零碳城市理念及设计策略分析

【前言】零碳城市理念及设计策略分析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。零(低)碳的重要前提是寻找替代能源,这与当地的自然资源息息相关,再加上生态城市强调社会、经济与环境的协调发展,当地的社会文化背景、经济发展状况也成为了其举足轻重的考量环节,因此,低碳城市没有统一模式,其在具体实现手段和设计方法上因时因地而变。本文选取上海东...

[摘 要] 从当今环境与气候变化的背景出发,阐述了零碳城市的内涵及实现途径,并以上海东滩及阿联酋Masdar生态城为例进行对比分析,总结出零碳城市的设计策略。

[关键词] 零碳城市 低碳城市 碳排放 生态 可持续发展

以往,水质恶化、土壤和大气污染、生物安全等这些容易被公众感知的环境问题通常是我们关注的热点。但如今,人们逐渐认识到,CO2排放及其所导致的全球变暖和气候紊乱,更是影响全球可持续发展的关键所在。各国在发展与环境问题上,又增添了减缓与应对全球气候变化这一新的世纪性命题。在旧有的能源结构下,建筑是化石能源消耗和碳排放的大户,在经历了低碳/零碳建筑的初步探索后,人们认识到,在更大尺度上进行整体努力会有更加明显的成效,正是在这种情况下,低碳城市的概念被提出并得到关注,其理论研究和建设实践也日益成为国际热点。

一、零(低)碳城市的内涵

低碳城市是指城市发展以较低的碳排放水平为前提,采用适当的经济、社会和环境结构形式与发展方式实现城市功能。“低碳”理念要求城市的建设和运行过程尽可能减少CO2排放量成为维持城市可持续发展的核心要求。在经济、社会、环境向前发展的必然趋势下,能源类型和利用方式成为城市碳排放的直接源头和主要控制点,因此,低碳城市的实现最终还要落脚于其能源技术模式上。另外,城市碳排放量与自身碳吸收能力之间的平衡状态称为 “零碳”或碳中立,“零碳”是“低碳”的一种理想的状态。城市发展对环境的影响程度取决于减少碳排放量(能耗减少和技术优化)和增加碳吸收能力(增加绿量)两方面此消彼涨的努力。但一般而言,一定区域的碳排放量总是要远远高于其所绿地所具有的吸收能力,于是,碳平衡是一件非常重要、又非常困难的事情。

零(低)碳的重要前提是寻找替代能源,这与当地的自然资源息息相关,再加上生态城市强调社会、经济与环境的协调发展,当地的社会文化背景、经济发展状况也成为了其举足轻重的考量环节,因此,低碳城市没有统一模式,其在具体实现手段和设计方法上因时因地而变。本文选取上海东滩和阿联酋马斯塔尔两个有着显著环境差异的生态城市实例为代表,在对比中分析其低碳理念和具体设计策略。有趣的是,这两个实例均为发展中国家所为,都号称世界首个生态城,展开了一场令人回味的“可持续城市竞赛”,也引起了国际间的广泛关注。

二、上海东滩生态城的零碳理念与设计策略

1.项目规划总体概况

规划中的东滩生态城位于中国第三大岛屿――坐落在长江入海口的崇明岛, 原本是一大片农业用地。规划面积为86平方公里,规划人口50万东滩生态城的建设目标是真正零碳和可持续的城市,将生态足迹降至最低(图1、2)。

总体规划设计任务由国际知名的奥雅纳环境顾问公司承担,奥雅纳从生态足迹评估与控制入手,确定生态目标,并将“整合城市设计”概念作为生态规划的实施策略和技术方针贯穿始终。奥雅纳制定的生态足迹目标是2.0,即岛上人均消费的自然资源由2公顷以下的土地提供。东滩通过引入量化指标来指导城市生态设计,从而明确了项目要达到的环境性能目标,包括碳减排的分解指标,使设计方向更加明确。

2.零碳设计策略

在能源类型革新上,东滩依靠风能、太阳能、生物质燃料和城市垃圾回收生产能源;拟建立全国第一个氢能电网,氢燃料电池等清洁技术为公共交通提供动力。计划到2010年,可再生能源占到总需求的60%,2030年达到100%。

在能源技术的创新利用上,注重城市整体设计策略、气候与被动式设计以及交通方式的革新。其在城市设计和建筑单体上的节能减排策略包括:

(1)城市朝向:突破中国固有的传统观念,一切以碳减排和生态性为准则,将城市网格稍加旋转,偏离南北轴线以利自然通风。

(2)低密度开发:东滩被规划为一个低层公寓散布形式,其间布置了大量草坪和公园。建设只占用40%的土地面积,较低的开发密度,将大量减少能耗,并保护环境生态性。

(3)自然生态统合:基于自然湿地边界特点,东滩以运河和湖泊等有机元素雕刻基地,组织有机形式来回应基地的框架。湿地不但保护了自然生态环境,同时更能作为城市环境碳排放的吸收器,从而调节城市生态系统的物质和能量循环,形成适宜、健康的城市生态气候。

(4)重视形式性能:东滩的各种设计理念和措施都是针对中国的环境问题,这成为城市系统的设计与建设基础。设计者侧重的不是建筑和城市的形式,而是针对环境问题而形成的形式性能。

(5)建筑高度:东滩是湿软土壤,因此,建设超过8层高度建筑物将需要昂贵的基础,这将加大建材消耗量,从而加大碳排放。另外,为了使场所更有效地利用夏季风和自然光,整个城市设计为4层～8层。

(6)城市农业:农作物为居民提供食物的同时,其稻壳和秸秆作为生物燃料,也可起到碳吸收的作用, 以此实现东滩“低碳城乡一体化”的集成系统。

(7)绿色交通:步行、自行车、清洁能源公交车(氢燃料电池)、水上出租车(太阳能驱动),将是人们的出行方式,市内建有不受机动车干扰的独立人行步道和自行车道网络,任何地方到附近公交车站步行不超过7分钟(500米)。另外,基础设施以使用本地设备为目标,从而减少了进口设备的运输过程,有利于碳排放减量。

三、Masdar生态城的零碳理念与设计实践

1.项目规划总体概况

马斯塔尔(Masdar)生态城拟建于阿联酋阿布扎比炎热的沙漠环境中,是一个计划耗资220亿美元,开发面积600万平方米,并能容纳5万人口,实行碳中立、零废物的全新零排放城市(图3、4)。由于长期依靠丰富的石油储量支持经济快速发展和供应国内能源消费,阿联酋比世界上任何地区的人均生态足迹和二氧化碳排放量都要多,被称为“世界上最不生态的国家”。2006年,阿布扎比启动了“去化石”战略行动计划,试图通过马斯塔尔生态城在内的开发项目,成为可持续性的全球领跑者。

Masdar生态城由诺曼・福斯特为总设计师的项目团队负责总体规划。沙漠气候是一种较不适宜人类生存的生态恶劣环境,具有较少的自然资源(水和植物)和较低的环境承载能力(如CO2吸收),因此,在以城市本身性能解决人类生活的舒适、健康等需求的基础上,还须通过一个更为完善的人工系统来消解城市的环境影响,所以“零碳”将成为马斯塔尔必须达到的目标。

2.零碳设计策略

在能源类型上,严酷的沙漠环境使得Masdar自然资源严重不足,太阳能利用就成为其能源供应的唯一途径。整个城市所需电力全部由大规模太阳能光伏系统产生。为解决缺水问题,规划了一个比现有效率高80%的脱盐厂,通过低能耗海水淡化和中水、污水系统回收的整个基地的供水。

其在城市设计和建筑单体上的节能减排策略包括:

(1)城市朝向:根据风向使建筑布局偏西南方向,以优化阳光和阴影的平衡。另外,建筑的风塔可以捕捉冷空气并排出热空气。

(2)高密度开发:延续沙漠地区利用气候的传统方法,街道规定为10英尺宽,建筑物间距较小,加上5层限高,有利于塑造遮阴街道和庭院为城市降温,减轻沙漠高温的不舒适性,并改善步行环境。

(3)系统封闭性:利用“围墙”这种当地传统概念,将整个城市进行封闭。围墙的作用是保护城市不受恶劣沙漠风侵袭,并通过在其中安置水过滤系统服务于社区。

⑷地方材料和废物回收利用:利用当地和可重复使用的材料;通过真空系统和电动卡车将废弃物进行堆肥再利用,转移几乎100 %的废物。

(5)交通方式:三层次交通系统将取代小汽车作为运输工具。最底层是连接阿布扎比、Masdar和国际机场的列车服务;第二层是地面步行系统,到达公交站点的最远距离控制在200米;最后是个人快速公交系统――1700辆电动个人轨道捷运厢及其全自动控制系统。

四、总结与思考

东滩和马斯塔尔为代表的国内外低碳城市设计案例分析显示,低碳城市在实质环境的设计上具有如下共同特征:

(1)充分利用可再生能源,尽量减少化石能源的使用;(2)生物气候城市和建筑设计;(3)与碳排放量相适应的城市绿量;(4)紧凑的城市布局和发达的公交体系,减少小汽车依赖;(5)地方材料和废物回收再利用;(6)建筑主动节能技术应用。

二者间的显著差异也总结如下:

低碳城市的规划设计以低碳排放为目标,综合利用可再生能源与节能技术,并根据不同的基地与环境条件进行生物气候城市设计,同时结合对经济、社会和环境结构的综合调整与控制,形成系统整合,是一个高度探索性的实践过程。东滩和马斯塔尔基于其迥然不同的自然条件,在减碳策略上有诸多不同,相对而言,东滩生态城的规划由于本身与自然生态系统的更好结合,加上理性规划、分阶段开发,以及适应性更强的低碳技术等,应该可以更好地达成城市的可持续性。当然,这是仅就理念与设计层面作出的评价,与该项目的具体实施无关。

参考文献:

[1]付 允 汪 云 林李丁:低碳城市的发展路径研究[J].科学对社会的影响,2008(2)

[2]辛章平 张银太:低碳经济与低碳城市[J].城市发展研究, 2008(4)

[3]ARUP. Dongtan Eco-city[EB/OL]. .