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本文首先通过对国内5部零碳园区技术规范和建设指南的整理,将其在规划设计语境下进行转译,总结出包括用地规划、能源转型、建筑规划设计、交通规划、产业与生产、基础设施、生态绿地、循环化利用、数字化管理等9大项零碳园区规划的核心构成要素;其次,聚焦园区规划的9大核心要素,引用5地区关于低碳园区、生态建筑的建设指引、导则等,将要素中的关键性指标和技术指引,汇总构建一个9大项52小项的针对零碳园区规划编制体系及核心要点;最后,筛选我国产业园区类型,界定委碳园区应用场号,明确不同场号下主要的减碳固碳任务,提出规划策略与具体实施措施,以及空间布局场景模式图。使这些零碳园区的构成要素更为直观地展现,形成零碳园区规划指导。
根据国际能源署和清华大学环境学院相关研究数据,2015年中国工业园区碳排放占到全国的31%,并呈现持续攀升的势头,工业园区的减排已刻不容缓。能源、工业的碳排放生产活动主要发生在很多类型的工业园区,针对能源和生产流程的绿色化改造应用场景广阔,工业园区成为落实我国精准减排贯彻落实“双碳”战略目标的关键落脚点。
从零碳园区的基本模型,实现园区碳中和,根本上应从控制碳排放和加大碳吸收两方面入手,同时建立碳交易市场,加强智慧管控。本文在园区零碳化、智慧化基础上,聚焦以城市规划师在实际园区规划设计中视角,探讨怎么来降低碳排放量、增强碳吸收实现“碳中和”目标,不涉及碳交易等因素。
由于零碳园区有关规定法律法规尚不成熟,本文经过对比多个团体标准,查阅相关文献资料,构建了零碳园区研究体系,见图1。
根据《智慧零碳工业园区设计和评价技术指南(征求意见稿)》,针对园区零碳的技术措施对象包括:厂区及建筑系统、能源系统、智能与绿色生产系统、交通系统、水系统、废弃物处理系统、能源监测与控制管理系统、环境监视测定与控制管理系统以及附属设施系统。
根据《深圳市近零碳排放区试点建设实施方案》,近零碳排放园区试点主要评价指标体系为:碳排放、能源、建筑、交通、绿地、废弃物、碳抵消以及管理。
根据《低碳/零碳产业园建设指南》团体标准,园区的主要系统构成包括但不限于低碳/零碳能源系统、低碳/零碳交通物流系统低碳/零碳建筑系统、低碳/零碳基础设施系统、低碳/零碳生产系统和生态系统。
根据上海市节能环保服务业协会发布的《零碳园区创建与评价技术规范》,零碳园区评价二级指标最重要的包含交通系统、建筑系统、低碳产业、能源系统、循环再利用、碳管理、碳汇技术、碳信用以及碳绩效。
《零碳智慧园区2022白皮书》中构建了零碳智慧园区蓝图架构,指出零碳智慧园区主要是从控制碳排放和加强碳吸收两方面。碳排放主要从能源、工业、交通、建筑和生活五个维度加以控制,碳吸收则是采用生态碳汇、碳捕捉、碳存储等技术。
从以上5部关于零碳园区的技术规范和建设指南能够准确的看出,能源、建筑、交通100%涉及,其中能源转型是零碳园区的根本和重中之重,在零碳园区规划中能源转型是必须要解答的内容;其次,零碳建筑规划设计、零碳交通规划在5部技术规范中都有涉及,也是零碳园区评价中的必选项目。
涉及生产选项的,占比80%。对于园区产业优化调整,负面产业清单,发展循环经济,绿色生产管理等方面,是园区规划中要重点阐释的内容;
涉及生态、废弃物、监测与管理占比60%。生态主要在于怎么样提高生态碳汇,废弃物应提高循环化利用,监测与管理应采取智慧园区的数字化管理;
涉及附属基础设施选项占比40%。从园区规划角度,设施一直是必不可少的专项内容,除能源基础设施、环境、防灾、社会性基础设施等,零碳园区还涉及新型基础设施,如智慧能源监测、碳排放监测等设施。
综上,在查阅总结了相关文献、标准等资料后,确定了零碳园区研究体系的8个分类,分别是:能源转型、建筑规划设计、交通规划、产业与生产、基础设施、生态绿地、循环化利用、数字化管理。但对于园区规划来说,用地规划又是基于体系基础上,统领园区规划的前置条件,将用地规划将作为构成零碳园区规划9大核心要素之一。
参考《北京市绿色建筑规划设计标准》DB11/938-2012中的详细规划阶段低碳生态规划指标体系、建筑规划设计阶段绿色指标体系和《广东省低碳生态城市规划建设指引》《浙江省绿色低碳工业园区建设评价导则(2022版)》《福州市工业(产业)园区绿色低碳建设导则》DB3501/T 001-2021、《虹桥商务区低碳规划建设分导则2021-2025》,对9个分类在规划设计阶段的具体指引进行引用和汇总,见表1。
生产制造园区是指以生产制造为主体的园区,主要建筑多以车间、厂房为主。工业制造业一直是我国碳排放的大多数来自之一,工业领域也是我国实现“双碳”的关键领域。其碳排放来源主要在生产制造环节,其次是建筑能源和交通物流。物流仓储型园区是指衔接多种运输方式,成规模并且具备物流运输、货物仓储等多种功能的空间聚集体,包括物流中心、配送中运输枢纽设施、运输组织及管理中心和物流信息中心,以及适应城市物流管理与运作需要的物流基础设施。
由于生产制造及物流仓储类园区的空间布局都以厂房、仓库类型建筑为主,生产制造类园区的碳排放场景大多分布在于能源、基础设施、交通、循环利用四个方面,仓储物流型园区的碳排放场景集中于交通方面。在优化方案的场景应用上,两者有着一致性和适用性,因此本文综合两种园区的特点,建立一个场景模型进行阐述及分析。详见图2。
此类型园区碳排放主要来自于生产制作的完整过程中,一般以优化能源供给和能源综合管控两方面为主来降低碳排放,通过能源转型提升现有能源梯级利用率,从源头尽力实现零碳能源。
园区应以调整工业能源结构为主,降低石油、煤炭等化石能源比重,提高可再次生产的能源占比,逐步降低煤炭等使用规模。积极采用风力发电,分布式光伏发电月自发自用余电上网:适宜地区可采用地源热泵、空气源热泵,冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源。以上新能源方式可选择组合使用或至少使用一种,最大限度的保障能源的近零排放。
(1)分布式能源:利用风电、光伏、地热等多能互补与集成技术,实现冷、热、电三联供。
(2)储能设施:建设氢储能或锂电池储能装置以及能量转换装置,储存分布式能源所产生的电力。
(3)微型智能电网:将分布式能源与储能设施通过微电网相连接,建设县备监控能力的小型发电配电系统,充分的利用清洁能源的同时,由智能电网解决分布式能源不稳定的问题,同时对大电网起到“削峰填谷”的辅助作用。
(4)虚拟电厂:以智能电网的建设为依托,将分布式电源接入电网,以园区用户为中心,将分布式发电机组、可控负荷和分布式储能设施有机结合,对园区电能进行集中管理。
3.合理规划货运流线)货运主要出入口设置在厂区与园区联系紧密目等级较高的道路上,提升与园区道路的衔接度,同时路线规划缩减货物运输车辆在厂区内的停留时间和运行的距离。
(2)从减少运输距离的角度来看,应尽量建立连接仓库、堆场、站场与出入口的笔直而便捷的路网形式(有限制条件除外),力求运距短捷、安全、联系方便,工程量小,并尽可能一线多用,避免单纯从构图和形式的方面出发,生搬硬套的路网组织。
建设能源回收设施,综合利用园区及周边地区的蒸汽、余热等资源,推进供气、供热等公共基础设施共建共享,建设废弃物处理回收再利用设施、废水净化处理回收再利用设施、热交换或热泵系统,回收废热,建设废气过滤处理设施。
商务办公型园区以商务办公功能为主,吸引中小企业及大规模的公司功能单元入驻,形成一定的产业集群和规模效应,形态包括办公区、商务独栋、研发中心、商场、会展、文化中心等,并提供工作、就餐、休息、培训、娱乐、健身、医疗、展示等诸多空间,打造实用、经济、绿色、美观的办公空间。
商务办公型园区应从源头和过程两方面把控,通过结合新设备、新技术对建筑内部环境进行节能改造,建设储能中心,实现建筑空调、照明的能耗降低,并在物流交通环节推进“以电代油”,推动零碳建筑和零碳交通转型。详见图3。
(1)建筑全生命周期零碳化。消除建筑的运行碳排放为主,在建筑材料制造、建筑规划设计、施工建造、使用以及废弃拆除的整个生命周期内,充分应用低碳技术、低碳材料、低碳设备,并利用可再次生产的能源,降低能耗,减少二氧化碳的排放量。
(2)建筑节能,提高建筑的天然采光、自然通风、保温隔热、遮阳以及蓄热蓄水等方面的标准。根据自然环境属性,合理地布局建筑平面、建筑朝向、建筑间距。重点考虑建筑造型、立面窗墙比、中庭或连廊设计、建筑材料、保温与结构等,根据自然环境条件,调整建筑遮阳采光结构。
规划布局智慧大脑,普及智慧杆塔。通过智慧信息系统管理,对园区能源的使用及交通利用进行管控,实现效率最大化。主要为空调冷热源、输配系统和照明系统等设置自动监控系统,对园区用电、用水、用气及集中能源供应进行分项计量,实现数据支撑低碳能效运行管理。建设智慧能耗监管平台、搭建碳排放管理与监测平台,搭建5G数据中心基站,做好数据集成工作。
对车辆进行进出管控,环境不达标不得进入园区;鼓励使用电动车辆或氢能车辆以及共享纯电力班车等对燃油车的全面替代,以无碳化新能源汽车实现交通过程零碳排放。投放电动观光车满足参观人群需求,园区清洁打扫也可通过电动打扫车来完成。
增设充电桩、加气站、加氢站等配套设施,推广电动汽车租赁服务。做好充电设施预留接口与停车场区域总体布局,以电能代替化石燃料实现交通过程的零碳排放。采取集中停车,立体停车等方式,为交通换乘和接驳提供条件。
采用新能源路灯、智慧灯杆、智慧交通控制管理系统,积极运用信息化手段,打造智慧交通,完成动态调控交通流量,降低车辆空载率,提高路网效率等,
产城融合型园区是一种综合性的城市发展模式,它将产业园区与城市居住、商业、文化、教育等多功能区域有机结合,旨在创造一个既有利于产业高质量发展又满足居民生活需求的综合性空间。这种园区不仅注重产业的集聚和经济稳步的增长,还强调生态环境的可持续性城市服务的完善以及居民生活品质的提升。
作为一个功能复合型园区空间其碳排放场景更复杂、多元。包含对于生产物流型、商务办公型园区的零碳场景和规划策略同时,更侧重用地规划布局、慢行交通、生态绿地体系方面,详见图4。
在规划布局中做到公共设施可达,严格执行5分钟、10分钟、15分钟生活圈设施布局,从源头减少不必要的远距离出行。如果园区内的人住得很远,每天要把大量时间花在通勤上,这也不符合低碳理念。
地块开发时建议利用新型产业用地M0/M4/F用地等混合利用,满足职住平衡,《广东省低碳生态城市规划建设指引》提出空间维度的功能混合与时间维度的“7-24”活动模式;公共开放空间应具备比较好的便捷性,且与步行系统相连,开放空间(绿地、广场等)5分钟覆盖率达到100%。
街区尺度的变小,路网密度也会随之提高,提升了街区内部通达性,增加了居民在出行过程中的路径选择,在适合的范围内,步行、自行车等低碳交通出行方式灵活快捷,比机动车出行更具优势。因此,小尺度细格网的街区形态更适应居民步行,减少使用机动车短距离出行的比例,有利干城市交通的低碳发展,如:深圳低碳城的街区尺度为150m×250m,天津中新生态城采里200m×200m的间距划分,广州珠海生态城的街区尺度在150m×250m,基本能够很好的满足居民的慢行出行需求。
工业上楼作为一种新型的城市产业高质量发展模式,可以在有限的土地资源上实现更高效的产业布局,同时减少对环境的影响,促进可持续发展,容积率也达到3.0甚至更高。
系统配置休闲健康设施、公共设施、景观节点等,展现出绿色慢行的休闲ECO,为园区呈现更加绿色舒适的休闲慢道空间场所。打造“可行、可骑、可跑”慢行系统,自行车道和跑步道可通达园区内每一栋建筑,以达到吸引人采取健康绿色出行的目的。
绿地空间是产城融合园区重要的环境构成元素,开放空间、集中绿地要结合园区使用人口分布,单个公共开放空间的面积宜大于400m²。
(4)采取屋顶绿化、垂直绿化等措施,丰富绿植形式,提升场地绿植的固碳效益;
(5)降低场地热岛强度,利用水系优化场地空间布局,形成有效的通风廊道,改善通风效果,降低建筑空调能耗。
通过以上场景模式总结,零碳园区规划中,减碳场景主要从能源、建筑、交通、绿化景观系统、智慧管控五个方面来进行把控,其中生产制造及物流型园区以能源和交通作为主要碳排放源头,因此园区的规划在能源的优化、能源管控、交通物流的组织、能源循环利用上面最为重要。
商务办公型园区的规划更多聚焦于人的使用需求,在实现碳中和的过程中,对于零碳建筑、智慧管理平台、人流交通的组织方式和工具选择方面具有更高要求。
产城融合型园区相较于以上两种园区,具有规模更大、功能更多元的特点。其在实现碳中和的路径中,应在兼具以上两种园区具体减碳措施的基础上,从混合用地布局、生活圈的打造、慢行系统的构建、绿地景观空间的塑造等理念进行规划统领,同时结合绿地ECO的网络构建,打造白然通风廊道,滨水廊道等微气候调节手段,对园区进行减碳规划设计。