胡建麗 許硯梅
中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院 湖南 長沙 410075
為應(yīng)對氣候變化問題,中國提出于2030年之前實現(xiàn)“碳達峰”,2060年之前實現(xiàn)“碳中和”的戰(zhàn)略目標(以下簡稱“雙碳”戰(zhàn)略)。城市內(nèi)聚集各類經(jīng)濟社會活動,其運行過程中產(chǎn)生大量碳排放,是碳排放的高度集中地。控制性詳細規(guī)劃(以下簡稱控規(guī))對具體地塊用途和開發(fā)強度等做出的實施性安排,控規(guī)方案一旦確定并實施,便決定了城市內(nèi)各項活動的碳排放情況。
目前我國控規(guī)存在“重編制”而“輕實施”的問題。國內(nèi)外在規(guī)劃實施評估領(lǐng)域已取得一定的研究成果[1-2],但基于特定領(lǐng)域、特定目標的控規(guī)實施評估尚未進行深入探索。國內(nèi)低碳控規(guī)領(lǐng)域研究側(cè)重于編制階段,將低碳要素融入控規(guī)指標體系[3-4],評估不同展情景對碳排放的影響,成果主要應(yīng)用于城市或新區(qū)規(guī)劃的前期階段。在后續(xù)的實施階段,對控規(guī)方案的碳排放、吸收及減排潛力缺乏追蹤與監(jiān)測。本文構(gòu)建碳評估模型以量化各碳相關(guān)指標的實施效益,以期為存量用地的低碳生態(tài)發(fā)展和國土空間規(guī)劃的編制和優(yōu)化提供依據(jù)和建議。
鵝秀組團位于長沙市開福區(qū)金霞經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū),規(guī)劃構(gòu)筑一個以生活居住、商貿(mào)、辦公、休閑旅游等多功能相結(jié)合的綜合型社區(qū)。本次評估范圍北至三環(huán)繞城線,東至芙蓉北路,南至北二環(huán),西至湘江。該片區(qū)于2015年完成控規(guī)編制,2021年啟動規(guī)劃實施評估。評估涉及城鄉(xiāng)總用地面積為557.94 ha,人口110 362人。如圖1,現(xiàn)狀城市建設(shè)用地面積442.74 ha,占比79.35%;城市非建設(shè)用地面積為115.20 ha,占比20.65%,包括水域和農(nóng)林用地。
圖1 土地利用現(xiàn)狀圖
(1) 控規(guī)指標與碳排放
控規(guī)碳排放的來源分為四個板塊:一次性建設(shè)碳排放、工業(yè)碳排放、建筑碳排放和交通碳排放。一次性建設(shè)碳排放量即進行各項建設(shè)工程所產(chǎn)生的碳排放總量;工業(yè)碳排放量指工業(yè)部門生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)時所產(chǎn)生的碳排放量;建筑碳排放量指發(fā)生在城市各類建筑內(nèi)的各項生產(chǎn)生活活動時所產(chǎn)生的碳排放量;交通碳排放量指各項交通工具在使用過程中產(chǎn)生的碳排放量。由于一次性建設(shè)碳排量數(shù)據(jù)獲取受限且對存量用地的碳排放優(yōu)化不具有參考意義,本文不將其納入研究范圍。
(2)控規(guī)指標與碳吸收
綠地對實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略具有重要作用,綠地率是衡量碳匯能力的核心指標。植物的光合作用、蒸騰作用、蒸散作用、隔離阻擋等可以直接實現(xiàn)固碳釋氧、緩解熱島效應(yīng)、減少建筑能耗等生態(tài)效益;其合理布局可以引導(dǎo)綠色交通的發(fā)展、海綿城市的建設(shè)、碳中和知識的宣傳等,間接實現(xiàn)“節(jié)能減排”。
本文應(yīng)用定量分析方法,構(gòu)建模型以測算累計年均碳排放量。該方法的核心在于碳排放指標的界定、權(quán)重確定和碳排放評估模型的構(gòu)建[5]。指標體系構(gòu)建、權(quán)重確定、指標賦值以及綜合計量是進行復(fù)雜的評估模型計算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
(1)碳排放總量
主要包括工業(yè)碳排放、建筑碳排放、交通碳排放三部分,計算公式如(1)。其中,工業(yè)碳排放包括能源消耗碳排放和工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放兩部分:能源消耗碳排放即各類富含碳元素燃燒的過程,由原料數(shù)量和碳排放因子決定;工業(yè)生產(chǎn)碳排放是生產(chǎn)過程中的化學(xué)或物理反應(yīng)產(chǎn)生的溫室氣體排放。受限于數(shù)據(jù)獲取,本次評估中根據(jù)單位工業(yè)用地碳排放量來統(tǒng)計控規(guī)地塊內(nèi)的生產(chǎn)碳排放量,計算公式如(2)。建筑碳排放分為居住建筑碳排放和公共建筑碳排放兩大類,公共建筑又包括行政辦公、商務(wù)辦公、商場設(shè)施、文化設(shè)施、醫(yī)療衛(wèi)生、教育設(shè)施、綜合建筑以及其他建筑八小類,均以單位建筑面積碳排放量來統(tǒng)計控規(guī)地塊內(nèi)的生產(chǎn)碳排放量,計算公式如(3)。交通碳排放分為居民出行公共交通碳排放量和個人交通碳排放量兩類。由于居民使用自行車、電動車以及步行出行產(chǎn)是零碳排放行動,本次居民交通出行中主要研究小汽車、公交車出行,計算公式如(4)。
式中,Ce、Cp、Ca、Ct分別為碳排放總量、工業(yè)碳排放量、建筑碳排放量和交通碳排放量,單位tCO2/a;
Cpn為單位工業(yè)用地碳排放量,單位tCO2/(m2·a),Sp為工業(yè)用地總量,單位m2;Ch和Cb分別為居住和公共建筑碳排放總量,Chn為單位居住建筑碳排放量,Sh為居住建筑面積,Cbi為第i類公共建筑碳排放量,Cbin為第i類公共建筑單位面積碳排放量,Sbi為第i類公共建筑面積;Ch、Cb和Cbi單位tCO2/a,Chn和Cbin單位為tCO2/(m2·a),Sh和Sbi的單位為m2;Cta為小汽車碳排放量,Ctb為公交車碳排放量,單位均為tCO2/a;
(2)碳匯總量
本次評估將以水域、草地、灌木以及喬木作為評估重點,計算公式為:
式中,Cg、Cga、Cgb、Cgc、Cgd分別為綠地、草地碳匯量、喬灌草、林地碳匯量、水域碳匯量,單位均為tCO2/a;Cai、Cbi、Cci、Cai分別為草地、喬灌草、林地、水域碳匯強度,單位tCO2/(m2·a);Sj、Sl、Sw分別為建設(shè)用地、林地和水域面積,單位m2;l為綠地率,la為綠地中草地面積占比。
碳排放總量合計Ce=88169tCO2/a。工業(yè)領(lǐng)域,以長沙市第六水廠為集中碳排放源,根據(jù)其生產(chǎn)規(guī)模及單位生產(chǎn)每噸水的碳排放量得出該區(qū)工業(yè)碳排放量約為7081tCO2/a。建筑領(lǐng)域,中國建筑節(jié)能協(xié)會發(fā)布的中國建筑能耗研究報告2020顯示,2018年夏熱冬冷地區(qū)城鎮(zhèn)居住建筑能耗強度的平均值為12.38kgce/(m2·a),碳排放強度為0.029tCO2/㎡·a[6]。該區(qū)居住建筑總面積為3.063×106㎡,則總碳排放量約為88827tCO2/a;根據(jù)近四年長沙市各類型公共建筑能耗水平,取公共建筑碳排放強度為0.060tCO2/㎡·a,則公共建筑總碳排放量約為972tCO2/a;合計Ca=89799tCO2/a。交通領(lǐng)域,根據(jù)實地調(diào)研及文獻數(shù)據(jù)[7],計算得出居民使用各類碳排放交通工具出行的碳排放量,其中小汽車碳排放量為28370tCO2/a,公交車碳排放量為6566tCO2/a,合計Ct=34936tCO2/a。
不同植物配置方式的綠地碳匯能力不同,林地和水域最強,喬灌草其次,草地最弱,如表1所示。研究區(qū)范圍內(nèi),草地碳匯量為244.35tCO2/a,灌草綠地碳匯量為1300.5tCO2/a,林地碳匯量為23670tCO2/a,水域碳匯為39.84tCO2/a,合計Cg=-25254.69tCO2/a。
表1 綠地碳吸收相關(guān)指標
引入碳排放強度P(碳排放強度=碳排放總量/用地面積)和碳吸收強度Q(碳吸收強度=碳吸收總量/用地面積)以圖示各地塊碳統(tǒng)計情況,P和Q的單位均為tCO2/㎡·a。如圖2、3、4所示,中部的鵝羊山公園和西側(cè)湘江風(fēng)光帶凈碳排放強度低于-0.015tCO2/㎡·a,碳排放量低于吸收量;北部的教育設(shè)施用地和中部的湘江壹號別墅區(qū)凈碳排放強度約為0tCO2/㎡·a,基本實現(xiàn)碳中和,說明豐富的植被綠地可以實現(xiàn)地塊內(nèi)部的碳中和作用;其余地塊碳排放量均大于碳吸收量,尤其是北部入住率高的小區(qū),中部的沿芙蓉北路商業(yè)區(qū)和南部的安置小區(qū)及高層住宅區(qū)。
圖2 綠地碳吸收強度示意圖
圖3 總碳排放強度示意圖
圖4 凈碳排放強度示意圖
3.4.1 片區(qū)層面:功能修補+綠色交通
功能修補:即“查缺補漏”,征集多方訴求,完善和升級住區(qū)各項配套服務(wù),比如加快公共停車場的建設(shè)、在一定范圍內(nèi)建設(shè)一定等級的休閑、商業(yè)綜合體等;建設(shè)集安全性、舒適性、多樣性、趣味性于一體的的公共空間可以滿足不同人群的需求,增加居民集體活動時間,增進鄰里關(guān)系從而減少家庭室內(nèi)活動和碳排放量。
綠色交通:引導(dǎo)綠色交通、減少交通碳排放的重點在于交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化,即“步行優(yōu)先”、提高公共交通出行比例和限制私家車的出行。建設(shè)慢行系統(tǒng)是“步行優(yōu)先”的重要措施,以安全的、連續(xù)的、多功能的、環(huán)境適宜的步行空間將城市的各類服務(wù)設(shè)施有機地串聯(lián)起來,使街道回歸市民。發(fā)展公共交通、建設(shè)公交優(yōu)先和高效便捷的換乘系統(tǒng)以便于公共交通與其他交通的銜接是減少碳排放的重要措施。
3.4.2 住區(qū)層面:海綿住區(qū)+綠色能源
住區(qū)更新在控規(guī)的低碳改造中具有很大的潛力,但也存在相關(guān)利益主體較多,組織協(xié)調(diào)不易的問題。本文提出建設(shè)建設(shè)海棉住區(qū)和發(fā)展綠色能源兩條優(yōu)化策略。海綿住區(qū)的建設(shè)是緩解熱島效應(yīng),改善局部微氣候和減少建筑能耗的重要途徑。采用低影響開發(fā)的建設(shè)技術(shù),如透水鋪裝、綠色屋頂、滲透溝渠、生態(tài)堤岸等,建設(shè)具有“吸”、“放”功能的住區(qū);綠色能源層面,較為成熟的新技術(shù)包括屋頂太陽能板、風(fēng)能設(shè)施等對可再生資源利用,以及新型建筑節(jié)能材料使用等。在未來的建筑改造中,利用新技術(shù)將其改造為正能建筑;新建建筑以建設(shè)零碳建筑為目標,即通過太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)作為核心能源實現(xiàn)“零能耗”,收集雨水、循環(huán)利用自來水實現(xiàn)“零廢水”,利用有機垃圾進行生物質(zhì)發(fā)電、改造為建筑材料實現(xiàn)“零廢物”等。
3.4.3 綠地層面:低碳建設(shè)+綠色管理
該區(qū)域區(qū)域的控規(guī)實施中,綠地的設(shè)計、建造和管理都存在諸多問題:在設(shè)計過程中,重視人文景觀設(shè)計,過分追求其觀賞性、復(fù)雜性而忽略其自然性、生態(tài)性;在物種的選擇上,追求名貴物種的栽培和外來物種的引進而忽略其適應(yīng)性、經(jīng)濟性;在建造階段,地形的調(diào)整、材料的運輸、栽培灌溉等整個施工階段都造成大量的碳排放。綠植布局方面,宜“見縫插綠”地將綠地布局在居住小區(qū)內(nèi)部,推行立體綠化,打造兼具美觀和生態(tài)作用的垂直景觀;物種選擇方面,合理選材,科學(xué)搭配不同類型、年齡的樹種,豐富植物種類和層次,提升綠地的碳匯能力;技術(shù)方面,推廣低碳節(jié)能節(jié)水技術(shù)、廢棄物循環(huán)利用等。
以長沙市鵝秀組團為例,通過構(gòu)建碳排放評估模型,對工業(yè)、建筑和交通三大領(lǐng)域的碳排放和綠地的碳吸收量進行統(tǒng)計。結(jié)果顯示建筑和交通是該區(qū)兩大碳源,探索高密度居住功能區(qū)的低碳措施和優(yōu)化交通出行結(jié)構(gòu)是該區(qū)控規(guī)低碳優(yōu)化的重要策略,穩(wěn)步增長綠地的碳匯量具有良好的碳中和效果。
針對實施率較高的控規(guī)方案,從片區(qū)、住區(qū)和綠地層面提出優(yōu)化策略。片區(qū)層面:規(guī)劃功能復(fù)合的用地類型、打造多樣化的公共空間,加快高質(zhì)量慢行系統(tǒng)和公共交通系統(tǒng)的建設(shè),積極引導(dǎo)居民低碳出行;住區(qū)層面:建設(shè)海綿住區(qū),緩解熱島效應(yīng),調(diào)節(jié)局部微氣候,推廣綠色能源的使用。綠地層面:把握綠地的核心碳匯作用,將“碳中和”理念貫穿綠地規(guī)劃、建造、管理全生命周期。