摘 要：面對日益嚴峻的能源危機和環(huán)境惡化，越來越多的國家開始把太陽能當做城市未來的重要能源之一。本文探討了當今城市中太陽能應(yīng)用的背景，對國外如何將太陽能的應(yīng)用與城市規(guī)劃相結(jié)合的實例進行解析，對高密度城市環(huán)境太陽能利用進行了初步分析，探索城市規(guī)劃自上而下整體層面的太陽能利用策略。

關(guān)鍵詞：城市 太陽能 低消耗

一、城市中太陽能應(yīng)用的背景

現(xiàn)代城市中日益嚴重的能源危機和環(huán)境污染，使人們越來越關(guān)注對世界上一切能源的根本之源——太陽能的利用。在城市中對太陽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光下，由于這個原因，對太陽能利用的同時會對城市景觀產(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，有實現(xiàn)利用太陽能的條件，然而在高密度的城市中，建筑物之間會產(chǎn)生大量的陰影遮擋，導(dǎo)致無法接收到利用太陽光輻射。

因此在城市建設(shè)的過程中應(yīng)將太陽能應(yīng)用納入需要考慮的重要因素，特別是針對人口眾多、資源緊張的發(fā)展中國家，需要把城市緊湊發(fā)展和太陽能能源應(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。像在城市規(guī)劃初級階段，根據(jù)自然采光日的照角度設(shè)計建筑物的最佳朝向，為以后城市對太陽能輻射的利用提供基礎(chǔ)。

二、國外對太陽能應(yīng)用的概況

目前國外對太陽能應(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、公共開敞空間、市政設(shè)施與建筑結(jié)構(gòu)這個共同的整體。太陽能應(yīng)用不管是被動式還是主動式，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光下的屋頂和墻壁，來利用太陽能輻射清潔地產(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)濟優(yōu)勢和多功能性。

在德國通過對太陽能研究表明，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。政府先委托有關(guān)機關(guān)進行市區(qū)重建或建設(shè)區(qū)域內(nèi)的太陽輻射模擬和遮陽陰影分析，進而評估規(guī)劃方案里的建筑體量和布局，對建筑的高度、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)劃中考慮太陽能因素的國家之一，目前在新建項目中荷蘭會進行自上而下的規(guī)劃，將光伏系統(tǒng)規(guī)劃加入到城市設(shè)計的優(yōu)化調(diào)整中去。例如1999年尼烏蘭項目是荷蘭的首次大型城市光伏項目，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能電池板。

三、對太陽能應(yīng)用實例分析

德國首都柏林2004年進行的城市太陽能總體規(guī)劃，是對城市不同片區(qū)對太陽能利用潛力的劃分。在規(guī)劃研究過程中，德國可再生能源公司Ecofys依據(jù)每個地塊不同的歷史和用途，測定太陽能輻射數(shù)據(jù)，將其劃分為20個片區(qū)類型。為了實現(xiàn)這一目標，他們建立了太陽能分級因子，把建筑的太陽能輻射和凈建設(shè)面積相聯(lián)系，用來簡化描述一個地區(qū)內(nèi)的太陽能質(zhì)量的高低。最后將這種評價在柏林的總圖上繪成太陽能潛力圖，入編為“環(huán)境地圖集”，根據(jù)太陽能分級因子，選定一些區(qū)域為優(yōu)先發(fā)展地區(qū)進行太陽能光伏集成應(yīng)用。

在柏林確定城市太陽能總體規(guī)劃后成立了專業(yè)的項目規(guī)劃小組，其工作的內(nèi)容是如何將城市中太陽能的利用措施轉(zhuǎn)化為實際項目，為在城市不同的地區(qū)實施來實現(xiàn)對太陽能的實際利用。其中的一個試點項目是“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)，對該區(qū)內(nèi)的屋頂和外墻進行了太陽能分級因子計算（表1）。經(jīng)過計算，整個片區(qū)每年通過太陽能發(fā)可提供33500兆瓦時，且由于是工業(yè)建筑，基本沒有對空間的取暖需要，這種類型的區(qū)域適合用光伏系統(tǒng)進行發(fā)電。

表1 太陽能分級因子計算結(jié)果

在方案中，策劃發(fā)起對太陽能利用的屋頂運動，提供一個平臺來動員業(yè)主對建筑屋頂和外墻的投資或獲取開發(fā)的使用權(quán)，并提供相關(guān)的金融和咨詢服務(wù)。然而項目的實施也存在著許多困難，其主要原因有兩點，一是對個人投資來說獲益不大，私營公司不愿為現(xiàn)有的建筑進行再次投資；二是光伏系統(tǒng)在公眾中還沒有獲得普遍認識，仍需要提供一定的參與激勵溝通，宣傳其實現(xiàn)后對太陽能利用的巨大潛力。

四、結(jié)語

如何降低城市能耗，已成為我國進行可持續(xù)發(fā)展亟待解決的首要問題，借鑒國外的實踐經(jīng)驗和已有的理論成果，由于在城市環(huán)境中太陽能利用存在許多制約，必須在城市規(guī)劃早期將形體環(huán)境和對太陽能的利用統(tǒng)進行一體化設(shè)計。在我國城市中太陽能資源豐富，如在濟南，通過設(shè)置屋面集熱器，依靠太陽能采暖可節(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)能可達到85.05%。如在城市設(shè)計層面上可以根據(jù)被動式的環(huán)境處理方法，像根據(jù)日照方向設(shè)計開放庭院、利用建筑物在夜間自然冷卻等。在城市層面上，要求對城市功能布局、交通組織和營運管理等進行全面設(shè)計。

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