浙江省城乡规划设计研究院 浙江 杭州 310030
【摘 要】随着国家绿色节能战略的推进，零碳社区的建设日益增加，本文试图通过对规划案例的数字化分析，探索零碳社区建设的技术路径。通过经济效益分析、社会效益分析，评估零碳社区建设是否存在社会自觉推进的动力。希望通过集合社区规划、能源需求分析、本地化可再生能源产能分析的系统工程，摸索以减排、节能、绿色为目标的专项规划研究方法；试图通过小型社区的规划研究，探索未来社会低碳建设、甚至零碳建设的前景。
【关键词】零碳社区；绿色节能；可再生能源；低碳策略
随着石油危机，资源枯竭的加剧，低碳、节能、环保的建筑理念开始逐步的进入到人们的视野中。我国于2005年以来，出台了一系列的低碳政策为低碳经济的发展奠定了基础，同时推进绿色节能战略，鼓励新能源的研究利用。在2015将有2650万吨标煤的建筑能耗被新能源取代，我国建筑新能源使用率在2020将升至12.06%。零碳社区概念最早于英国兴起，我国对于零碳社区的探索也在日益增加，本文将围绕零碳社区的案例分析，探索零碳社区的发展现状以及发展未来。
一、零碳社区目标体系简介
零碳社区是指在一个社区的全生命周期过程中，使用低碳技术。低碳技术，循环利用等方式形成一条完善的碳循环链，从而达到零碳排放，符合可持续发展。低碳技术主要措施包括被动式太阳能设计，节能电器，高品质的绝热材料结合利用可再生能源，减少能源的消耗及碳的排放并希望由此开启绿色节能的新型生活方式。同时，零碳社区不仅可以自己自主，多余的电力可以通过并网手段，送回电网，还能为当地的电网减压。
二、能源生产系统的种类以及在小型零碳社区中的适应性分析
能源的种类十分多样，自然界存在的天然能源被称为一次能源，其中又可以分为可再生能源及非可再生能源。传统能源例如煤，石油和天然气等均为非可再生能源，在被转化利用后排放出大量的温室气体，且总量有限无法再生。我国大部分地区依然大量依靠非可再生能源，通过燃烧，焚烧等方式将石油、煤炭等燃料中的化学能转化成电能，然后通过电网系统输送到用户端。整个过程中消耗大量的非可再生能源，且同时释放大量的温室气体和污染物。这于零碳社区的目的显然不符。而可再生能源，指在人类有生之年可以自然的补充，不会耗尽的能源，例如太阳能、水能、风能、生物质能等。大部分的可再生能源可以清洁环保的转化成为电力或者热能从而被人类利用，不产生污染。零碳社区强调尽可能的减少碳足迹，鼓励使用可再生能源替代传统能源。
太阳能，风能广泛存在于我国，资源丰富是非常理想的可再生能源。我国近几年在风能，太阳能及水利发电的发展上取得很大的进步。很多系统安装简便；可以独立使用也可以并入当地电网，十分灵活，非常适合用于中小型的零碳社区。中国是全球光伏发电装量增长最快的国家。光伏发电即利用光生伏特效应原理将太阳能转化成电能。只需通过在阳光辐射充足的建筑物表面或社区空地设置光伏太阳能，即可在日照充足的时间为社区提供绿色的电力。光伏系统主要包括独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及分布式光伏发电系统，可以按照不同的需求设计安装。太阳能热水系统已经在我国很多地方得到推广，在阳光充足的时段即可提供足够的热水。
风能在我国东南沿海地区十分丰富，初期多用于大型发电。在20世纪初期，小型风力发电机的生产初现成果，为我国沿海农村实现电气化奠定了基础。现今，小型风力发电机的选择更为自由，功率从50W到500W甚至10KW不等，完全可以满足不同的零碳社区使用。此外，近年来生物质能，空气源热泵，地源热泵技术等技术也取得了进步。
三、零碳社区案例分析
1英国贝丁顿生态村（BedZED零能耗之村）
英国贝丁顿生态村（BedZED零能耗之村）是最具有影响的零碳社区之一，其设计目标旨在将贝丁顿生态村建成一个“零化石能耗发展社区”，即整个小区只使用可再生资源产生满足居民生活所需的能源，它尤为强调对阳光、废水、空气和木材的可循环利用，不向大气释放二氧化碳，其目的是向人们展示一种在城市环境中实现可持续居住的解决方案以及减少能源、水和汽车使用率的各种良策。整个社区结合了零采暖技术采用了生物能和太阳能发电。通过优化建筑的朝向，设计及围护结构的设计来实现居民的保暖需求。同时设计者鼓励居民尽使用电动汽车来减少对于石油燃料的依赖。社区内来源于屋顶等的雨水通过回收处理可供绿化浇灌，卫生间冲水等的2次利用。
2哈马比低碳社区
而斯德哥尔摩哈马比低碳社区占地1.8平方公里，为2.5万居民提供1.1万套住所，为另外一万人提供工作场所，他的设计目标是在相对封闭生态模式下，通过本土生产消费及对公民的环境意识进行灌输，100%的利用可持续能源[5]。其低碳策略包括了地下垃圾抽吸系统，沼气和太阳能光伏以及全民参与等方式。
3海盐零碳社区
以海盐零碳街区为例，本项目年总能耗在488万KWh左右。若在其屋面设置约10000平方米太阳能光伏板，则可提供150万KWh/年的电力；在其中心花园区域加设一台50KW风力发电机可可以提供35万KWh/年的电力；其余部分可以通过200KW生物质能发电厂提供，并在太阳能，风能不能实现的时段为本项目提供所需的能源。社区内还设置了重力发电地砖，人力发电健身器等设备为社区的夜间道路照明等。4个案例根据自身不同的生态及环境条件合理的利用了零碳科技有效的改善了能源配置以及人们的生活方式。
四、零碳社区与传统社区建设的差异
随着人口的快速增长，新的社区也随之增长。低碳甚至零碳社区将成为发展的主流。相比较于传统社区，零碳社区拥有如下四个显著的特点。首先，零碳社区可以独立形成一个本地化的，自主的能源供给链，即通过利用社区所拥有的可再生能源资源为社区提供能源而不再依靠城市电网气网，从而减少了建设成本及使用成本。其次，零碳社区的建筑房屋更加强调自然采暖，采光，通风等，通过提升房屋的建筑材质结构等减少能源消耗，提升了用户的舒适度也为用户减少了相关的费用。同时，零碳社区增强了住户与生活环境的互动，帮助培养良好的低碳生活习惯。在海盐零碳社区设置的重力人力发电设备能让用户真实的体验到零碳发电的乐趣，从而自主的改善住户的生活方式达到更好的降低碳排放。最后，国家也出台了相应的鼓励措施及补助来鼓励新能源新科技的开发利用。
然而零碳社区的规划设计仍然存在一些障碍。零碳社区主要通过使用可再生能源替代传统能源来实现低能耗低污染， Alrashed提到在许多国家及地区的可再生能源发展利用受到了政治，科技，经济以及文化等因素的制约。原因总结为1）化石能源仍然是很多周边地区的主要供能能源，很难在短时间内被替代；我国现阶段传统的电力供暖仍为集中供应方式，即在发电厂集中发电后通过高压电网输送到用户端，在北方地区实行集中供暖，南方地区多使用独立的小型电力供暖设备，对于已经建成的社区来说，改变其能源供给方式比较艰难；2）人们对于新能源认知的匮乏导致新能源不受到关注及重视；3）新能源初期的成本投入和后期维护费用较高，回收期也较长并且政府对于新能源的补助力度不明显，以至于很难推广等；其他的原因还包括了气象资料匮乏无法作为正确的设计，产品性能不确定性导致节能减排效果不理想。
就我国而言，各个地区的可再生能源资源分布不均匀，加上城市社区的规划用地有限，建筑物本身设计格局的独特性等限制因素，很难实现100%的零碳。而过分的堆叠新科技并不能真正的实现零碳，以牺牲掉建筑以及规划设计灵感以及场地空间等来满足零碳有悖零碳社区的初衷。就海盐社区案例来看，如果要达到100%的零排放，会产生如下影响：1）社区中大部分建筑立面将被太阳能光伏板将覆盖，影响建筑外观2）中心花园的风力发电机噪音在80~90dB(A)对当地的居民及生态环境造成影响，3)发电厂需要搭建一个40~50米烟囱，破坏社区的整体美观，同时可再生生物燃料棒堆场需要额外的场地，牺牲了空间。
除此之外，零碳建筑的设计也受限于设计思路的影响。在传统的建筑设计理念中，建筑的节能主要依赖于各种新技术的独立应用，例如太阳能发电，节能电器，绝热材料等等。每一个系统的应用通常由相应的工程师，如分别由暖通工程师和电气工程师独立设计，因此不同的系统往往是割裂开来的，并没有做到很好的整合。结合现有的国内外项目经验来看，依靠传统的设计思路并不能有效地实现零碳目标。在诺伯特@莱西纳的可持续建筑设计著作《建筑师技术设计指南-采暖·降温·照明》一书中就提出了建筑节能金字塔。在这一理论中，建筑的高效节能与否在最初的建筑设计阶段就已经决定，其次是合理的利用被动式设计，最后才是新型节能技术，如太阳能发电，高效LED灯的安装使用。简单来说，零碳目标的达成是由下层建筑决定上层建筑的。但是在传统的零碳设计中，往往忽视了最重要的第一二层环节而过多地关注第三层结构。
合理的选址，往往决定了建筑在未来的设计，施工和使用中会不会对环境造成额外的负担。良好的建筑外形设计则决定了建筑是否可以在不追加设备的情况下，采用低成本的被动式设计达到节能以及利用免费的，可持续再生的自然资源。 再满足第一二层的设计要求后，往往工程师只需要增加很少的成本以及新技术，就可以达到零碳目标。然而实现这一目标，需要摒弃传统的线性工作思路，项目团队中不同的利益相关者在一开始就需要对整体方案进行研究和优化，最终实现一个迭代的过程。
New：解决方案，针对我国的实际情况，我国的零碳社区建设不能通过单纯的模仿和叠加新技术来实现，需因地制宜，寻找最合适最经济的解决方案。
五、零碳社区建设的经济，社会效益
此外，零碳社区的发展不仅仅是要考虑环境因素，必须需要同时兼顾经济及社会影响。在设计建设中寻找环境最优化的过程中，兼顾经济性原则，同时遵循人本思想，考虑不同的利益相关 在项目中所办案的角色和获得的实际利益。对于零碳社区的未来，Stephen在他的论文‘Near zero energy homes – What do users think?’提到消费者，建设者以及相关政策制定者乃至整个社会都参与其中。消费者最为关心的问题有三点，一是他们是否真的可以用更少的费用体验到较高的舒适度，第二是他们是否可以正确的简单的使用新的技术；第三是新能源是否真的安全可靠。建筑行业则关注是否如何让新的科技和模式在整个社会的不同的空间，季节中都得到较好的效果，他们也关心这些新的技术是否可靠持久并且真正有效。而对于政策制定者，出台更有力的措施来支持零碳并且出台更为一目了然的节能评价体系则有有利于零碳社区的发展。只有平衡好这三者间的关系，才能真正的建设一个有机的零碳社区。
零碳社区旨在通过发展低碳经济、创新低碳技术以及主动参与的生活方式来最大限度的减少社区的碳足迹。相比较于传统社区，零碳社区拥有独立创新，绿色节能高效循环等的特点。近几年在国内外都出现了非常多优秀的案例，成功的改变了传统的，利用化石燃料为主的生活模式。零碳社区在减低碳排放的同时，也需要平衡经济和社会效益，以社区本身的特点出发，加以设计利用，而不是一味的堆砌科技或者模仿想象。我国现阶段的零碳社区的建设仍然处于发展阶段，其过程中仍存在着来自社会，科技，经济以及文化等因素的压力。若要使得零碳社区的建设能够获得更为稳固的发展，在坚持绿色节能战略进行规划研究的同时，还必须兼顾经济社会等各方利益，在现实低碳节能的同时，营造出更为人性化、合理化、主动化的解决方案。
参考文献：
[1]张丽，刘建雄，走向低碳时代[M].北京：中国环境科学出版社，2010.
[2]徐义中,低碳社区开发指南[M].北京，中国建筑工业出版社,2011.
[3]刘学敏，低碳社区技术推广应用机制研究[M].北京：社会科学文献出版社，2013.
[4]诺伯特·莱希纳,建筑师技术设计指南:采暖·降温·照明(原著第2版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2004.
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