计包括交通信号灯、道路景观灯和电子眼为一体，其设施供给的基本能源来源于压电技术，设计师着眼于十字路口是人流和车辆最为集中的地方，利用行人和车辆通过路口时形成的压力震动，压力震动传输到路口底面铺设的橡胶层，橡胶层再将压力传送到压电晶体层，从而产生源源不断的能源补给，将产生的电量一方面供给电子眼和信号灯，另一方面可以满足LED路灯夜间照明，最大限度的开发和利用能源。

四、结语

新能源的开发和利用被逐渐的应用到更多的领域，人们对新能源的开发也正在想着更广和更深的层面进行思考。能源的危机引发人们不仅是对能源本身的思考，而更多是触及到人类的自身生存和社会层面的反思。新能源公共设施产品的开发和创新设计仅仅是一个开始，我相信不久的将来人们会对新能源的开发拓展到更广阔的领域，这也是人类所面临的共同命题。

注释：

1.黄寰.21世纪：新能源的世纪[J].资源与人居环境，2006（05）：22-24.

2.徐波.中国可再生能源发展的政策激励研究[D].西北大学，2008.

3.魏晓莎.利益集团在美国新能源政策制定中的作用[J].哈尔滨商业大学学报（社会科学版），2013（01）：30-35.

4.熊泽.成都地铁站公共设施设计的地域性研究[D].西南交通大学，2011.

5.张斌.潮汐能发电技术与前景[J].科技资讯，2014（09）：3-4.

钱峰，讲师，硕士，盐城工学院设计艺术学院工业设计系主任，研究方向产品设计及理论研究。

徐雪梅，高级教师，盐城市文峰中学，研究方向英语教学及研究。

作者简介：