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他山之石可以攻玉——低碳城镇发展路径探索

作者:栗德祥     2016-01-18 13:55     关键词:低碳城镇,生态城市,发展路径 人气

    引言

    有学者认为当全球平均气温比1750年工业革命之前测定的标准气温水平高出2℃时,生态灾难将一触即发。全球碳循环情景:在年碳源排放量中,化石燃料占80%。土地利用占20%。在年碳汇吸收量中,海洋占30%,植物占30%。大气中,年二氧化碳增量约40%,合122亿吨。为应对全球气候变化、能源短缺、生态环境恶化的问题,人类正试图遵循碳元素循环规律,以低碳为导向发展循环经济、建设低碳生态城市、普及推广低碳绿色建筑(图1)。

图1 全球平均气温变化曲线预测

    我们将从国外经验和相关理论两方面的启示。探索低碳发展的实现路径。


    国外城市生态建设经验的启示

    我们选择了人们熟知的国外三种不同类型生态城镇建设案例进行分析:1、理想规划型生态新城——阿联酋马斯达尔生态城(图2);2、精品宜居型生态新区——奥地利林茨“日光城” (图3)、瑞典斯德哥尔摩“哈马碧滨水新城” (图4)和玛尔默“明日之城” (图5);3、持续优化型生态城市——巴西库里蒂巴(图6)、德国埃朗根(图7)和弗菜堡(图8)。

图2阿联酋马斯达尔生态城                          图3奥地利林茨“日光城”

图4 瑞典斯德哥摩尔“哈马碧滨水新城”                               图5玛尔默“明日城”

图6 巴西库里蒂巴(BRT系统)                                       图7 德国埃朗根

图8 德国弗莱堡生态城市建设示意

    发达国家城市化已完成,主要任务是旧城优化升级,其中包括精品宜居型生态新区建设。追求高质量高品位:我国正处在城市化高峰中,重点是建设生态新城,更看重高速度。学习国外经验不能照搬,引进具体技术是需要的,但更重要的是他们解决问题的理念、路径和方法。比如:生态城市建设的制度创新、政策导向,保持政策的连续性。这是生态城市发展的关键(库里蒂巴、埃朗根、弗莱堡这三个城市的前任市长.都曾分别连续在任推进生态建设长达16年、24年、10年以上,从中可以看出政策连续性的重要)。

    产业经济做到位,包括低碳产业、有机农业、循环经济等,创造尽可能多的就业岗位。这是生态城市发展的支撑(马斯达尔的低碳产业、弗莱堡的太阳能产业、埃朗根的医疗电子产业给予生态城市的支撑十分强劲)。提高人的素质,通过教育、培训、宣传和体验,增强执行政策的能力以及公众参与能力,普及低碳生活方式,这是生态城市发展的动力源。(弗莱堡大学、马斯达尔学院以及弗里德里希-亚历山大大学都是生态城市的人才培育基地)。保护生态环境,增强碳汇能力,全面建设城市生态基础设施,这是生态城市发展的基础(库里蒂巴、埃朗根、弗莱堡等生态城市都起始于生态环境的保护、修复和建设,并持之以恒)。求真务实地推动低碳生态城市和绿色建筑的建设,不作秀,这是生态城市发展的基本要求(这些生态城市都是一步一个脚印地去实现持续发展的目标,没有刻意追求做示范、搞复制、造名牌)。

    相关学科理论的启示

    我们除了借鉴国外的生态城市建设的经验以外,还借鉴了相关学科的理论,这里主要谈三个理论:

    协同理论要点

    1、自组织原理,是指系统在没有外部指令的条件下,其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能,具有内在性和自生性特点,而且,在一定的外部能量流、信息流和物质流输入的条件下,系统会产生协同效应。2、协同效应,是指复杂开放系统中大量子系统相互作用而产生的整体效应,这种协同效应能使系统在临界点发生质变,从无序变为有序,从混沌中产生某种稳定结构。3、伺服原理,概括的说就是,快变量服从慢变量,序参量支配子系统行为。

    中医理论要点

    整体思维,阴阳平衡,自然合理,相生相克。中医原则:重在调解阴阳平衡,不治已病治未病。“治未病”就是养生。中医养生强调预防观、整体观、平衡观和辩证观。平衡观包括人与自然的平衡、人与社会的平衡、人体阴阳的平衡、人体脏腑的平衡、气血经络的平衡。

    生态位理论要点

    所有的生态元均具有适宜的生态位,处于适宜生态位的生态元才能健康发展。应尽量避免生态位重叠,一旦出现重叠必会引起竞争,须依照生态位分离原理来解决。竞争形成生态位的分异,分异导致共生,共生促进系统的稳定发展。要充分利用生态元的现实生态位,转化潜在生态位,提高生态元的发展质量和运行效率。

    启示1-用协同学等理论诠释低碳生态城镇发展过程

    从协同学的观点看,城镇是一个开放的复杂系统,它在外部输入干扰下自发地组织运行演替,子系统之间相互作用产生协同效应。序参量控制子系统行为,使系统在临界点发生质变,从无序变为有序,从混沌中产生某种稳定结构。外部干扰能够促进序参量的形成并影响它的性质。当以低碳为导向的信息流、能源流和物质流输入到城镇系统而形成干扰时,以低碳发展为导向的序参量形成并支配子系统行为,控制了系统的发展方向,使城镇运行达到碳平衡(阴阳平衡),城镇状态从不可持续变为可持续。外部输入中信息流是关键,而更关键的是它能否占据适宜生态位。在城镇发展中,信息流主要表现为政策机制。包括制度设计、法律法规政策体系、城市规划、城市设计和建筑设计等不同层次。在系统内部,人是自组织行为的主体。因此,人的素质和行为是极为重要的。

    启示2-根据相关理论构建低碳生态城镇碳平衡模型

    从图9中可以看出,上半部的物质流和能量流在信息流主导下输入到我们城市系统当中,城市的各系统协同运行,向大气排放二氧化碳,属于碳源。下部是由海洋、土地、林木等构成的碳库,吸收和储存二氧化碳,属于碳汇。中间这一部分是城市的大气。我们所讲的碳平衡并不是说排放多少就储存和吸收多少,而是使二氧化碳在大气中的含量,保持在不影响人类生存的范围之内。城镇系统作为一个开放的协同系统。它处处都体现出阴阳平衡的原则,而集中的体现就是碳平衡。在低碳政策的导向下,通过各系统之间的协同作用,减少碳源、增加碳汇,达到碳素动态平衡,从而实现城镇的持续发展。

    启示3-根据相关理论构建低碳绿色建筑发展路径模型

    低碳绿色建筑发展路径以生态位原理和木桶原理为理论依据,通过因地制宜、被动优先、主动优化和超技术优化整合等原则,以低碳、零污染、高效、宜居为目标导向,实现城镇可持续发展的目标(图10)。因地制宜是指,设计要适应地方条件和功能要求,要体现地方特色和时代特征,要有一定的弹性。被动优先主动优化是指,建筑师发挥主导作用将被动式设计文章做足,这是建筑节能减排的基础,一般可以解决大部分问题,不足部分由优化的主动设备加以解决。超技术优化整合是指,在技术策略选择时,要超越技术本身,注重技术应用条件的适宣性,技术的节能效率,技术策略组合的协同性和技术的经济合理性。

图9 碳生态城镇碳平衡模型                                      图10 低碳绿色建筑发展路径模型

    设计实践案例

    低碳规划专项研究

    1.项目概况

    项目位于海南省琼海市博鳌镇、嘉积镇、中原镇构成的琼海市东南部的中心地带。规划区沿万泉河两岸展开,规划范围25平方公里,其中建设用地13.4平方公里,规划人口11万人。项目定位为能实践与可持续的低碳、低排放生态城市,世界医疗养生胜地和21世纪新的国际组织聚集地。

    2.低碳生态建设分区

    在资源评价和生态适宜性分析的基础上,规划区划分为乐城低碳生态示范区和乐岛“零碳、零排放”试验区。现阶段规划只针对乐城低碳生态示范区展开。在乐城低碳生态示范区内,规划根据各类用地开发时序及低碳生态建设难度,进一步划分为三个低碳建设子目标区(一类目标区、二类目标区和三类目标区),分别设定不同的温室气体(GHG)减排目标,采用不同建设成本和建设难度的低碳生态技术(图11)。

    3.子系统低碳建设目标与策略

    规划子系统包括产业经济、城市空间格局等8个方面,具体建设目标及策略如下:

    产业经济——规划区中,一、二类目标区将着重发展绿色建筑业和绿色服务业,三类目标区将结合生态旅游业逐步推进,开展多元有机农业建设,完善规划区产业生态链条,安置当地人口。预计到规划末期(2020年),规划区产业能源需求减少20—40%;绿色产业增加就业岗位10—20%。

城市空间格局——为保护规划区优越的自然生态资源,一类、二类目标区重点开展紧凑布局与土地混合利用规划,三类目标区重点开展低生态冲击开发。预计到规划末期,自然环境冲击比常规开发模式减少30%,交通出行需求减少10%,开放空间增加20%。

    绿色交通——同时发展水、陆公共交通系统。在陆路交通方面。一类目标区作为交通高效化重点区以大运量公共交通系统建设为主:二类目标区作为区外通勤削减重点区,采用相对集中的规模化设施将对外通勤量削减至合理低水平:三类目标区交通需求较低.将以慢行交通系统规划为主,并集中开展新能源汽车使用试点。预计到规划末期,绿色出行比例达80%:交通系统能源需求减少70%(图12)。

图11 低碳建设目标分区                                                      图12交通系统

    绿色建筑——各目标区将针对建筑类型和建筑时序规定不同的建筑节能和绿色建筑建设目标,并采用“能耗指标”的方式建立不同类型低能耗建筑技术应用要求。实现低能耗建筑的超技术整合。预计到规划末期建筑系统能耗负荷减少30%;废弃物排放减少70%。

    能源供应——规划区拥有丰富的风、光、水、土、生物质等可再生能源利用条件。未来一类目标区将着重发展成本低、适宜性好的太阳能光热技术;二类目标区结合用地性质和河道优势,在发展太阳能光热技术的同时,适当发展河水源热泵技术;三类目标区由于建设时序晚,用地分散,可开展太阳能光热、光电、小风电、河水源热泵等多种可再生能源利用技术的集成建设。此外,规划区还可利用农业废弃物生产沼气和有机肥,反哺有机农业发展。预计到规划末期,规划区可再生能源占总能源供应结构的20%;GHG排放量减少20%。

    水资源绿色管理——污水处理和雨洪威胁是规划区主要水资源管理问题。在污水处理方面,规划区计划引进黑子光化污水处理技术,分散处理污水,实现高标准中水回用。中水回用方面,一类目标区将重点开展小区污水回用建设,二类、三类目标区以市政污水回用建设为主。此外,规划区还将通过集中调蓄和湿地净化,减少雨洪冲击,改善生态环境。预计到规划末期,非传统水源利用率达40%;污染物排放比常规污水处理模式减少90%。

    固废绿色管理——规划将在弹性用地内建设以垃圾分拣筛选、物资回收和有机垃圾厌氧消化处理为主的资源化处理中心。预计到规划末期,规划区固体废弃物资源化利用率增加60%,填埋垃圾减少90%,发电量370万kwh/年。

    景观生态——规划区将开展一系列的自然生态环境保护、修复和补偿建设,促进生态系统健康,增加碳汇。预计到规划末期,规划区绿地系统碳汇能力将比传统城市绿化模式提高15倍、年固定CO21.45万吨。

    4.GHG排放情景分析

    传统开发模式下,到规划末期(2020年)规划区总计排放GHG88.75万tC02-eq/年,人均排放9.86tC0 C02-eq/人•年,达到发达国家排放水平。低碳发展模式下,规划区排放GHG总计28.06万tC02-eq/年,人均排放3.12tC02-eq/人•年,回落到我国目前的人均排放水平以下。与传统发展模式相比,低碳发展模式可使乐城GHG排放总量减少67%。其中,能源供应系统减排61%;交通系统减排33%;建筑系统减排32%;废弃物管理减排84%;景观碳汇系统的固碳能力提高1.8倍。根据情景分析结果编制低碳发展实施路线图。

    5.指标体系构成

    规划区总体规划指标体系共计指标28项,分为资源节约、环境友好、经济可持续和社会和谐等4个部分。相关地块控制指标9项,分为绿色建筑、能源利用、水资源综合利用、固体废弃物利用管理和景观生态等5个板块,每一板块同时给出相关设计指引。相关地块控制指标的赋值根据各类用地所在低碳目标区进行调整。

    绿色建筑案例

    第一个案例是青岛天人环境公司生态办公楼(图13),它是一座非示范要求的实用型绿色建筑。其成功之处主要是设计到位,这是获得优秀设计奖的一个建筑。被动式技术用足,自然节能,经济适用;主动式技术优化,提升效率。第二个案例是北京科技大学体育馆(图14),这是一个奥运场馆,它是获得建筑创作奖的作品,主要的特点是赛时充分满足奥运比赛要求,赛时赛后高效功能转换,赛后由于主场地采用光导管照明而长期节能。第三个案例是联合国工发组织的国际太阳能中心(图15),它也是获优秀设计奖的作品,采用被动优先,主动优化的策略,使之成为UNIDO培训第三世界太阳能人才的一部实物教材,使受训人员在培训环境中体验到什么是太阳能与建筑一体化。第四个案例是株洲规划展览馆(图16),它的被动优先策略主要体现在设置气候缓冲层,从平面可以看出,把需要空调的主要展厅部分放在中间,四周设置不需要空调的房间形成缓冲层,或设置缓冲廊,可大大减少空调的能耗。

图14 青岛天人环境公司生态办公楼

图15 北京科技大学体育馆

图16 UNIDO国际太阳能中心

图17 株洲规划展览馆

    城市低碳发展的关键词

    政策关键,低碳路径,育人为本,产业支撑,运行高效,能源洁净,魅力活力,生态平衡,安居乐业,和谐共生。





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