外国低碳地区能源开发启示

2009年在哥本哈根召开的联合国气候大会上，中国CO2排放总量居世界第一。中国承诺将减缓温室气体排放的同时也承认，在相当长一段时间内，CO2的排放量将继续增加。这不仅是因为中国经济将继续增长，工业化、城镇化将继续加快发展，而是因为其能源结构将继续严重依赖煤炭和石油。因此，如何开发可再生能源，利用生态技术提高能源利用效率、降低污染物排放就是摆在国人面前的一个重要课题。CO2对人类环境有严重影响，幸运的是，中国已经认识到，温室气体排放过多是对自己未来发展和繁荣的一个严重威胁，中国已经开始有步骤地实施可再生能源的开发和生态技术的运用，这两条正是有效降低CO2排放的方法。在中国，对可再生能源的开发，对生态技术的运用，正在呈指数增长。1生态社区概念简介生态社区(ecologicalcommunity)，也被称为绿色社区(greencommunity)或可持续社区(sustainablecommunity)，强调社会、经济、环境的有机融合。生态社区在处理社会、经济、环境方面的成功经验，为我国提供了有益的参考和借鉴。生态社区的核心理念是:“既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”针对生态环境的理念及方法，在生态社区中得到了有效的贯彻，使得世界上许多地方都兴起了这种构建生态社区的运动。资料显示，这些生态社区大都可以较好地融入当地环境，减少能源消耗和对环境的破坏，为其所在地的可持续建设提供了支持。我国也存在相当程度的环境问题亟待解决。因此，学习借鉴国外不同地域、不同时期的生态社区实例，尤其是可再生能源的开发和生态技术的运用，可以为我国生态社区的建设提供有益的理论指导和参考模式，从而推动整个社会的可持续发展进程。

2可再生能源的开发可再生能源的开发是可持续发展中非常重要的一环。文章开头讲到由于我国能源结构将继续严重依赖煤炭和石油，将严重阻碍我国生态环境的建设，因此，开发新能源是我国目前的首要任务。可再生能源的开发具有非常可观的经济效益和社会效益。近年来，德国可再生能源产业发展迅速，通过绿色能源的使用，2008年德国CO2减排约1.12亿t。［1］芬兰是欧盟国家中可再生能源利用率最高的国家之一。目前，芬兰可再生能源已占其全部能源消耗的28.5%。［2］风力发电会产生噪声污染、生物能发电需要原料与较大的场地，这两种发电方式都不适合人口密度较高的城市，而太阳能发电却不受此限制。目前，生态社区范围内广泛兴起了利用太阳能发电的热潮。英国伦敦贝丁顿零耗能开发项目(Beddingtonzeroenergydevelopment，简称BedZED)为每家住户设计了阳光房，在阳光房的玻璃屋顶和建筑的南立面上均安装了太阳能光电板。太阳能光电板具有双重作用，除了可以收集太阳能将其转化为电能外还可以遮阳。小区内的汽车以电力为能源，由小区内的777m2太阳能光电板产生，其峰值电量109kWh，可供40辆汽车使用。［3］图1沃邦小区屋顶设太阳能电池板德国弗莱堡市是21世纪绿色城市的范本。作为德国日照最充足的城市之一，弗莱堡的太阳能建设蓬勃发展。弗莱堡市及周边地区除了拥有大量的太阳能单体建筑外，还兴建了太阳能社区。太阳能让数以万计的住宅的供暖与热水需求可以完全自给自足，而不再依赖传统的石化能源，同时也使该城市成为值得称赞的生态城市之一。弗莱堡市内的沃邦社区将房屋的减能、节能式现代设计模式作为其建设理念，社区充分利用太阳能。在这里，几乎所有的公共建筑及居住建筑的屋顶上都安装了大面积的太阳能光电板(图1)。更为有趣的是，居住建筑屋顶上的太阳能光电板发的电并不是供自家使用的，而是返还到城市供电系统，获取利润，即居民可以卖电给政府。2001年，在瑞典马尔默市举办了一个面向可持续发展的住宅展览，同时一个为Bo01明日之城(CITYOFTOMORROW，以下简称Bo01)的居住示范区项目启动了，其第一期已于2005年秋季全部竣工。Bo01中100%使用可再生能源，如太阳能、风能、地热能、生物能等。在Bo01小区一栋楼顶安有约120m2的太阳能光伏电池系统，年发电量估计为

1.2万kWh，可满足5户住宅单元的年需电量。此外，还设有1400m2的太阳能板(其中1200m2为平板，200m2为真空板)，分别安装在8个楼宇，年产热能约525mWh，相当于375kWh/m2•年)，可满足小区15%的供热需求。［4］当然也应看到，虽然太阳能是一种绿色能源，但在实际操作过程中对太阳能的利用还存在着很多困难。我国是否适合在社区中发展太阳能技术还需要进一步的论述。首先，太阳能发电受到日照时间、日照强度、气候因素等影响。“你需要阳光。那是显而易见的。太阳能能源来自于太阳。没有太阳———没有能量。所以，在晚上你不会得到太阳能。在阴天或你生活在一个太阳能有限的地区你也会得到有限的太阳能。你应该注意在遥远的北半球和南半球你不会很“划算了”。污染是减少有效收集太阳能的另外一个因素。”①图2世界太阳能地图图2显示了世界各地每年每平方米地表面积所接收的太阳能(单位kWh)。由图可知，我国大多数地区平均每年每平方米地表面积所接收到的太阳能总量高于太阳能被大量利用的英国、德国、瑞典等国，由此可见，日照时间、日照强度和气候条件等因素不会对我国太阳能的开发构成障碍。我国显然也是适合大力度开发利用太阳能的国家之一。其次，用太阳能光电板发电需要大量的面积，目前，太阳能光电板还只是安装于建筑屋顶，而建筑屋顶的面积是有限的;同时，用太阳能光电板发电对建筑的朝向有很高的要求，只有朝南的太阳能光电板才能吸收到更多的能量;最后，太阳能光电板造价很高。不过，以上这些困难不会阻碍我国社区开发太阳能的工作，相反它们会对我国社区的设计提出更高的要求，使社区建设变得更加合理高效。对太阳能分布特征的分析和对国外生态社区成功经验的研究表明，尽管目前利用太阳能发电有诸多困难，但是由生态社区运用太阳能发电的成功经验和我国具备太阳能发电的客观条件可知，随着技术的不断进步，在不久的将来太阳能一定能成为我国主要能源之一。

3生态技术的运用开发可再生能源是降低碳排放量的重要条件之一，在开发可再生能源的基础上应注重生态技术的运用，二者结合才能达到“开源节流”，最大限度地降低碳排放量，降低能耗、节约能源、营造生态的人居环境。我国建筑运行能耗约占全社会总能耗三成［6］，降低建筑能耗具有举足轻重的作用。“生态技术”是指在充分考虑当地环境、资源的基础上，最大限度地减少对环境的影响的技术。在参考国内外理论及实例的基础上，本文提出如下三条生态技术。

3.1选用生态建材生态建材应就地取材，因地制宜。生态建材意味着其全寿命周期中对能源的更少消耗、对环境的无污染和对人体的更健康。生态建材应是可再生能源，并应可循环或回收利用。BedZED的所有建材在选择时均以最大限度地减小对环境的影响为基本原则，尽可能使用可再生材料、回收材料或天然材料。新建的房屋中大量使用了从废弃建筑中回收的材料。在设计和施工中，充分发挥材料和构件的性能，节约用材，使材料的消耗量达到最低。同时，BedZED为了降低运输费用及减少运输过程中对环境的破坏，在建材的获取上还制定了“当地获取”的政策。此外，BedZED为了实现更好的保温隔热使用了厚厚的墙壁，建筑墙壁的厚度超过50cm2［7］，墙壁中间有一层防止热量流失的隔热夹层;窗框采用木材以减少热传导;窗户选用内充氩气的三层玻璃窗。设计者通过对墙壁、窗框、窗户的合理设计从而达到有效的保温隔热。沃邦小区内很多新型材料中间全是用稻草、锯末或谷物的壳在制作过程中压缩、黏合而成。用这种新型建材铺地，不仅保暖而且隔音。室外的楼梯或台阶与主体建筑之间有1cm的距离，在中间填充一些绝缘材料，夏天台阶上的热气、冬天台阶上的冷气就不会传递给建筑的外墙;此外，这种构造做法也具有很好的隔声效果，实为一举两得的好方法。Bo01采取多项措施，从设计到选材上都力求实现能源的高效率、低消耗。Bo01普遍采用断桥式喷塑铝合金门窗、配以可调式温控阀的暖气片、节能灯具、空心砖墙及复合墙体、可调式通风系统，部分楼宇安装加厚的复合外墙外保温墙板及可供热量回收的新风系统等。此外，小区大量使用屋顶绿化，既可以保温隔热，又可以美化环境、净化空气(图3)。图3Tango街坊绿色屋面和紧贴屋面的太阳能集热板使用地方性材料虽然已不是一个新的观念，但是在今天学习国外生态社区成功运用地方材料，从而达到减少污染、降低能耗的经验，依然对我国有很好的启示作用。我国正在研制的生态复合再生瓦和生态复合麦秸板就是符合我国环境的生态建材。其生产原料是采用工业废料如建筑垃圾等及农作物秸秆类和一些石粉类材料。我国秸秆资源十分丰富。据统计，每年可利用地农作物秸秆，如高粱秆、玉米秆、麦秆、稻草秆、果壳花生壳、亚麻等达7亿多t。然而这些秸秆大部分被就地焚烧，既浪费了自然资源又污染了环境。采用秸秆和石粉生产的生态复合再生瓦及生态复合麦秸板价格低廉，又可废物利用，具有广阔的发展前景。

3.2水资源的回收再利用水资源的匮乏是目前人类面临的一个重大难题。对水资源回收再利用是对环境影响小、节水效率高的节水方法之一。其中，对雨水和再生水的收集利用就是两种非常有效且技术已较为成熟的水资源回收再利用方式。随着城市化程度的显著提高，相当比例的透水性地表面(绿地、草地)为不透水表面(路面、屋面)所覆盖，严重影响了雨水截留、下渗、蒸发等环节。国际上对雨水资源处理的观念发生了显著变化，雨水蓄渗、缓排、利用等已成为雨水管理的重要内容。据英国《自然》杂志报道，为实现有效利用水资源、解决缺水问题，瑞典斯德哥尔摩国际水研究中心专家马林•福尔肯马克呼吁改变水管理习惯，并有效利用“绿水”。

他指出世界上河流、湖泊、水库和地下蓄水层中的“蓝水”只占世界淡水资源的40%，在干旱地区就更少。要解决干旱地区的水危机就要管理好“绿水”(主要是指植物根部的土壤存储的雨水)，使雨水渗透到土壤中去并能被植物根吸收，从而使土壤保持充足的水分。福尔肯马克还建议收集雨水以便在作物生长期遇到干旱时使用。［8］图4BedZED雨水收集系统BedZED是将雨水收集利用的成功的典范(图4)。每栋房子的地下都装有大型雨水储蓄池，雨水通过过滤管道流入储蓄池后被储存起来，储蓄池与每家厕所相连，居民都是用储存的雨水和处理后的污水冲洗马桶。冲洗后的污水经过处理后一部分用来灌溉生态村，一部分重新流入储蓄池中，继续作为冲洗用水。在沃邦小区内，屋顶花园留住了部分雨水，剩余的通过管道进入渗水渠，水渠地表下面有储水槽，水槽由高向低依次排开。沃邦小区水资源丰富，但是，居民仍储藏雨水或购买二次用水设备，处理过的雨水、废水用来冲厕所、洗衣服或浇花园。雨水利用工程能够有效减小市政管网排水压力，降低雨水洪峰峰值;同时，有利于地下水资源的保护及补给，从而使水环境和水生态维持平衡。我国是一个缺水大国，且雨水资源分布不均，表现为部分地区连年干旱的同时，部分地区却洪涝频发。此外，同一地区四季降水量也有很大差异。

因此，生态社区中采取的雨水收集系统;采用透水性地面以便雨水更好地下渗，从而补充地下水源;以及设置储水池等措施，对我国这样一个水资源时空分布不均的缺水大国来说无疑具有很好的借鉴和启示作用。节水的另一个有效方法是对再生水的回收利用。再生水是指污水经过适当处理后，达到一定的水质标准，满足某种使用要求、可以进行有效使用的水。再生水收集利用系统收集利用的是较高污染的水源，但与雨水相比较具有水源稳定的特点，如能有效利用也有非常可观的效益。再生水收集处理后，达到规定的水质标准，可用于景观、绿化、洗车、冲厕、喷洒路面以及冷却水的补充。马林•福尔肯马克指出，废水中含有大量有价值成分，应被当做资源，加强再利用。人们必须转变对废水的观念，将废水视为资源，这是减小废水对城市环境污染的根本出路。［9］以上总结的生态社区水资源循环利用的方法只是众多方法中的两种。不过，这些回收利用技术能够为水资源的有效利用提供条件，有效减少城市供水系统的压力。

3.3垃圾的分类及处理从统计数据看，目前我国大城市人均日产垃圾达1.4kg，中小城市每人每天产垃圾量也达到1kg。由此预计，今后我国城市生活垃圾年产量约为1.3亿t，城市垃圾总量将以8%～10%的速度持续增加。如此巨大的数量和增长速度，未来城市生活垃圾产生量将难以遏制，目前我国约有200个城市陷入垃圾包围之中。因此如何有效处理垃圾，越来越成为人们关注的焦点。［10］垃圾焚烧、填埋都对环境造成很大的影响，垃圾分类、处理、综合利用才是唯一出路。垃圾分类不仅有利于垃圾后期处理，还可以减少占地、环境污染、降低运输费用、更能变废为宝，将垃圾中可循环再利用的物质回收利用。德国的垃圾回收利用率居欧洲第一。德国政府一直以来就非常注重对市民垃圾分类意识的培养，幼儿园的孩子就已经被灌输垃圾分类的知识，如今垃圾分类已深入人心。柏林市的《垃圾分类说明》［11］将垃圾分成有机垃圾、轻型包装、旧玻璃、纸制品、有害物质垃圾、大型垃圾，以及不属于前述几项的剩余垃圾。每年年初，市政府都会将新一年的《垃圾清运时间表》以及《垃圾分类说明》挨家挨户地投到各家信箱。

在我国，尽管垃圾分类处理工作面临着重重困难，但相关专家也一再指出，进行垃圾分类收集和处理肯定会成为今后中国城市垃圾处理的大趋势，这也是循环经济和可持续发展的必然要求。事实上，垃圾分类只是基本条件，垃圾利用才是根本目标。《从摇篮到摇篮》是由美国建筑师威廉•麦克唐纳(WilliamMcDonough)与德国化学家迈克尔•朗嘉特(MichaelBraungart)撰写的一本关于循环设计理论的书籍［12］。与传统的把垃圾视为废物的观点不同的是，《从摇篮到摇篮》的设计不是“从摇篮到坟墓”，而是“变废为宝”。垃圾“变废为宝”的实例在国外的生态社区中屡见不鲜。BedZED通过燃烧树木修剪废料发电为社区居民提供生活用电，发电过程中产生的热量可以保存并用来生产热水。Bo01的垃圾处理遵循分类、碾碎、重新利用的流程。居民将生活垃圾分为食物垃圾和其他干垃圾。食物垃圾通过生物反应炉可转为成CO2、沼气和有机肥料;其他干垃圾可以通过焚烧产热发电。据测算垃圾发电可为住区每户居民提供每年290kWh的电量，足够满足每户全年的正常照明用电［13］。此外，Bo01在建设场地将建筑废品分成十多类，大大提高了废物回收的效率。2009年8月24日，旧金山东湾区的工作人员对从2000多家餐馆和食品店收集的餐余垃圾进行发酵处理，利用其产生的沼气发电。据介绍，目前该地区每周处理餐余垃圾的能力为100t，这些垃圾产生的沼气已开始为该地区输送电能。

4结语

通过文章的论述可以看到，生态的观念在西方典型生态社区中得到了良好的贯彻。为了保持与环境的和谐关系，这些生态社区通过引入生态技术和对资源的有效配置，实现了人居环境的真正生态化。在能源方面，这些社区普遍采用太阳能的收集以减少对传统能源的依赖。与我国多数地区相比，英国、德国、瑞典等国家的日照条件较逊，但是这些国家都能够有效地利用太阳能并使其逐渐成为最主要的社区能源来源。在水资源的循环利用方面，这几个国家的水资源较我国多数地区更为充沛，但是仍大力度加强水循环方面的发展，也值得我国学习。在材料和垃圾处理方面，这些生态社区的成功经验也为我国生态社区建设提供参考和借鉴。总之，开发可再生能源是“开源”，运用生态技术实现能源的高效利用、降低废物排放则是“节流”，二者结合才会营造出真正的生态社区。