清潔能源應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計與研究

能源進步對于城市的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，是城市文化建設(shè)中一個重要組成部分。然而，當(dāng)下中國依然依賴化石能源，落后的能源結(jié)構(gòu)對中國自然環(huán)境產(chǎn)生了巨大負面影響。在新能源設(shè)施建設(shè)中，利用太陽能尤為重要。 　　雨篷作為以公寓樓為主要住宅形式的中國居民來說幾乎是大量裝配的設(shè)備，基于雨篷進行創(chuàng)新設(shè)計能夠結(jié)合一定實際情況，使設(shè)計更具合理性與可操作性。本項目組開展關(guān)于發(fā)電設(shè)備的調(diào)研與設(shè)計項目，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，借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀的發(fā)電概念設(shè)計作品，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)計方案。給市民一個全新的體驗。 　　1 前言 　　未來十年，中國能源將實現(xiàn)兩個目標(biāo)：一是到2020年非化石能源占一次能源消費總量的比重達到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，中國已經(jīng)成為全球清潔能源投資第一大國。 　　據(jù)2012年全球清潔能源投資報告顯示，2012年全球投資總額為2687億美元，相當(dāng)于2004年的5倍。其中，中國在清潔能源方面的投資達到創(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。 　　能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)今國際政治、經(jīng)濟、軍事、外交關(guān)注的焦點。中國經(jīng)濟社會持續(xù)快速發(fā)展，離不開有力的能源保障。在經(jīng)濟全球化深入發(fā)展和中國現(xiàn)代化加快推進的大背景下，如何認(rèn)識能源發(fā)展趨勢，選擇什么樣的能源發(fā)展戰(zhàn)略，采取什么樣的政策措施，是一個十分重要的問題，需要認(rèn)真加以思考。雨篷作為居民住宅大量裝配的設(shè)備，對住宅起到裝飾、遮風(fēng)擋雨、阻擋紫外線等作用，雨篷設(shè)計的好壞直接影響著整個環(huán)境的美觀度和人們的心情，目前雨篷設(shè)計著重于抗風(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它的要求，因此，結(jié)合能源問題的雨篷研究設(shè)計是相當(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，交往及審美情趣的要求。厚實沉悶、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)，天氣總是陽光與陰雨交替發(fā)生.這些地區(qū)能同時獲得充足的陽光與雨水。居住在這些地區(qū)的人們，尤其是老城區(qū)和欠發(fā)達地區(qū)的人們，他們會安裝各種各樣的遮陽與擋雨篷。出于對簡約能源的思考，我們結(jié)合雨篷、太陽能。雨水勢能，設(shè)計出“太陽.雨”自發(fā)電遮陽篷、擋雨篷。 　　薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、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13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構(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，世界上只有少數(shù)先進國家生產(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、價格便宜等特點。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施 　　太陽.雨是一個自發(fā)電遮陽篷、擋雨篷，運用太陽能電池技術(shù)與壓電發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)晴雨天氣都能產(chǎn)生電能供給室內(nèi)電器使用，實現(xiàn)環(huán)保簡約能源訴求。有陽光的時候我們可以利用太陽光能發(fā)電供給室內(nèi)電器，減輕城市電網(wǎng)的負擔(dān)。下雨的時候太陽能電池板不能工作，但通過壓電技術(shù)的運用使得本裝置在雨中也能實現(xiàn)發(fā)電。 　　出于對簡約能源的思考，我們結(jié)合雨篷、太陽能、雨水勢能，設(shè)計出“太陽.雨”自發(fā)電遮陽篷、擋雨篷。一般情況下，太陽能電池板朝上，利用太陽能進行發(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，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)啟動，壓電發(fā)電板朝上。 圖1--發(fā)電雨篷 　　本作品通過將傳統(tǒng)部件與新材料部件有機結(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，同時巧妙地通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(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)化易于實現(xiàn)與人性化的設(shè)計。 　　所采用的的材料有：薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、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)計最終完成為“太陽雨”發(fā)電雨篷設(shè)計，創(chuàng)新點在于區(qū)別于其它雨篷的美觀和實用，是新能源技術(shù)與傳統(tǒng)家居組件的結(jié)合，達到了最理想的效果。針對使用人群的使用心理，對雨篷全新的詮釋，在設(shè)計中合理安排不同情況下的工作模式及空間的應(yīng)用?；谥袊酥翓|南亞的實際氣候與建筑情況和新技術(shù)新材料新結(jié)構(gòu)設(shè)計，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)代家居場所大眾需求的設(shè)備。