看大型博览会背后的可持续发展技术_2005年日本爱知世博会

吴
农
吴
蔚
Wu Nong Wu Wei
中图分类号 TU241.5 文献标识码 B 文章编号 1003-739X（2008）06-0030-04
摘 要 大型博览会的可持续发展和建设，除需要从 传统的空间效率本身去考虑规划和设计外，还需要 从环境保护、新能源开发和利用、新型环保建材、 资源的循环再利用等方面去考虑，这涉及到多学科 多领域的知识和经验。该文介绍2005年日本爱知世 博会内几项极具特色的可持续发展技术，希望帮助 读者了解国际上最新的科技动态，从不同层面上借 鉴国外的先进经验和技术。 关键词 城市规划 博览会 可持续发展 环保 能源
在爱知世博会期间，行驶在两会场之间的公共 汽车使用了一种无污染、低噪音的燃料电池混合动 力汽车（图6）。这种燃料电池混合动力的汽车采 用以高压氢气为燃料的燃料电池和镍氢蓄电池作为 动力能源,带动发动机转动行驶。与以汽油及柴油做 燃料的普通汽车不同，不会排出二氧化碳和氮氧化 物等有害物质，只排出水。此外，它还具有能源效 率高，噪音低的特性。
发电设备由与系统电力在一点结合的6.6 KV小 型电网构成，由计算机对小型电网电力的需求和供 给进行最适当控制。长久手会场中的日本馆的全部 电力由此设备提供。同时，为了降低对系统电力的 影响，对电力质量进行合理化管理。
热电并给装置（Gas Cogeneration System）在
图5 节能型污水处理设施
为70%以上的固体酸化物型SOFC）组成。可进行 充放电的二次电池是当今世界上储存电力能源密度 最大的液态NaS蓄电池，它的蓄电能力为同体积铅 蓄电池的3倍。另外，燃料电池所用的燃料能源包 括：对会场内餐馆所产生的垃圾进行发酵处理而生 成的沼气、在建设会场时被采伐的木料及PET饮料 瓶等进行高温处理而生成的气体。
此外，在爱知世博会上承担部分会场内运输 任务的无人驾驶队列巴士系统IMTS(Intelligent Multimode Transit System)本身亦可以称为是一件 展品。无人驾驶一直是人类努力的方向，近年来该 技术也已经有了很大发展，但在非轨道类商用载客 工具上实际投入使用还是首次。IMTS系统通过在专 用道路上埋设磁性标志（图8）实现了无人自动驾驶 和列队行车（图9），在普通道上则与通常的巴士一 样由驾驶员手动驾驶单独行车。车辆全长10 m，定 员50人，燃料为压缩天然气。该系统的优越之处在 于融合了轨道类交通车辆的定时性、高速性和公交 汽车的经济性、灵活性。双模式行驶模式可以免去 乘客换乘的不便；非捆绑式连接的队列行驶可以根 据交通需求灵活调整供给；建设费用和运营费用都 远低于地铁、轻轨等轨道交通系统。上述特点决定 了该系统非常适合于交通需求较小的路线，在完善 公共交通网络上有很大潜力。日本爱知县已经开始 探讨用其取代一条乘客较少的连接市中心和郊区的 铁道线路。
1.2 节能型污水处理设施及中水的利用
由日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO) 开发的节能型污水处理设施可能为城市污水处理系
统带来新的契机（图5），可以称之为绿色节能型 污水处理工厂。该节能型污水处理设施位于世博会 长久手主会场日本馆旁边，它利用高浓度臭氧除去 污水中难分解物，并减少污泥发生量。长久手会场 内所产生的一般污水都将在这里处理成非饮用“中 水”，以供会场内厕所、水雾发生器、植物灌溉和 日本馆的光触媒钢板屋面等处使用。
图13 生命之墙上栽培的植物 图14 生命之墙的钢结构
图12 生命之墙平面图
这里是指：用天然气发电的同时，所产生的废热能 再利用的一套系统，它设置在世博会民间企业展区 的煤气馆里。天然气发电设备分两种，一种是微型燃 气轮发电机，另一种是SOFC型燃料电池（图4）。 这两种设备产生的废热，冬天可直接供暖；夏季通 过一个‘排热回收吸取式制冷机’，给建筑室内提 供空调；并肩负着提供热水的功能。这种热电并给 装置非常适合小区或一栋建筑使用，其能源使用率 达91%以上。同时，也是城市分散性能源供给的一 种尝试。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图3 全球环路护栏上的单结晶两面受光型太 阳能电池板
提供了可靠的电力和热能。“Micro Grid”采用的 新能源设备是由3种太阳能电池板（多结晶硅型、 非结晶型和单结晶两面受光型，图3）和3种燃料电 池（发电效率为35%~42%的磷酸型PAFC、发电效 率为45%-60%的溶融碳酸盐型MCFC和发电效率
该系统运作的主要原理是采用微生物除去污水 中有机物、氮和磷的同时，让污泥的一部分与高浓 度臭氧接触，加速其分解，并分离回收磷。在促进 酸化设备里用氧化性极强的活性氢氧基（Hydroxyl radicals）除去水中难分解物，同时用臭氧杀菌。此 设施比目前方法在同等生化指标下处理1吨污水时 可省40%以上的能源，减少90%以上的有机污泥排
第一作者 第二作者
西北工业大学建筑系教授 南京大学研究所副教授
邮编 电子信箱 收稿日期
710072 wunong@nwpu.edu.cn 2007 11 26
吴农，1989年毕业于西安建筑科技大学．1994年赴日本北海道大学、 大学院工学研究科（研究生院）、建筑及城市空间设计专业留学。1997年 获硕士学位，2000年获得博士学位。同年4月受聘于日本名古屋一家建筑 企业，专门从事科研工作，并兼任一所建筑专门学校的外聘讲师。2003年 任公司研发部主任。2006年归国，现为西北工业大学特聘教授。日本建筑 学会正会员，日本一级土木建筑管理技士。在日留学及工作期间，参与和 主持过多项科研项目，在国外重要学术期刊发表研究论文13篇，其中两篇 分别获日本第七届和第九届“资源循环型产业系统”国际学术研讨会的奖 励。国内发表3篇，出版专著1部。归国后的主要研究方向：中国西北地区 生态建筑的设计及理论研究（中日合作项目）等。
2005年,在日本爱知县名古屋市的东部丘陵地 带（长久手丁，丰田市，濑户市），举办了以“自 然的睿智”为主题的世界博览会。这届博览会除了 在会场规划和展馆建设上体现了可持续发展的理念 外，在支撑会场功能的各项基础设施的设计和建设 上，也采用了很多最新、甚至是超前的技术。由于 技术的可行性、可靠性和成本等多方面的原因，其 中的许多技术到目前为止还不为人知或没有被广泛 应用。如从基本的道路建设上所采用的保水减噪型
路面技术，到用于改善整体环境的多维绿化墙等的 尝试；从多种新型能源利用措施，到节能型污水处 理设施及中水的利用系统等。
本文在此特别介绍这些不太为人们所关注和 所知的新技术，希望引起我国有关部门和设计人 员的关注，为2010年上海世博会在建设上从多方 位、多层面贯彻实施可持续发展战略提供借鉴， 而不只是做一些多种几棵树、或用几个太阳能灯 的表面功夫。
Abstract For sustainable development and construction of large-scale expositions, we should consider not only traditional spatial efficiency but also environmental conservation, development and utilization of new energy, use of green building materials, as well as resource recycling and reuse for planning and design, which involves knowledge and experience of multidisciplinary. This article introduces advanced sustainable technologies adopted at the 2005 World Exposition in Aichi, Japan to help readers know more about the latest technology dynamic around the world and use these for reference from different layers. Key Words Urban planning, Exposition, Sustainable development, Environmental conservation, Energy
1 爱知世博会的绿色和生态技术
以下是笔者选择的几项在日本爱知世博会中较成 功的绿色和生态技术，分别介绍，以供读者参考：
1.2 新型能源系统——‘Micro Grid’ 及热 电并给装置
能源问题无疑是全球日益关注的重要问题，而 19世纪末期发展起来的能源供应和消费方式已暴露 出诸多问题，并渐渐成为可持续发展的障碍。本次 世博会展示了一种新型能源供给系统——‘Micro Grid’ （图1~2），与传统的城市能源供给系统不 同，它通过利用可再生能源，高效稳定地为世博会 提供电力和热能，并广受好评。虽然该系统规模虽 小，但作为分散型的城市能源供给系统，期待得到 进一步的推广普及。
众所周知，由于利用风力、太阳光等可再生能
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图1 新型能源系统——“Micro Grid”平面图
图4 热电并给装置中SOFC型燃料电池
图2 新型能源系统—‘Micro Grid’
源的发电系统存在输出不稳定的问题，实际应用受 到很大限制。位于全球共同展区 5#的新型能源供给 系统，将不稳定的太阳能发电与燃料电池及可进行 充放电的二次电池进行组合，通过对全体输出量进 行控制，保证了联合电力系统的稳定输出，为会场
图6 客运车（FCHV-BUS2）
图7 位于濑户会场旁的加氢站
第26卷 6/ 2008 HUAZHONG ARCHITECTURE 华中建筑 31
图8 ITS(Intelligent Transport Systems)专用道路
图9 列队行进中的IMTS 车辆
图10 连接两会场的道路铺装
图11 生命之墙（Bio Lung）
2010年，我国将在上海举办以“城市，让生活 更美好”为主题的世界博览会。随着我国社会经济 的高速发展，我们面临着越来越严重的环境危机和 能源危机，因此，在上海世博会的建设中实施可持 续战略已经不是一种选择，而是势在必行。上海世 博会能否给出一个让生活更美好的城市蓝图也必将 引来全球的关注。
如何在大型博览会建设上真正实施可持续发 展战略，则不是个简单问题。除需要从传统的展品 布局、客流安排和空间效率等方面去考虑规划和设 计外，还需要从环境保护、新能源开发和利用、新 型环保建材、资源的循环再利用等方面去考虑，这 涉及到多学科多领域的知识和经验。由于大型博览 会从规划设计到建设，会如同建设一个小型临时城 市，有时甚至是一个真正城市建设的一部分，因此 这些新的技术和经验也会影响着城市未来的规划和 建设。
评论与鉴赏
Comments and Appreciation ·有关国外建筑（及建筑师）的评论·
看大型博览会背后的可持续发展技术
—— 2005年日本爱知世博会
Sustainable Technology in Large-scale Expositions:
The 2005 World Exposition in Aichi, Japan
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放的同时，污水中难分解物的除去率达90%以上。 同时，还可以使宝贵的水资源得到了循环使用。
1.3 无污染、低噪音的交通工具及IMTC
世界石油消费的40%以上用于汽车燃料，导 致全球气温变暖的二氧化碳排放有20%以上也来 自汽车，同时汽车尾气也一直是城市空气的主要污 染源，因此降低城市交通工具的能源消耗、污染排 放，对改善城市环境有很大帮助。
这种由高压氢气为燃料的燃料电池混合动力汽 车是由丰田汽车公司与日野汽车公司于2000年共同 开发研制的，它是大型客运车（FCHV-BUS2）的 改良型号，即在装载有高性能燃料电池（丰田 FC Stack）的同时,还采用了用于丰田PRIUS车及日野 HIMR系统中的混合动力技术,实现了在车辆减速的 时候进行能源回收,并且可以根据行驶状况,精确控 制由燃料电池和2次电池向发动机提供电能,从而达 到高效率行驶（图7）。