应对城市气候变化的城市规划节能策略

刘东亮，许大明

(1.黑龙江省城市规划勘测设计研究院，黑龙江 哈尔滨 150040; 2.哈尔滨工业大学建筑学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

快速城市化是我国现阶段乃至将来数十年城市发展的基本形态。然而，在其不断加速的发展过程中，因匮乏现代化的城市规划经验与方法，城市建设与飞速发展的城市化进程不协调，粗犷式的城市发展成为我国城市普遍状态［1］。如此城市化将过度消耗大量的资源能源，并使城市区域原有的自然形态发生巨大变化，同时城市中建筑群、人为热量排放以及不透水人工表面等多种因素对城市局地气候产生极大影响，如极端气候增多、城市高温、空气污染、水污染、垃圾围城、城市能源紧张等问题日益严重［2－3］。众多大中型城市气温普遍升高［4－5］，降水、相对湿度和日照水平则呈下降趋势，城市气候的恶化不仅阻碍我国快速健康城市化进程和经济发展，更危害城市居民的身心健康。

能源应用过程中大量废弃物、污染物、温室气体和热量排放是导致城市气候变化的重要影响因素［6］。我国在2009年底举行的哥本哈根气候变化峰会上提出，到2020年，单位GDP的CO2排放将比2005年下降40%～45%，经济、社会、环境三者的和谐发展成为我国新阶段发展的重点，而城市是三者的综合体［7］。随着气候变化趋势逐步加剧，从城市规划学科的角度采取一定的节能策略，是实现我国经济、社会、环境三方和谐发展的良好途径［8］。本文以哈尔滨为例，对近30年来气象数据演变趋势进行分析，并从城市能源的角度寻找城市气候变化的可能原因，进而从规划角度针对性地提出解决方法，为寒冷地区针对城市气候变化的城市规划方法和策略提供指导。

1 城市气候变化与城市能耗的关系

城市气候是一种在城市作用下形成的区别于大区域背景气候的局地气候，因其与城市人类生存息息相关而倍受关注。城市气候与自然下垫面的物理特性差别很大。人工排热、污染物排放是城市局地气候的主要成因，而城市过量人工热和染污物排放的直接原因就是能源应用的低效、高污染。目前，我国城市出现大量反常天气和极端气候，如暴雨袭城、连续高温、大雾弥漫、逆温天增多等，同时空气污染在大中城市已然常态化，均与低效率、高污染的能源应用有直接关系。

改革开放以来，我国能源消耗总量一直呈快速增长趋势，年能源消耗总量从1978年的57 144万t标准煤上升至2011年的348 002万t标准煤，历年普查结果如表1所示。能源消耗随着我国经济快速发展而剧增，重点体现在产业耗能、建筑耗能和交通耗能等方面，有数据显示，中国每建成1平方米的房屋，约释放出0.8 t碳，目前建筑业在碳排放占的比重达到了40%～50%，远高于交通运输和工业生产的碳排放，并将成为未来20年社会能耗和温室气体排放的主要增长源。伴随着城市局地区域内大量能源的消耗，所产生的热量、温室气体和污染物等在城市区域的有限空间内大量积聚，进而使城市气候变化较背景气候的变化更为剧烈，并且其负面效应对城市发展和生产生活造成了巨大影响。

表1 我国1978年－2011年能源消费总量统计表单位:万t标准煤/年

由任国玉等［9］的研究可知，我国在20世纪后期的50年里气温升高了1.1℃，明显比全球或半球同期温增幅度大，并且从80年代开始平均增温速度加快，有从原来冬季温增向全年温增演变的趋势。这直接表明，随着改革开放以来城市化进程的迅猛发展，经济和社会发展已经对环境气候产生影响。气温升高与我国年能源消费总量从70年代末到21世纪初达3倍的增长相互支持，可知伴随城市化的快速发展，能源消耗迅速增长，在带来社会经济巨大发展的同时也造成了气候变化的加剧，可见能源问题是城市气候变化的主要影响因素，解决能源的有效利用和绿色低碳也是解决城市气候问题的关键环节。

2 哈尔滨城市气候演变分析及能源现状

2.1 哈尔滨市气候演变分析

哈尔滨市位于亚欧大陆东部的中高纬度，在东经125°42'～130°10'与北纬44°04'～46°40'之间，属于中温带大陆性季风气候，位于我国的严寒气候区。受极锋辐合带季风环流系统影响，具有明显的季风特征，冬季风强于夏季风，而且较夏季风来得早。季风气候产生明显的季节风，盛行风向交替变更。冬季盛行偏西或偏北风，夏季盛行偏南或东南风。春、秋季较短，偏南、偏北风交替变更。

本文对哈尔滨市1981～2010年的温度气象数据进行分析，选用数据全部来自中国气象科学数据共享服务网站，对于个别缺少数据，采用该网站的相邻月值和年值的均值代替，结果如图1～图4所示。

由图1可知，在1981年～2010年这30年中，年平均气温呈现升高的趋势，线性增长约上升近2℃，高于大气候背景的温升，这可能是城市热岛效应加强作用的结果。但由图3和图4可以看出，最低气温升高的趋势大于最高气温升高的趋势，这也使得气温年较差呈现略微下降的趋势。温度的变化表明哈尔滨冬季变暖程度强于夏季，热岛效应对市区的影响主要集中在夜间与冬季的气温。

图1 年平均温度变化

图2 气温年较差变化

图3 1月平均最低气温变化

图4 7月平均最高气温变化

对于位于严寒气候区的城市来说，哈尔滨市冬季气温上升存在一定益处，如可能会“节能降耗”和“减少污染物排放”，随着冬季日平均气温升高，城市供热负荷减少，实际供热量就相应降低，采暖耗煤量减少，CO2和污染物排放相应减少，;因城市气温升高，河冰冻层变薄，冰下水体流动性增强，污染物水底沉积减少，有利于冬季水体污染物的稀释扩散［10］。但冬季气温升高也会带来一定的负面效应，如积雪留存减少，土地裸露时间增长，易使春季干旱加重，沙尘天气增多;日间温度高，道路冰雪融化加快，夜间降温，昼夜温差致使冰冻路面形成的几率及覆盖范围明显增加;冬季城市局地气温升高，与周围大气温差增大，导致更多的逆温天气形成，而逆温层笼罩在城市上空会加剧市内的空气污染。

2.2 哈尔滨城市能源消耗概况

我国多数城市能源利用效率偏低，能源消耗中煤炭等化石燃料占较大比重，能源消费中第二产业占主导地位，生活能源利用结构和效率较差，城市居民节约能源降低碳排放的意识薄弱。长期以来，煤炭在我国能源消耗中占据重要地位，这一现象不利于我国低碳能源政策的执行。2009年黑龙江省一次能源耗费构成如表2所示，石油、天然气资源的丰富在一定程度上降低了煤炭的消耗。

表2 黑龙江省一次能源消费总量和构成

相较于国内其它城市，哈尔滨市的能源结构和应用有很多共性，如能源利用效率偏低、煤炭等石化燃料比重大、工业用能占主要地位等。由于哈尔滨地处严寒地区，用能情况有其独有的特点:哈尔滨生活能源消耗中冬季供热占主要地位，供热能耗大于夏季制冷能耗，造成的煤烟型污染对环境造成了严重危害。哈尔滨是东北老工业基地的重要城市，其工业能源消耗约占总能源消费的60%之多，年耗能5 000 t标煤以上的重点耗能工业企业占能源消耗比例大。据哈尔滨市2011年统计年鉴数据显示，哈尔滨市2010年规模以上工业企业总的能源消费量为171.5万t标准煤，较2005年增长了近20%，其中原煤用量一直居高不下，其消耗量从2005年的126.3万t增长到2010年的171.6万t，增长率达35.9%。哈尔滨邻近煤炭、原油和天然气生产地，原油和天然气能源较全国利用率高，但水电、核电、风电等清洁能源应用与全国水平有较大差距。

3 城市气候变化背景下的城市规划节能策略

为应对全球气候变暖逐步加剧的事实，国际社会把重点放在降低温室气体排放上，而降低温室气体排放的根本在于降低能源消耗，其中城市能源消耗的缩减有巨大空间。对于严寒地区城市，独特的气候特征对城市能源节能减排有新的挑战。本文以哈尔滨为例，立足于严寒地区城市，着眼于城市规划学科角度，从城市组成要素出发，通过规划手段促进城市能源节约，提出若干策略。

3.1 倡导紧凑城市用地布局

“紧凑型城市”作为一种空间开发战略，已经在许多国家被普遍接受，尤其是欧洲和日本。越来越多的实践与研究证明，通过密度控制可以实现城市的紧凑发展，且高密度和紧凑型开发已经成为温室气体减排的重要战略。城市建设集中进行各种市政和公用设施建设，减少冬季供热的损耗与交通出行，节约大量的能源，同时减少污染，利于生态环境的保护［11］。

新都市主义中的TOD城市发展模式强调土地的集约化利用和良好的生态环境塑造，目标之一就是通过提高密度来增加土地的使用效率，遏制城市“摊大饼”式蔓延。同时，TOD模式强调多功能的空间交互，实现商业、居住、休闲等功能为一体，达到设施混合中的高效使用。由于城市结构合理、土地高效利用，城市交通的可达性极高，是现今条件下交通通达性的最好表现。中国香港和日本东京作为世界上人口最稠密的城市之一，在极高的城市建设密度之下，仍能保持城市交通的顺畅，与TOD社区的土地利用形态息息相关，全香港有45%的人口住在距离地铁站仅500 m的范围内。哈尔滨市在今后的城市用地布局发展过程中，也应该倡导紧凑的城市用地布局，在寒冷的气候条件下，意义更为显著。

3.2 倡导公共交通先行策略

为提高城市的运行效率，最大限度的降低能源消耗同时塑造良好的城市形态，应优先发展快速、安全、舒适、且是大运量的公共交通系统。而完善的公共交通服务设施是促使人们选择公共交通出行的必要条件，地方和区域政府可重点通过改善服务质量、增加多种交通模式的连通性、拓展服务范围和提高运行效率等方式，降低消费者成本，提高公交系统的使用率。对于哈尔滨这样的寒地城市来说，可以采取在公交等候站提供气候防护、优先对公交车道进行融雪处理、限制私人小汽车进入中心城区等措施［12］。同时，为了让人们冬季在短距离出行时仍选择步行或自行车，应优先对人行道和非机动车道进行融雪处理，或架设人行天桥以提供气候防护。

3.3 调整产业经济发展结构

哈尔滨作为振兴东北老工业基地建设的重点城市，工业生产是其主要的耗能行业。以电机产业、制药业等重工业为代表的产业每年消耗大量的能源，工业节能低碳策略首先要从产业的优化升级着手，逐步淘汰高能耗行业，加大技术革新与研发力度以促进能源利用效率提高等，在现有老工业基地的基础上发展先进装备制造业，加大能源结构调整力度。

黑龙江地区农业生产规模大，是我国粮食主产地之一，哈尔滨市粮食生产在全省占重要位置，在农业生产中要考虑循环农业的发展推广，以更好地实现农业生产生活自我维持和减少外部能源输入，在实施产品绿色化的同时推进能源绿色化，如太阳能、沼气的综合利用，立体种植、生态养殖，农业废弃物综合利用等。

哈尔滨作为消夏避暑胜地及冰雪旅游旗舰的独特旅游资源，大力开发旅游产业经济，实施产业整合，注重可持续发展的旅游业以带动商业、服务业、交通运输等方面共同发展，同时借助金融和房地产行业等，进行产业结构和能源消耗结构的根本调整。

3.4 城市节能建筑设计

发展节能建筑需要树立全过程、全生命周期理念。首先是建筑材料节能，针对严寒地区的新型建筑材料上实现突破，注重可再生能源在建筑中使用;其次是建设施工节能，对于严寒区域要在施工阶段大幅度减少能源消耗，最好的办法就是推动住宅产业化、模块化，施工装配式，推广全装修，大力加快夏季施工进度;最后是建筑自身的节能，对新建建筑进行低碳设计，合理的低碳建筑平面布局与体型设计可以充分的实现热量的传导，以提高能源的利用效率，具体实施策略包括:对建筑的大空间进行分隔、减少建筑的体型系数、采用紧凑的矩形户型、避免单项走廊、尽量避免设置中庭等［13］。

3.5 应用新型生态能源技术

清洁能源是使用过程中不排放或少排放污染物的能源，在可持续发展的今天清洁能源的开发利用已经成为世界各国能源战略的重要组成部分。在清洁能源方面，哈尔滨拥有风能、生物质能、太阳能、CNG等众多优势品类［14］且资源丰富，如太阳能，根据1983年的统计数据，全年有250天平均气温大于10℃且日照时数大于6 h［15］，应大力开发扶持，进一步改良能源消费结构。

从政策角度，要加大对清洁能源的扶持力度，促进管理规范化标准化，细化地方法律法规在清洁能源方面的约束性和完整性;加大研发支持力度，提高科技实力，促进关键技术的国产化当地化;更要良好借鉴国外城市尤其是严寒地区城市的先进经验，如日本、北欧、美国北部等国家对于新型生态能源技术的应用。

4 结语

文章以哈尔滨为例，首先分析了城市气候变化与能源的关系，再探讨了近30年间哈尔滨主要气候要素的变化趋势，认为能源应用是城市化和城市气候变化的重要影响因素。在此基础上，从城市规划学科角度出发，提出了若干节约能源、缓解气候变化的策略，这对于提升人居环境质量、优化气候变化带来的影响，具有十分重要的意义。

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