清潔能源應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研究

能源進(jìn)步對(duì)于城市的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，是城市文化建設(shè)中一個(gè)重要組成部分。然而，當(dāng)下中國(guó)依然依賴化石能源，落后的能源結(jié)構(gòu)對(duì)中國(guó)自然環(huán)境產(chǎn)生了巨大負(fù)面影響。在新能源設(shè)施建設(shè)中，利用太陽(yáng)能尤為重要。雨篷作為以公寓樓為主要住宅形式的中國(guó)居民來說幾乎是大量裝配的設(shè)備，基于雨篷進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)能夠結(jié)合一定實(shí)際情況，使設(shè)計(jì)更具合理性與可操作性。本項(xiàng)目組開展關(guān)于發(fā)電設(shè)備的調(diào)研與設(shè)計(jì)項(xiàng)目，分析當(dāng)下雨篷的使用狀況，從雨篷的材料、形態(tài)等方面入手，借鑒國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的發(fā)電概念設(shè)計(jì)作品，結(jié)合當(dāng)今最新的壓電技

術(shù)，提出發(fā)電雨篷的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。給市民一個(gè)全新的體驗(yàn)。

1 前言

未來十年，中國(guó)能源將實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：一是到2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)總量的比重達(dá)到15%左右；二是到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。

如今，中國(guó)已經(jīng)成為全球清潔能源投資第一大國(guó)。

據(jù)2012年全球清潔能源投資報(bào)告顯示，2012年全球投資總額為2687億美元，相當(dāng)于2004年的5倍。其中，中國(guó)在清潔能源方面的投資達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的677億美元，較2011年增加20%，投資總額位居世界第一，成為全球清潔能源領(lǐng)頭羊。[2]

能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)今國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、外交關(guān)注的焦點(diǎn)。中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，離不開有力的能源保障。在經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展和中國(guó)現(xiàn)代化加快推進(jìn)的大背景下，如何認(rèn)識(shí)能源發(fā)展趨勢(shì)，選擇什么樣的能源發(fā)展戰(zhàn)略，采取什么樣的政策措施，是一個(gè)十分重要的問題，需要認(rèn)真加以思考。[1]雨篷作為居民住宅大量裝配的設(shè)備，對(duì)住宅起到裝飾、遮風(fēng)擋雨、阻擋紫外線等作用，雨篷設(shè)計(jì)的好壞直接影響著整個(gè)環(huán)境的美觀度和人們的心情，目前雨篷設(shè)計(jì)著重于抗風(fēng)力方面的研究，使用新型結(jié)構(gòu)與新的材料與新的安裝方式，但從產(chǎn)品整體感上沒有大的突破，造型單一，美感上甚至跟不上人們對(duì)它的要求，因此，結(jié)合能源問題的雨篷研究設(shè)計(jì)是相當(dāng)有意義的。

2 雨篷設(shè)備現(xiàn)狀概

雨篷，是遮蔽雨、雪和陽(yáng)光的設(shè)備，并作為一種方式與手段，引領(lǐng)人流、車流與人們的視線。雨篷，對(duì)豐富建筑立面、美化建筑環(huán)境起到一定的作用。近年來，各地新建筑如雨后春筍拔地而起，五光十色，千姿百態(tài)。作為建筑入口，尤其是大型公共建筑入口，人流，車流出入頻繁，要求醒目突出。傳統(tǒng)入口雨篷的形式與尺度無法適應(yīng)現(xiàn)代建筑，現(xiàn)代人的活動(dòng)，交往及審美情趣的要求。厚實(shí)沉悶、形式單一的雨篷被寬敝、明亮、輕盈、飄逸的現(xiàn)代雨篷所取代。材質(zhì)的新穎，結(jié)構(gòu)的多樣，創(chuàng)作理念與手法的更新，使現(xiàn)代雨篷形式多姿多彩，風(fēng)格各異。

3 環(huán)境與新技術(shù)分析

在亞熱帶和熱帶季風(fēng)氣候帶的地區(qū)，天氣總是陽(yáng)光與陰雨交替發(fā)生.這些地區(qū)能同時(shí)獲得充足的陽(yáng)光與雨水。居住在這些地區(qū)的人們，尤其是老城區(qū)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)的人們，他們會(huì)安裝各種各樣的遮陽(yáng)與擋雨篷。出于對(duì)簡(jiǎn)約能源的思考，我們結(jié)合雨篷、太陽(yáng)能。雨水勢(shì)能，設(shè)計(jì)出“太陽(yáng).雨”自發(fā)電遮陽(yáng)篷、擋雨篷。

薄膜太陽(yáng)電池可以使用在價(jià)格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當(dāng)基板來制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)μm，目前轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)13%。薄膜電池太陽(yáng)電池除了平面之外，也因?yàn)榫哂锌蓳闲钥梢灾谱鞒煞瞧矫鏄?gòu)造其應(yīng)用范圍大，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份，應(yīng)用非常廣泛。

PVDF壓電薄膜即聚偏氟乙烯壓電薄膜是本世紀(jì)70年代在日本問世的一種新型高分子壓電材料。到目前為止，該文原載于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)》雜志http：//www.ems86.com總第528期2013年第47期-----轉(zhuǎn)載須注名來源世界上只有少數(shù)先進(jìn)國(guó)家生產(chǎn)。PVDF壓電薄膜是一種柔軟、質(zhì)輕、高韌度塑料薄膜，可以根據(jù)需要制成各種形狀，厚度的元件。與微電子技術(shù)結(jié)合，能制成多功能傳感元件?？偟膩碚f：PVDF壓電膜比石英、PzT等具有壓電常數(shù)大，頻響寬，不易受水和一般化學(xué)品的污染、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。它不僅在許多領(lǐng)域中可替代壓電陶瓷材料使用，而且還可以應(yīng)用在壓電陶瓷材料不能使用的場(chǎng)合。因此它是一種極有發(fā)展前途的換能性高分子敏感材料。

4 發(fā)電雨篷方案的思考與實(shí)施

太陽(yáng).雨是一個(gè)自發(fā)電遮陽(yáng)篷、擋雨篷，運(yùn)用太陽(yáng)能電池技術(shù)與壓電發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)晴雨天氣都能產(chǎn)生電能供給室內(nèi)電器使用，實(shí)現(xiàn)環(huán)保簡(jiǎn)約能源訴求。有陽(yáng)光的時(shí)候我們可以利用太陽(yáng)光能發(fā)電供給室內(nèi)電器，減輕城市電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。下雨的時(shí)候太陽(yáng)能電池板不能工作，但通過壓電技術(shù)的運(yùn)用使得本裝置在雨中也能實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

出于對(duì)簡(jiǎn)約能源的思考，我們結(jié)合雨篷、太陽(yáng)能。雨水勢(shì)能，設(shè)計(jì)出“太陽(yáng).雨”自發(fā)電遮陽(yáng)篷、擋雨篷。一般情況下，太陽(yáng)能電池板朝上，利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)光線感應(yīng)器感應(yīng)到環(huán)境光亮度明顯減小，濕度感應(yīng)器感應(yīng)到空氣濕度明顯增加時(shí)，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)啟動(dòng)，壓電發(fā)電板朝上。

本作品通過將傳統(tǒng)部件與新材料部件有機(jī)結(jié)合的基礎(chǔ)上，通過硬朗的線型和中置的選裝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品在各種天氣條件環(huán)境下正常工作的訴求，同時(shí)巧妙地通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多種模式的轉(zhuǎn)換功能，滿足人們需求。而且模塊化構(gòu)件、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)易于裝卸與更換部件，保證了工業(yè)化易于實(shí)現(xiàn)與人性化的設(shè)計(jì)。

所采用的的材料有：薄膜太陽(yáng)電池可以使用在價(jià)格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當(dāng)基板來制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)μm，目前轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)13%。

PVDF壓電薄膜即聚偏氟乙烯壓電薄膜是本世紀(jì)70年代在日本問世的一種新型高分子壓電材料。PVDF壓電薄膜是一種柔軟、質(zhì)輕、高韌度塑料薄膜，可以根據(jù)需要制成各種形狀，厚度的元件。與微電子技術(shù)結(jié)合，能制成多功能傳感元件。

本設(shè)計(jì)最終完成為“太陽(yáng)雨”發(fā)電雨篷設(shè)計(jì)，創(chuàng)新點(diǎn)在于區(qū)別于其它雨篷的美觀和實(shí)用，是新能源技術(shù)與傳統(tǒng)家居組件的結(jié)合，達(dá)到了最理想的效果。針對(duì)使用人群的使用心理，對(duì)雨篷全新的詮釋，在設(shè)計(jì)中合理安排不同情況下的工作模式及空間的應(yīng)用?；谥袊?guó)乃至東南亞的實(shí)際氣候與建筑情況和新技術(shù)新材料新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用現(xiàn)代防塵、耐雨淋、耐暴曬且低廉的新型材料結(jié)合使用。是一款符合現(xiàn)代家居場(chǎng)所大眾需求的設(shè)備。

（作者單位：廣東工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院）