淺析城市規(guī)劃中太陽(yáng)能利用策略

摘 要：面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)和環(huán)境惡化，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始把太陽(yáng)能當(dāng)做城市未來(lái)的重要能源之一。本文探討了當(dāng)今城市中太陽(yáng)能應(yīng)用的背景，對(duì)國(guó)外如何將太陽(yáng)能的應(yīng)用與城市規(guī)劃相結(jié)合的實(shí)例進(jìn)行解析，對(duì)高密度城市環(huán)境太陽(yáng)能利用進(jìn)行了初步分析，探索城市規(guī)劃自上而下整體層面的太陽(yáng)能利用策略。

關(guān)鍵詞：城市 太陽(yáng)能 低消耗

一、城市中太陽(yáng)能應(yīng)用的背景

現(xiàn)代城市中日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染，使人們?cè)絹?lái)越關(guān)注對(duì)世界上一切能源的根本之源——太陽(yáng)能的利用。在城市中對(duì)太陽(yáng)能能源利用的首要條件是，保證建筑物或景觀暴露在充足的陽(yáng)光下，由于這個(gè)原因，對(duì)太陽(yáng)能利用的同時(shí)會(huì)對(duì)城市景觀產(chǎn)生一定的影響，也要求控制建筑物之間的相互遮擋。在建筑密度低的城市中，建筑物之間的遮擋少，有實(shí)現(xiàn)利用太陽(yáng)能的條件，然而在高密度的城市中，建筑物之間會(huì)產(chǎn)生大量的陰影遮擋，導(dǎo)致無(wú)法接收到利用太陽(yáng)光輻射。

因此在城市建設(shè)的過(guò)程中應(yīng)將太陽(yáng)能應(yīng)用納入需要考慮的重要因素，特別是針對(duì)人口眾多、資源緊張的發(fā)展中國(guó)家，需要把城市緊湊發(fā)展和太陽(yáng)能能源應(yīng)用相結(jié)合，如城市規(guī)劃中建筑的體量、道路的布局和城市風(fēng)貌中屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)。像在城市規(guī)劃初級(jí)階段，根據(jù)自然采光日的照角度設(shè)計(jì)建筑物的最佳朝向，為以后城市對(duì)太陽(yáng)能輻射的利用提供基礎(chǔ)。

二、國(guó)外對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用的概況

目前國(guó)外對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用的研究已經(jīng)不局限在建筑單體節(jié)能，而是從城市的尺度上研究城市空間布局、公共開(kāi)敞空間、市政設(shè)施與建筑結(jié)構(gòu)這個(gè)共同的整體。太陽(yáng)能應(yīng)用不管是被動(dòng)式還是主動(dòng)式，其所需的基本條件是一致的。建筑物上應(yīng)用光伏（PV）系統(tǒng)，比如安裝在暴露在陽(yáng)光下的屋頂和墻壁，來(lái)利用太陽(yáng)能輻射清潔地產(chǎn)生電力，減少使用非再生能源的需求。光伏系統(tǒng)作為一種新的建筑元素——建筑一體化光伏系統(tǒng)（BIPV），跟墻壁、屋頂或遮陽(yáng)設(shè)施系統(tǒng)合為一體，充分滿足可持續(xù)發(fā)展的需求，在各種建設(shè)中有著一定經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和多功能性。

在德國(guó)通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能研究表明，將光伏發(fā)電設(shè)施安裝在城市光照最充分的位置，可以為城市貢獻(xiàn)需要總電量的25%，并將光伏系統(tǒng)和城市的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，可以講把余的電量重新分配，避免產(chǎn)生能源浪費(fèi)。政府先委托有關(guān)機(jī)關(guān)進(jìn)行市區(qū)重建或建設(shè)區(qū)域內(nèi)的太陽(yáng)輻射模擬和遮陽(yáng)陰影分析，進(jìn)而評(píng)估規(guī)劃方案里的建筑體量和布局，對(duì)建筑的高度、間距提出建議，以便保證建筑獲得理想的日照條件。荷蘭是在早起規(guī)劃中考慮太陽(yáng)能因素的國(guó)家之一，目前在新建項(xiàng)目中荷蘭會(huì)進(jìn)行自上而下的規(guī)劃，將光伏系統(tǒng)規(guī)劃加入到城市設(shè)計(jì)的優(yōu)化調(diào)整中去。例如1999年尼烏蘭項(xiàng)目是荷蘭的首次大型城市光伏項(xiàng)目，在城市土地規(guī)劃階段中考慮了地塊分配與優(yōu)化太陽(yáng)能利用的結(jié)合措施，為以后能在適宜的屋頂上盡可能多地安裝太陽(yáng)能電池板。

三、對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用實(shí)例分析

德國(guó)首都柏林2004年進(jìn)行的城市太陽(yáng)能總體規(guī)劃，是對(duì)城市不同片區(qū)對(duì)太陽(yáng)能利用潛力的劃分。在規(guī)劃研究過(guò)程中，德國(guó)可再生能源公司Ecofys依據(jù)每個(gè)地塊不同的歷史和用途，測(cè)定太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)，將其劃分為20個(gè)片區(qū)類(lèi)型。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們建立了太陽(yáng)能分級(jí)因子，把建筑的太陽(yáng)能輻射和凈建設(shè)面積相聯(lián)系，用來(lái)簡(jiǎn)化描述一個(gè)地區(qū)內(nèi)的太陽(yáng)能質(zhì)量的高低。最后將這種評(píng)價(jià)在柏林的總圖上繪成太陽(yáng)能潛力圖，入編為“環(huán)境地圖集”，根據(jù)太陽(yáng)能分級(jí)因子，選定一些區(qū)域?yàn)閮?yōu)先發(fā)展地區(qū)進(jìn)行太陽(yáng)能光伏集成應(yīng)用。

在柏林確定城市太陽(yáng)能總體規(guī)劃后成立了專(zhuān)業(yè)的項(xiàng)目規(guī)劃小組，其工作的內(nèi)容是如何將城市中太陽(yáng)能的利用措施轉(zhuǎn)化為實(shí)際項(xiàng)目，為在城市不同的地區(qū)實(shí)施來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的實(shí)際利用。其中的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目是“新克爾恩-舒丁”工業(yè)區(qū)，其中存有1980年代建設(shè)的工業(yè)區(qū)和1950～1970年代建設(shè)的工業(yè)區(qū)，對(duì)該區(qū)內(nèi)的屋頂和外墻進(jìn)行了太陽(yáng)能分級(jí)因子計(jì)算（表1）。經(jīng)過(guò)計(jì)算，整個(gè)片區(qū)每年通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)可提供33500兆瓦時(shí)，且由于是工業(yè)建筑，基本沒(méi)有對(duì)空間的取暖需要，這種類(lèi)型的區(qū)域適合用光伏系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。

表1 太陽(yáng)能分級(jí)因子計(jì)算結(jié)果

在方案中，策劃發(fā)起對(duì)太陽(yáng)能利用的屋頂運(yùn)動(dòng)，提供一個(gè)平臺(tái)來(lái)動(dòng)員業(yè)主對(duì)建筑屋頂和外墻的投資或獲取開(kāi)發(fā)的使用權(quán)，并提供相關(guān)的金融和咨詢(xún)服務(wù)。然而項(xiàng)目的實(shí)施也存在著許多困難，其主要原因有兩點(diǎn)，一是對(duì)個(gè)人投資來(lái)說(shuō)獲益不大，私營(yíng)公司不愿為現(xiàn)有的建筑進(jìn)行再次投資；二是光伏系統(tǒng)在公眾中還沒(méi)有獲得普遍認(rèn)識(shí)，仍需要提供一定的參與激勵(lì)溝通，宣傳其實(shí)現(xiàn)后對(duì)太陽(yáng)能利用的巨大潛力。

四、結(jié)語(yǔ)

如何降低城市能耗，已成為我國(guó)進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展亟待解決的首要問(wèn)題，借鑒國(guó)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和已有的理論成果，由于在城市環(huán)境中太陽(yáng)能利用存在許多制約，必須在城市規(guī)劃早期將形體環(huán)境和對(duì)太陽(yáng)能的利用統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。在我國(guó)城市中太陽(yáng)能資源豐富，如在濟(jì)南，通過(guò)設(shè)置屋面集熱器，依靠太陽(yáng)能采暖可節(jié)能73.72%，如果在南墻面面積的1/2和屋面均設(shè)置集熱器，節(jié)能可達(dá)到85.05%。如在城市設(shè)計(jì)層面上可以根據(jù)被動(dòng)式的環(huán)境處理方法，像根據(jù)日照方向設(shè)計(jì)開(kāi)放庭院、利用建筑物在夜間自然冷卻等。在城市層面上，要求對(duì)城市功能布局、交通組織和營(yíng)運(yùn)管理等進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Herzo. T.在建筑和城市規(guī)劃中應(yīng)用太陽(yáng)能的歐洲憲章[J].建筑學(xué)報(bào)，1999（1）：12-14.

[2]甄霞.濟(jì)南地區(qū)居住建筑太陽(yáng)能采暖節(jié)能效果分析[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2006（9）：61-62.

[3]周曉東.歐盟太陽(yáng)能熱利用發(fā)展現(xiàn)狀和思考[J].太陽(yáng)能，2008（4）：62-63.

[4] 姚潤(rùn)明.能效建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)方法[J].建筑學(xué)報(bào)， 2004（ 1）： 38 -41

[5]Colin Porteous. The New Eeo-Architecture： Alternatives from the Modern Movement.[M].SPonPress，2002

[6]Sim Van Der Ryn. Integral Design. In： The Design Connection： Energy And Technology in Architecture[M].Van Nostrand Reinhold Company，1981