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低碳生态技术在城市规划中的应用探讨


【信息时间:2010/12/29  阅读次数:【我要打印】【关闭】

 

叶兴平 何常清 陈国伟
 
【摘要】 从生态建设方面来看,城市规划中的低碳生态技术应用主要有能、水、物、气等四个领域,具体的包括能源利用技术、水资源利用技术、废弃物回收与利用技术及微气候分析技术等。从各低碳生态技术的利用方式和规划控制探讨了在城市规划中的应用,并结合城市规划对空间的控制要求,认为能源、水资源和废弃物回收与利用技术的应用主要体现在生态技术利用设施的布置、服务区域及利用指标等方面上。从生态技术本身特点出发,对各生态技术提出了规划中适用的规定性或指导性指标。
【关键词】 低碳生态技术 城市规划 控制指标

 

1、引言
随着全球气候变化以及当前中国社会经济发展中所面临的资源利用与生态环境问题成为当今中国普遍关注的热点问题,应对气候变化的策略以及低碳经济发展面临的机遇与挑战成为关注的重点,低碳生态城市发展成为中国社会经济可持续发展的重要保证,其中低碳生态技术的研究与应用成为低碳生态发展的关键因素之一。
低碳生态技术的核心以维护自然生态环境平衡和人类的最大利益合理平衡为最高价值取向,其所追求的是在技术实施过程中,保持人与自然在资源、能源的获取和消耗、输入和输出方面的循环平衡。城市规划作为建设城市和管理城市的基本依据,必然承担着应对气候编号和改善城市生态环境问题的责任,低碳生态技术方法是在城市规划中落实、体现低碳生态发展要求的重要手段。
2、低碳生态技术在城市规划建设中的实践动态
19世纪工业文明兴起之后,城市人口规模膨胀,居住环境恶化,带来一系列社会经济和环境问题。随着时代的发展,城市建设者和规划师逐渐意识到人与自然和谐关系的重要性,规划理念逐渐向低碳生态转变,其中,低碳生态技术成为作为城市建设和规划的重要支撑,发挥了重要的作用。
国内外生态城的规划建设实践,均体现了低碳生态技术的应用。国外如阿联酋的马斯达城将沙漠上丰富的太阳能和海上风能转化为电能、街道设置促进空气流通、利用运河构建通风廊道、实施海水淡化和污水高效循环再利用;德国的弗莱堡将太阳能作为城镇的动力来源,几乎所有的公共设施和较高比例的自用房舍都装设有太阳能面板,成为名副其实的太阳能城,而且垃圾分类处理也早已盛行;瑞典的哈马碧利用污水处理、雨水利用、太阳能利用、垃圾处理等技术塑造了一个健康的生态城市,尤其是真空管道垃圾收集系统世界闻名;国内中新天津生态城在雨水、污水、新能源(太阳能、风能、地热能)的利用上都进行了有益尝试;曹妃甸国际生态城对能源利用、水处理以及垃圾处理方面也做了相关要求;……

 

从目前的生态技术应用实践来看,规划中生态技术的应用主要集中于能源、水资源、废弃物、建筑以及生态环境治理等五方面,但过多关注于技术本身的改造升级,与城市规划以空间为核心的特点相融合存在一定的差距,可以说,生态技术与城市规划的整合还处于起步阶段,仍需要在实践中不断完善。
3、低碳生态技术在城市规划中的应用
结合城市规划以空间规划为主的特点,从“节水、节地、节能、节材、环保”的理念出发,笔者认为城市规划中利用的生态技术主要体现在能源利用、水资源利用、废物资源利用、改善微气候等四个主要方面,如表1所示。
1 城市规划中常见生态技术一览
生态技术类别
生态技术名称
生态技术类别
生态技术名称
太阳能利用
污水回用技术
风能利用
雨水收集技术
地热能利用
节水技术
废弃物回收
通风廊道设置
废弃物利用
热岛效应控制
 
3.1 能源利用技术
3.1.1新能源利用
新能源利用是各种传统能源之外的所用能源利用方式的总称,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。与传统能源相比,具有可再生和环境污染小的特点,因此,具有广阔的应用前景。在区域规划和城市总体规划中,新能源的利用主要为确定新能源占社会总能源消耗的比例,并提出相应的应对措施。在详细规划中主要为划定新能源设施的位置和服务区域。
3.1.1.1 太阳能
太阳能利用技术目前主要有太阳能光伏发电和太阳能集热等,其中,太阳能集热技术是太阳能利用技术中相对成熟和具有普及条件的技术。
(1)太阳能利用方式
太阳能集热技术是常见的太阳能利用方式,主要为居民分散供热和集中供热,多在建筑物顶部或结合建筑南立面布置。对于高层建筑来说,由于住户较多,需要的采光面积大,如果仍然将它布置在屋面上,可能出现屋面面积不足,集热器布置不开的问题,对于这种情况,可以将太阳能集热器与建筑物分离,单独对太阳能集热器进行布置,集中供热。

 

太阳能光伏发电系统的应用形式主要有并网发电和离网发电两种。并网发电的多为太阳能光伏发电站,一般独立建设,占地面积较大;离网发电形式的多用于家庭照明用电和小型用电设施,一般结合建筑物或用电设施建设,提供日常用电,多余电量可考虑并入电网,如屋顶太阳能光板、太阳能路灯、太阳能草坪灯等等。
(2)太阳能利用规划控制
城市规划中根据太阳能设施的容量、现有建筑情况等条件应划分太阳能设施的服务区域,区分利用常规方式供热、供电的区域,并在常规能源设施规划中要考虑太阳能利用后的系统整合。
太阳能利用控制指标主要有太阳能集热器面积和光伏发电面积。太阳能设施多分散于各类建筑的屋顶和立面,因此,将其作为规定性指标用以控制太阳能设施的布置,并针对新建建筑和已建建筑做分别规定。

 

3.1.1.2 地热能
(1)地热能利用方式
水源热泵和地源热泵是地热能利用的主要方式,根据应用的建筑物对象可分为家用和公共建筑应用两种类别。家用系统是用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应,多用于小型住宅。公共建筑用的集中系统热泵布置在机房内,冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间,多用于大型公共建筑。
(2)地热能利用规划控制
地源热泵和水源热泵设施一般和建筑物结合,因此,规划中对地热能利用主要体现在地源热泵供冷供暖服务区域和利用指标的控制等几方面。在实际中应考虑地源热泵、水源热泵与传统供热方式的结合,划分地热能利用的服务区域。
地热能的采集负荷是地热能利用的主要利用指标,考虑地热能的不可预见性,将其作为指导性指标加以控制。
3.1.1.3 风能
(1)风能利用方式
风能是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。据估算,全世界的风能总量约为1300亿千瓦,中国的风能总量约为16亿千瓦。风能资源受地形的影响较大,多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带。
风能的利用主要以风作动力和风力发电两种形式,其中,以风力发电为主。风力发电主要是利用风力发电厂并网发电,而家用风力发电目前应用较少。
(2)风能利用规划控制
风能利用主要在区域规划和城市总体规划中考虑,体现在风能利用设施的布置和风能服务区域。规划中应多考虑风力发电厂的布置,并考虑风力发电设施与土地利用的协调,如丹麦能源管理局制作了风力的资源地图,用以指导规划者为风力发电选址,环境和能源部提出风力发电离岸发展的计划,并指定了8个可供选择的地点。
风力发电设施的服务范围也是规划中风能利用的控制方面,如丹麦的区域规划划定了三种类型的地区,即禁止风力发电领域、推荐风力发电的地区及没有明确分区的地区。
3.1.2建筑节能
3.1.2.1 建筑节能方式
建筑的运行能耗大约为全社会商品能耗的三分之一,因此建筑节能是节约能源工作的重点领域。建筑节能是指在建筑物的规划、设计、建造和使用过程中,执行建筑节能标准和施工验收规程,合理设计建筑围护结构的热工性能,采用低能耗建筑材料,提高采暖、制冷、照明、给排水和通风系统的运行效率,加强建筑物用能设备的运行管理,以及利用可再生能源,在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下,降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源。
建筑节能方式包括既有建筑的节能改造和新建建筑节能设计。新建建筑节能设计应严格执行国家《民用建筑节能的设计标准》,对于一些示范地区可以适当提高标准。
3.1.2.2 建筑节能规划控制
建筑节能是一项综合性工作,贯穿于基本建设的全部过程。规划方案作为前期工作,也应实行建筑节能。规划中对建筑节能的要求主要体现在规定绿色建筑的比例和建筑的节能目标两方面。
城市总体规划中应明确推广绿色建筑,规定规划范围内新建建筑达到国家关于绿色建筑的相关要求。详细规划中应对不同的建筑规定达到《绿色建筑评价标准》(GB/T 50378-2006)的评价等级。
建筑节能标准可作为规划中的指标控制。对新建建筑应提出相应的节能标准,对既有建筑提出开展节能改造的要求,包括门窗遮阳、外墙保温、屋顶绿化、建筑供暖冷改善等,也提出改造后的节能标准。
3.2水资源利用技术
3.2.1水资源利用方式
针对我国水资源短缺的现状,水资源节约和循环利用已成为经济社会发展必须采取的措施。水资源利用方式主要包括再生水利用、雨水利用和节水技术利用。
再生水利用系统也称为中水系统,其可广泛应用于对水质要求不高的用水场所,如冲厕、打扫卫生、浇洒道路、绿化花卉浇灌、景观喷泉、景观河道补水、消防用水、洗车、停车场冲洗、空调冷却水用水、采暖系统补水、地下水补灌、农田灌溉等。
雨水收集和雨水渗透技术是雨水利用的主要形式。雨水收集技术就是对来自屋面、道路等的降水径流分别传输、收集、处理后加以利用。雨水渗透技术是在将收集到的屋顶或者道路等不透水地面所产生的雨水用管道输送到入渗沟内的透水管或者利用透水地面收集雨水的技术。
3.2.2 水资源利用规划控制
再生水利用技术在城市总体规划中体现为预测中水回用量,并提出再生水回用率的指标控制。在详细规划中,需在城市道路下预留中水管线的管位。在指标控制中,主要为再生水设施配建方式指标,其中,已建地区主要铺设于室外,新建地区增加建筑室内中水管道系统,将其作为规定性指标。
雨水利用技术主要在详细规划中应用,规划中可根据不同用地性质制定不同的雨水收集标准,引导地块开发时建设相应的雨水留蓄设施与容量。指标控制中,通过雨水留蓄设施容量和硬质地面透水面积比例加以控制,并将其作为规定性指标,同时,引导性内容中增加雨水利用占总用水量比例及用途引导、雨水留蓄利用设施布局引导等相关内容。
节水技术的应用主要为在总体规划中应提出具体的节水目标,并针对农业、工业、服务业等提出相应的节水措施。通过进一步普及节水器具、控制工业企业与服务业用水定额,以提高水资源重复利用率,完善节水制度建设,鼓励使用节水新技术、新工艺与新设备等手段。
3.3 废物回收与利用技术
3.3.1 废物回收利用方式
3.3.1.1 垃圾分类
垃圾分类收集是实现垃圾减量化、无害化和资源化的重要前提。目前,发达国家的垃圾分类收集取得了很好的应用效果。
从国内外各城市对生活垃圾分类的方法来看,大致根据垃圾的成分构成、产生量,结合本地垃圾的资源利用和处理方式来进行分类。如德国一般分为纸、玻璃、金属、塑料等;澳大利亚一般分为可堆肥垃圾,可回收垃圾,不可回收垃圾;日本一般分为一般垃圾、可燃垃圾,不可燃垃圾、可破碎处理的大件垃圾四类等等。而我国一般分为可回收垃圾和不可回收垃圾两类,分类比较粗放,过于笼统,不利用资源回收利用。
3.3.1.2 回收利用
废弃物主要有堆肥和垃圾焚烧发电两种利用形式。在日本,可燃垃圾燃烧后可作为肥料,不可燃垃圾经过压缩无毒化处理后可作为填海造田的原料。美国城市生活垃圾通过源消减后,回收利用或堆肥占32.5%,剩余的城市生活垃圾主要以填埋、焚烧两种方式处理,其中填埋占55%、焚烧占12.5%。
目前,中国城市生活垃圾中约有70%为厨余垃圾、果皮等有机垃圾,20%为废纸和废塑料类,约4%为玻璃类,剩余的为金属和布类等,和欧美以纸张、玻璃、金属容器为主的便于回收利用的垃圾成分构成有所不同。在中国堆肥可能是垃圾回收利用主要可行方式,部分热值高的有机垃圾也可以考虑焚烧发电,残渣用于建材。
3.3.2 规划控制
规划实践中,城市总体规划和详细规划均应根据区域具体情况,将区内垃圾进行分类。一般可分为生活垃圾、建筑垃圾、医疗垃圾、工业垃圾四类,各类垃圾建立独立收运与处置系统;工业垃圾中也可分为一般工业垃圾与有害及危险工业垃圾;生活垃圾可进一步分为可回收垃圾、有机垃圾、有害垃圾与其他垃圾。
随着垃圾分类回收利用的减量化技术普及,城市总体规划中需要确定的垃圾转运和填埋设施数量和规模可以适当减少,而新型的垃圾回收利用设施应在总体规划中予以考虑。在详细规划中,应对垃圾回收设施的容量和服务范围提出要求;对真空管道垃圾收集系统还需规划垃圾投放口和控制机房的位置、服务范围和管道布置。
规划中废弃物利用的指标主要有垃圾回收利用率,是指回收利用垃圾量(含资源化处理垃圾量)占垃圾总量的百分比。如《中新天津生态城总体规划(2008—2020 年)》中将该指标作为控制性指标,并规定到2013年之前要≥60%。新加坡2006年垃圾整体回收利用率达到51%,2012年达到60%。
3.4微气候分析技术
3.4.1通风廊道设置
3.4.1.1 设置方式
城市通风廊道的设置为改善城市的环境条件起到了积极作用。如在德国的慕尼黑规划建设了五条城市通风走廊,让风从城市中穿过,并把城市中既有的不洁净空气带出去,有效改善了城市环境。

 

城市进气通道的布置一般遵循平行四边形原理,即进气通道不宜完全顺从城市的主导风向,宜有一定偏角,以利于气流向侧旁分流一部分。
3.4.1.2 规划控制
城市总体规划中一般结合开放空间设计城市通风廊道,一是构建“绿色廊道”,即沿城市主要道路、公路、铁路、河流、湖泊等周边规划一定宽度的绿带,即带状绿地;二是建设环城林带。
详细规划中则利用软件模拟每个方案的通风廊道效果进而对城市设计方案进行反馈,通过调整城市建筑朝向、建筑形体、建筑密度、建筑高度等城市设计的形态要素,不断完善方案的通风效果,提高城市设计的改善微气候作用。
3.4.2热岛效应分析
3.4.2.1 利用方式
城市热岛改变了城市热环境,影响区域气候、城市水文、空气质量、城市土壤理化性质、城市生物的分布与行为以及诸多城市生态过程如物质代谢、能量循环等,引发出一系列生态环境问题。因此,通过控制城市热岛效应,可以从一定程度上缓解城市污染,有利于城市生态系统健康发展。
从目前的研究来看,城市热岛的缓减措施可以分为四类,即增加表面反照率(屋顶、路面等)、增加植被覆盖(屋顶绿化、城市公园、街道绿化等)、减少人为热量的释放(空调、小汽车等)、优化城市结构和土地利用(城市规划和城市设计、建筑设计等)。
3.4.2.2 规划控制
在城市总体规划中主要通过增加控制城市热岛效应指标进行指标控制,同时在城市绿地、环境治理方面提出相应的对策措施。
详细规划中通过CFD软件模拟城市热岛效应程度,对城市设计形态进行反馈,调整城市建筑朝向、建筑形体、建筑密度、建筑高度等,并对缓解热岛效应的措施如增加立体绿化等提出具体的用地控制,进一步完善规划设计方案,同时,增强规划的科学性和前瞻性。
4、结语
对处于快速发展阶段的中国而言,建设低碳生态城市一定要强调规划先行,城市规划与建设实践证明,低碳生态技术在缓解快速城市化过程所带来的诸多生态问题中发挥了举足轻重的作用,但生态技术与城市规划的融合尚处于探索阶段。
本文从生态建设的角度探讨了低碳生态技术在城市规划中的应用,但城市建设是系统性、全面性的工作,因此,低碳生态城市的建设绝不仅仅是某个方面一两项低碳生态技术的简单应用,而应更加注意城市建设的各个方面。仇保兴等提出低碳生态城市应用技术领域分为“产业、规划、能源、水资源、交通、废弃物、建筑、生态与环境”等八个方面,更加全面的总结了城市建设各个方面能利用的低碳生态技术。
在低碳生态技术的应用中,应看到每项技术的适用性,这点对目前中国城市的发展现状而言尤为重要。不同的城市应根据自己的发展阶段、经济基础、气候特点、人文习俗等情况,因地制宜,寻求适宜的低碳生态道路并采取相应的技术措施,将低碳生态技术落实到城市建设和改善民生的实际层面,而不是盲目的跟风和示范。
 
【注释】
①《绿色建筑评价标准》用于评价住宅建筑和办公建筑、商场、宾馆等公共建筑。《标准》的评价指标体系包括以下六大指标: 1)节地与室外环境;2)节能与能源利用;3)节水与水资源利用;4)节材与材料资源利用;5)室内环境质量;6)运营管理(住宅建筑)、全生命周期综合性能(公共建筑)。绿色建筑划分为一星级、二星级、三星级三个等级(三星级级别最高)。
②雨水利用占总用水量的比例指地块内以雨水作为水源的用水量占总用水量的比例,计算方法为:
 
③硬质地面透水面积比例指硬质地面中透水地面所占面积的比例,可将其作为控制性指标。透水地面包括自然裸露地面、透水铺装地面及镂空面积大于等于40%的镂空铺地。
 
 
【参考文献】
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