城市更新中的綠色低碳策略研究

■ 武漢東研智慧設(shè)計(jì)研究院有限公司 朱愷群

氣候變化是人類(lèi)當(dāng)下面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。為應(yīng)對(duì)氣候變化，2020年9月，國(guó)家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上發(fā)表重要講話(huà)：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。”隨后，國(guó)務(wù)院以及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部委相繼印發(fā)出臺(tái)了一系列指導(dǎo)意見(jiàn)和行動(dòng)方案。與此同時(shí)，各地政府也紛紛出臺(tái)了相應(yīng)的地方碳中和行動(dòng)計(jì)劃等。

近30年來(lái)的經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，使我國(guó)的城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城市建設(shè)日新月異。隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展到一定階段，城市建設(shè)從快速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)為高質(zhì)量低速增長(zhǎng)和城市更新階段。在國(guó)家“雙碳”政策背景下，國(guó)家發(fā)展改革委2022年印發(fā)《“十四五”新型城鎮(zhèn)化實(shí)施方案》，其中明確：有序推進(jìn)城市更新改造，重點(diǎn)在老城區(qū)推進(jìn)以老舊小區(qū)、老舊廠區(qū)、老舊街區(qū)、城中村等“三區(qū)一村”改造為主要內(nèi)容的城市更新改造，探索政府引導(dǎo)、市場(chǎng)運(yùn)作、公眾參與模式。開(kāi)展老舊小區(qū)改造，推進(jìn)水電路氣信等配套設(shè)施建設(shè)及小區(qū)內(nèi)建筑物屋面、外墻、樓梯等公共部位維修，促進(jìn)公共設(shè)施和建筑節(jié)能改造，有條件的加裝電梯，打通消防通道，統(tǒng)籌建設(shè)電動(dòng)自行車(chē)充電設(shè)施，改善居民基本居住條件?；就瓿纱蟪鞘欣吓f廠區(qū)改造，推動(dòng)一批大型老舊街區(qū)發(fā)展成為新型文旅商業(yè)消費(fèi)集聚區(qū)，因地制宜將一批城中村改造為城市社區(qū)或其他空間。注重改造活化既有建筑，防止大拆大建，防止隨意拆除老建筑、搬遷居民、砍伐老樹(shù)。

現(xiàn)狀分析

2020年，我國(guó)年總碳排放量已超100億噸，居全球最高，主要碳排領(lǐng)域聚焦于工業(yè)、建筑、交通和電力四大領(lǐng)域。建筑全生命周期碳排放量約為49.97億噸，占全國(guó)碳排放總量的比重為50.6%左右；建筑運(yùn)行階段碳排放量占建筑全生命周期總量42.8%，占全國(guó)碳排放總量的比重為21.6%。由此可見(jiàn)，城市更新中的建筑運(yùn)行減排設(shè)計(jì)將成為我國(guó)碳中和目標(biāo)是否達(dá)成的重要因素。

我國(guó)在1980年就提出建筑節(jié)能設(shè)計(jì)概念，對(duì)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能提出了一定要求，盡管當(dāng)時(shí)的熱工性能要求很低，但在實(shí)際建造過(guò)程中節(jié)能落地的項(xiàng)目卻寥寥無(wú)幾，目前城市中現(xiàn)存的上世紀(jì)90年代及以前的老建筑大多未進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)及施工，窗戶(hù)大多還是普通鋁合金窗框及單層玻璃，氣密性更是無(wú)從談起，導(dǎo)致空調(diào)和采暖能耗提高，使用的舒適度大大降低。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著國(guó)際能源危機(jī)的不斷加劇，自2005年起，我國(guó)進(jìn)入了綠色設(shè)計(jì)和建設(shè)的新時(shí)代，在原有節(jié)能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步全方位提升建筑各類(lèi)性能，從原來(lái)的四節(jié)一環(huán)保到現(xiàn)在的安全、健康、便利、宜居和節(jié)約資源，旨在減少資源和能源的消耗，提升使用舒適度。然而，綠色設(shè)計(jì)真正普遍走近設(shè)計(jì)師和業(yè)主是2015年，滯后規(guī)范發(fā)布近十年。此后，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出大量的綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)項(xiàng)目，但實(shí)際上這些項(xiàng)目?jī)H僅在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)過(guò)程中展示了大量的綠色減排技術(shù)措施，在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中因?yàn)槿狈ΡO(jiān)管和驗(yàn)收機(jī)制，或因?yàn)榻ㄔ斐杀尽⒐て诘仍?，并未?shí)現(xiàn)真正意義上的綠色。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)取得綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)的項(xiàng)目中只有不到5%的建筑進(jìn)行了后續(xù)的運(yùn)行評(píng)價(jià)，絕大部分都止步于設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)，綠色設(shè)計(jì)的初衷達(dá)成效果不佳。

2020年，新的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施，并取消了原有的綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)。2022年，適用于新時(shí)代的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》出臺(tái)，規(guī)范中明確要求新建居住建筑和公共建筑平均設(shè)計(jì)能耗水平在2016年執(zhí)行的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上分別降低30%和20%，碳排放強(qiáng)度降低40%，碳排放強(qiáng)度平均降低7kgCO2/（m2·a）以上。

綠色低碳背景下的城市更新思考

隨著城鎮(zhèn)化率的不斷攀升，我國(guó)城市建筑能耗在建筑能耗中占比越來(lái)越高，能耗強(qiáng)度呈持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，城市中的建筑運(yùn)行能耗是目前城市建筑碳排放的主要來(lái)源，且以電力的間接排放和化石燃料燃燒的直接排放為主。有數(shù)據(jù)顯示，目前公共建筑運(yùn)行階段能耗總量需求仍然呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，建筑領(lǐng)域面臨著巨大的碳達(dá)峰壓力。

進(jìn)入后疫情時(shí)代，我國(guó)的城市建設(shè)漸漸趨于飽和，建筑碳減排的著力點(diǎn)將是城市綠色低碳更新，城市更新過(guò)程需要通過(guò)“開(kāi)源節(jié)流”來(lái)實(shí)現(xiàn)“碳雙控”“碳達(dá)峰”及“碳中和”。開(kāi)源是盡量利用清潔能源替代傳統(tǒng)火電和化石燃料，減少能源供給側(cè)碳排放；節(jié)流是提高用能系統(tǒng)能效、減少用能需求，減少能源消耗側(cè)碳排放。

在“開(kāi)源節(jié)流”的指導(dǎo)思想下，城市綠色低碳更新可以從以下幾個(gè)角度開(kāi)展工作：

新環(huán)境

低碳城市更新過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重保留并充分利用原有建筑和設(shè)施，避免大拆大建而產(chǎn)生大量碳排放，營(yíng)造便捷舒適的城市環(huán)境。運(yùn)用自然景觀元素作為建筑不可分割的部分，景觀元素不僅美觀，而且是最具可持續(xù)性的可再生能源之一。在有條件的區(qū)域應(yīng)設(shè)置風(fēng)光互補(bǔ)光伏高桿路燈設(shè)施，實(shí)現(xiàn)環(huán)境照明零能耗。

綠化景觀元素優(yōu)先選擇喬灌草復(fù)層綠化，景觀元素中的喬木和水景可有效調(diào)節(jié)建筑周?chē)男夂?，緩解城市的熱島效應(yīng)，良好的環(huán)境設(shè)計(jì)可在夏季降低建筑室外溫度1—2度，從而一定程度上減少建筑內(nèi)的能耗，并提高使用的舒適度。

環(huán)境營(yíng)造中還可適當(dāng)增加健身設(shè)施和健身跑道，增強(qiáng)鄰里間的溝通交流，提高市民對(duì)城市和社區(qū)的認(rèn)同感和歸屬感。城市更新中還應(yīng)充分考慮環(huán)境海綿設(shè)施的建設(shè)，結(jié)合使用特點(diǎn)合理設(shè)置透水鋪裝、下凹綠地、雨水花園等設(shè)施。

新格局

我國(guó)傳統(tǒng)城市空間規(guī)劃模式一般為400米—500米，甚至更大的城市主、次干道間距構(gòu)建城市骨架，具有道路紅線較寬、路網(wǎng)密度低、道路間距較大、街區(qū)尺度較大、街區(qū)內(nèi)部道路系統(tǒng)相對(duì)封閉等特點(diǎn)，導(dǎo)致從城市一個(gè)區(qū)域到達(dá)另一個(gè)區(qū)域需要無(wú)端繞行，交通成本和時(shí)間成本上升，從而也導(dǎo)致交通碳排放量的增加。

城市更新中應(yīng)秉持綠色低碳的規(guī)劃理念，“小街區(qū)、密路網(wǎng)”規(guī)劃模式是新城市主義的規(guī)劃模式，將城市道路間距控制在250米以?xún)?nèi)，提高城市路網(wǎng)密度，減小單元街區(qū)的面積，提高城市內(nèi)部通行能力，減少城市內(nèi)部交通碳排放量。此外，“小街區(qū)、密路網(wǎng)”模式還增加了街道公共活動(dòng)區(qū)域，對(duì)提高生活品質(zhì)、商業(yè)氛圍和土地價(jià)值具有明顯優(yōu)勢(shì)。

新建筑

圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能直接影響建筑的能耗，現(xiàn)行《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》明確要求，新建居住建筑和公共建筑平均設(shè)計(jì)能耗水平在2016年執(zhí)行的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上分別降低30%和20%。相比較早起的建筑，節(jié)能率提高的幅度更大。因此，2016年前建設(shè)的建筑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能升級(jí)空間巨大。

建筑屋面是能耗損失的重要部位，城市更新改造中應(yīng)統(tǒng)籌性能及經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)保溫厚度，以巖棉為例，150毫米以上厚度對(duì)能耗的減少貢獻(xiàn)微弱，可將厚度控制在此范圍以?xún)?nèi)。建筑外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積最大的區(qū)域，也是能耗損失的主要部位，以夏熱冬冷地區(qū)為例，基于外墻保溫一體化、熱工性、防火性、安全性等多重要求，多采用內(nèi)外保溫組合或外墻與保溫一體化設(shè)計(jì)，但對(duì)于城市更新設(shè)計(jì)中的建筑，考慮到施工的可實(shí)施性，建議采用外保溫與裝飾一體化保溫系統(tǒng)，以巖棉板保溫材料為例，30毫米以上的厚度對(duì)能耗的減少貢獻(xiàn)微弱，可將厚度控制在此范圍以?xún)?nèi)。

外門(mén)窗是建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)，而窗框又是窗戶(hù)的冷橋部位，相比玻璃的能耗損失更加明顯。例如，常規(guī)中空玻璃6毫米透明+12毫米空氣+6透明的玻璃傳熱系數(shù)一般為2.8W/(m2·K），而非隔熱金屬型材窗框傳熱系數(shù)為10.8W/(m2·K），就算是隔熱金屬型材多腔密封窗框的傳熱系數(shù)也高達(dá)5W/(m2·K），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玻璃本身的傳熱系數(shù)。城市更新改造中應(yīng)重視窗框型材的選擇和窗戶(hù)氣密性的等級(jí)。在考慮自然采光節(jié)能的同時(shí)，綜合考慮因開(kāi)設(shè)大面積的窗戶(hù)而帶來(lái)的空調(diào)能耗的損失。

空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)能耗產(chǎn)生的間接排放是建筑運(yùn)行階段的主要排放點(diǎn)。以集中空調(diào)系統(tǒng)為例，根據(jù)2015年版《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，計(jì)算典型制冷機(jī)房系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效比為4.13，但根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行能效往往達(dá)不到設(shè)計(jì)值要求，一般為3.0—3.5左右。如果制冷機(jī)房能效比由4.13提高到5.5，且優(yōu)化末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如采用可變風(fēng)量設(shè)備、新風(fēng)熱回收等措施，則空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率可達(dá)34.11%以上，建筑總能耗節(jié)能率可在20.81%左右。由此可見(jiàn)，高效空調(diào)系統(tǒng)對(duì)建筑運(yùn)行節(jié)能減排貢獻(xiàn)巨大。

城市更新中的建筑改造應(yīng)重視空調(diào)系統(tǒng)的升級(jí)，在平衡經(jīng)濟(jì)性、可操作性及節(jié)能性的情況下，酌情逐步淘汰落后低效的空調(diào)系統(tǒng)，從而減少建筑運(yùn)行階段碳排放。

照明及電梯系統(tǒng)

照明節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)建筑運(yùn)行碳減排貢獻(xiàn)較大，以某高層辦公樓建筑為例，照明能耗占比約30%左右，電梯能耗占比約6%。根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034—2013），普通辦公室照明密度功率現(xiàn)行值為9W/m2,當(dāng)照明功率密度值降為6W/m2時(shí)，可較標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能約33%，《室內(nèi)照明用LED產(chǎn)品能效限定值及能效等級(jí)》（GB30255—2019）中LED燈具的能效限定值為3級(jí)，節(jié)能評(píng)價(jià)值為2級(jí)，采用市場(chǎng)上LED最高光效的節(jié)能燈具（光效為140Lm/W）,可較標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能約42.9%。當(dāng)照明系統(tǒng)采用智慧照明系統(tǒng)，如定時(shí)策略控制、自然光照度控制、分區(qū)照明控制等措施，最大節(jié)能率可在20%—30%范圍內(nèi)。通過(guò)以上所有措施，照明系統(tǒng)能耗整體降低50%左右，對(duì)建筑綜合節(jié)能率貢獻(xiàn)15.5%左右，減排效果突出。

電梯節(jié)能一般通過(guò)選用節(jié)能型電梯、安裝能量回饋裝置、采用群控與變頻調(diào)速等措施可實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)能耗減低50%左右，對(duì)建筑綜合節(jié)能率貢獻(xiàn)3%左右。

城市更新改造中應(yīng)當(dāng)重視對(duì)照明系統(tǒng)和電梯系統(tǒng)的節(jié)能升級(jí)改造，結(jié)合建筑的使用特點(diǎn)和人群的特定需求，有針對(duì)性地開(kāi)展更新工作，避免一概而論的大拆大改，避免造成二次浪費(fèi)，增加碳排放。

智慧能源管理系統(tǒng)

在過(guò)去的幾十年內(nèi)，我們建設(shè)了大量的建筑，但這些建筑大多是“失控”的，缺乏能耗的可看性和可控性，從而造成能耗的無(wú)限浪費(fèi)。智慧運(yùn)維系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、能耗分析、能耗對(duì)標(biāo)以及能耗管理，讓建筑能耗可看、可控。用戶(hù)還可通過(guò)室內(nèi)環(huán)境感知與自主行為調(diào)節(jié)，大大提高使用的舒適度。根據(jù)某高層辦公樓項(xiàng)目的智慧能源管理系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)建筑綜合節(jié)能10%—30%。

城市更新過(guò)程中，在評(píng)估經(jīng)濟(jì)性和可操作性的前提下，我們應(yīng)盡可能讓建筑的能耗看得見(jiàn)、控得了，并能接入智慧城市系統(tǒng)，讓整個(gè)城市的能耗看得見(jiàn)、控得了，為城市碳中和提供數(shù)據(jù)依據(jù)和實(shí)施抓手。

新能源

碳中和的過(guò)程除了提高建筑能效外還應(yīng)當(dāng)積極尋求綠色低碳的可再生能源的應(yīng)用。2021年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》中，將能源綠色低碳轉(zhuǎn)型作為最重要的行動(dòng)方案之一，積極發(fā)展風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、水電等，加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)。

城市里大大小小的建筑除了是消耗能源的個(gè)體外，還可以是一個(gè)個(gè)小型發(fā)電廠，所有的建筑屋面在負(fù)荷滿(mǎn)足、日照條件滿(mǎn)足的情況下均可以增設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的BAPV系統(tǒng)屋面一般需要預(yù)留荷載30kg/m2，而近些年應(yīng)用較多的BIPV建筑光伏一體化系統(tǒng)，屋面荷載只需要預(yù)留15kg/m2左右，相較傳統(tǒng)模式，同面積的屋面光伏板面積更大、發(fā)光效率更高、荷載更輕。城市停車(chē)場(chǎng)也可以通過(guò)設(shè)置光儲(chǔ)充一體化光伏停車(chē)棚，為新能源汽車(chē)提供綠色電能。

城市更新中除了光伏發(fā)電外，在城市資源和建筑條件允許的情況下，還可以增設(shè)地源水源熱泵系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)、風(fēng)能氫能系統(tǒng)等。

結(jié)語(yǔ)

在城市發(fā)展的新常態(tài)下，城市更新中合理地對(duì)城市環(huán)境和格局進(jìn)行調(diào)整，可以有效盤(pán)活城市灰空間，提升市民生活便利性，減少城市二氧化碳的排放量。通過(guò)對(duì)建筑的節(jié)能升級(jí)改造并尋求可再生能源的應(yīng)用，從能源使用側(cè)和供給側(cè)雙向減少碳排放，助力中國(guó)達(dá)成2060年碳中和的目標(biāo)。