设计回归自然——生态城市设计之路专业：城市规划学生姓名：邢永军指导教师：彭立华完成时间：2016年5月21日设计回归自然——低碳城市设计之路摘要:随着人类工业化进程的不断推进，化石能源的过度利用使得大量温室气体进入大气中，这给自然界的碳循环带来了巨大的影响，导致全球气候变暖、海平面上升等问题的出现。

在这样的背景下，低碳城市设计理念应运而生，本文将探究如何从实际出发将低碳生态的城市发展理念融入到城市设计中，以实现城市的和谐健康发展。

关键词：碳循环 低碳 城市设计一、自然界的碳循环碳循环，是指碳元素在自然界的循环状态，生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从空气中吸收二氧化碳，经光合作用转化为葡萄糖，并放出氧气（O2）。

自然界碳循环的基本过程如下：大气中的二氧化碳（CO2）被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。

地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99.9%。

这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。

地球上还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。

这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。

在大气中,二氧化碳是含碳的主要气体，也是碳参与物质循环的主要形式。

在生物库中,森林是碳的主要吸收者，它固定的碳相当于其他植被类型的2倍。

森林又是生物库中碳的主要贮存者,贮存量大约为4.82×1011 t,相当于图2：碳的生物地球化学循环图 图1：碳循环示意图大气含碳量的2/3。

植物、可光合作用的微生物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过生物的呼吸作用将碳释放到大气中的速率大体相等,因此，大气中二氧化碳的含量在受到人类活动干扰以前是相当稳定的。

考虑到大自然火灾，植物等造成的碳固化要多于动物等造成的碳气化。

石油煤炭是碳固化过剩的一种副产品。

二、人类活动对碳循环的影响碳是地球上生命有机体的关键成分,主要分布在四个主要的库中:大气、海洋、陆地以及沉积物和岩石圏，其中沉积物和岩石圏中的碳含量约占地球总碳含量的99%(图3)，但该碳库循环速度缓慢，周转时间可达几百万年。

然而，自1760年工业革命以来,人类以前所未有的速度和强度在全球尺度上对地球系统产生着巨大影响。

其后果之一是大气C02浓度成指数增长,从1850年的285 ppm上升到2013年的397ppm,增长约39% 。

本世纪以来,伴随全球城市化的加速和人口的膨胀,人类驱动的全球碳生物地球化学循环(如原有碳流强度,路径以及碳库大小)的改变对全球变化的影响成为科学家和政府关注的焦点之一。

图3：全球碳循环示意图黑框和箭头分别表示主要碳库和碳流,红色数字表示和1750年工业革命前相比人类对这些碳库(流)的贡献人类活动对碳循环产生最大的影响是直接通过燃烧化石燃料和水泥制造，改变土地利用方式将大量原本储存在岩石圏和土壤圏的碳大量地释放进入大气，释放的CO2约有一半存留在大气中从而使大气C02浓度增加(图3)。

这不仅增加了碳释放的途径(如化石燃料燃烧),而且还改变原有碳释放的强度与礙库的大小(如土壤扰动带来异养呼吸增加,减少土壤碳库)。

此外，人类对自然生态系统或农业生态系统资源的利用消费和建造新的系统也会改变原有自然生态系统的碳流路径和强度，甚至概念区域和全球尺度碳流和碳库。

如大量收获的生物质通过贸易圈引发碳在全球表面的水平位移,被人和家禽家畜利用最后经呼吸作用产生C02源。

人类使用的木质林产品碳储存大约占全世界森林总碳汇的8%，并在城市里形成新的碳库，如家具和建筑。

又如人类赖以生产的城市在其形成、构建和成长过程中的很多方面(富裕程度,技术和人口密度)会影响化石燃料的碳释放量及其强度。

三、设计回归自然——低碳为导向的城市设计3.1低碳城市概念低碳城市发展是指城市在经济高速发展的前提下，保持能源消耗和二氧化碳排放处于较低水平。

低碳城市，就是在实行低碳经济，包括低碳生产和低碳消费，建立资源节约型、环境友好型社会，建设一个良性的可持续的能源生态体系。

目前全球各地的城市容纳了世界总人口的一半以上，所排放的温室气体占到总量的75%。

城市对资源的需求和碳覆盖领域的扩张都远远超出其所能承载的界限,严重影响了它的继续发展及其在当地和全球环境、经济中的作用。

然而,尽管高密度的城市环境和高频率的各色活动使城市对资源有巨大的需求,它们仍承担着发展低碳经济的重任。

人口的密集,居民的聚居,各种商业和产业活动使之比低图4：“碳循环一城市活动一城市空间”关系密度地区更能有效地控制人均资源占有量以及能耗。

因此,在政策制定、落实方面,有着强大区域性权力的大城市,其政治和制度的架构使之在发展低碳经济方面有着更大的优势，这也是发展“低碳城市”的意义所在。

3.2以低碳为导向的城市设计策略3.2.1降低固定碳源排放3.2.1.1 减少建筑能耗现代城市往往在经济高速发展的同时,受困于“热岛”“干岛”“湿岛”“雨岛”“混浊岛”等不良气候环境的影响,这些都会造成城市整体能量效率的下降。

因此，以低碳为导向的城市设计通过增加被动调节的机会和可能性,抑制主动调节带来的建筑能耗与碳排放,就必须关注于城市微气候的优化这就要求城市设计结合当地气候参数,尽可能应用被动低能耗技术,对城市的物理环境进行优化,以促进建筑的被动调节和碳减排,尽管这并不能从根本上完全取代建筑中的照明、取暖、制冷设备与系统,也无法全面实现城市建筑环境中良好的物理条件,但可以提高极端气候条件下建筑环境的舒适性,或将建筑一年中不需要耗能设备的时间延长,即使在使用设备的情况下也会降低传统能耗。

以被动调节取代主动调节,实际上是通过城市的环境蓄能和有效利用来抵消一部分建筑能耗。

具体策略包括:塑造良好的热环境以减少建筑主动调节,塑造良好的风环境促进自然通风和降温,塑造良好的光环境增加建筑被动调节,以及塑造良好的声环境和空气环境以减少建筑主动调节等。

3.2.1.2 低碳能源规划低碳城市的规划必须考虑到必要的能源结构，能源的合理利用能够职称城市的低碳化发展。

目前以太阳能与风能作为能源是不少低碳模式的首选，国外发达国家的的低碳能源发展已经比较成熟，我国城市可以结合自身的实际来引入这些能源供给模式，例如海上风电、太阳能建筑等等。

3.2.2 降低移动碳源排放3.2.2.1 优化出行方式交通出行方式是人们从出发地到目的地,选择不同运输工具(或步行),经由不同线路,出行目的各异(工作、购物、娱乐等)的移动方式主要包括小汽车(含出租车)、公共交通(巴士与轨道)和慢行交通(步行与自行车)等三种类型。

从能源消耗的角度来看,以小汽车每百公里的人均能耗为1计算,公共汽车是8.4%,无轨电车为4.4%,有轨电车为3.4%,地铁为5%。

可见,以低碳为导向的城市设计应遵循的出行方式序列模式为:步行一自行车一公共交通一小汽车。

中国城市普遍呈现出的公交出行比率降低、小汽车增长迅速、自行车出行方式逐年下降的趋势,从某种程度上说明了交通系统正处于高碳化的运行状态。

究其原因,一为小汽车保有量的快速增长,二是非机动车交通的道路资源被快速发展的小汽车大量压缩,三是公共交通的发展水平有限"有研究表明,一旦居民从使用公共交通系统转向私人交通工具,那么几乎会永久地减少公共交通工具的使用,这种转向具有单向性。

以低碳为导向的城市设计应该深入挖掘城市依赖小汽车的原因,并尽量满足人们在不同出行目的下的潜在需求,以良好的城市空间环境促进人们选择低碳排放的出行模式,具体低碳对策则包括:以增加非机动出行机会为诱导的慢行网络设置,以鼓励“公交+步行”出行选择为基础的土地开发模式,以限制私家车出行为目标的空间资源配置等三方面。

3.2.2.2 缩短出行距离世界银行对选取的8个中国样本城市进行调查后发现,出行率和出行距离日益延长是中国交通能源消费的另一大推动因素。

究其原因,一是市场经济转型引发城市大幅扩展；二是单位制度解体导致出行发生点(住房)和吸引点(工作地、购物和服务场所等)之间距离拉大,出行次数的增加以及出行距离的延长往往使人们需要采用机动化的交通方式；三是开发市场催生的众多休闲场所(包括大型购物和娱乐区)也导致了出行需求的增长,从而呈现出粗放式的土地资源和能源利用方式。

可见,根据人们的出行需求特征,优化城市空间形态和土地使用方式,调节活动场所设置和建筑功能组织模式,以降低机动车的总出行里程,是降低交通系统能源消耗和碳排放的关键。

如果说优化出行方式是对能源使用结构的调节,那么缩短出行里程则可以实现能源使用总量的削减。

综合来看,总出行里程与人们使用机动车的单次出行距离、出行时间以及出行频率相关。

因此,对于给定规模的城市而言,以低碳为导向的城市设计在缩短机动车出行里程方面的主要对策包括:以减少长距离出行需求为目的的城市用地布局；以促进短路径出行为原则的土地混合使用；以减少远距离物资运输需求为目的的产业布局；以及以畅通和简捷为原则的路网布局结构等四个方面。

3.2.3 降低过程碳源排放3.2.3.1 提高能源利用效率(l)促进小区域能源的循环再利用。

除对可再生能源的利用机会进行挖掘外,以低碳为导向的城市设计还关注区域内“三次能源”的循环再利用,通过提高能源利用效率而间接地实现碳减排"所谓“三次能源”是指电、热、气等二次能源经建筑和工业利用后所转换成的能源形式"如日本札幌市利用每天从地铁排出的低温废热为区域采暖提供廉价能源；斯德哥尔摩市利用回收废水中的热提供全市45%的集中供热；瑞典北部的基律纳利用采矿工业过剩的热能,为城市体育运动场地和家庭供热；瑞典吕勒奥则将工业废热储存起来作为热源来融化卡拉斯机场跑道上的冰雪,在获得良好的环境同时又增加了安全性等等。

相关的措施和对策不仅仅包括热电联产联供、废热收集等,还包括就地产能、供给、收集和再利用。

(2)以分布式能源供给方式减少传输损耗。

从能源的组织和分配方式上看,传统的大电网集中供能一一全分散用能；大电网集中供能一一片区集中供冷供热甚至全分散的“1对1”模式,在资源利用效率和效益上来看,都是不经济的。

英国的有关研究认为,针对低碳城市的建设,不同的城市空间类型需有相应的规划应对和侧重。

可见,只有结合不同的区位和土地利用特征、不同的人口数量和建筑类型而进行相应的配套设施设计,才能充分实现低损耗、高效率、低碳排放的能源使用目标。

3.2.3.2 水资源回收利用目前,世界上大多数城市的水消费采用的都是线性模式:一方面,为满足人口增长和城市扩张的需求,大量淡水资源被开采输送到城市；另一方面,城市产生的污水和雨水则被认为是无用之物,经由管道排走。

这种模式使城市几乎丧失了它的流域特征,违背了自然界水循环的原则,导致缺水、洪涝和水质污染等一系列城市水问题的出现,同时,水资源的开采!输送和再处理过程也产生了大量的能耗和温室气体排放。