基于智慧理念的社区低能耗改造实践研究——以瑞典Valla Torg社区更新项目为例

汪琦 樊中山 施昊希

东南大学建筑学院

2018年，我国城镇化水平已接近60%，城市化的推进及生活水平的提高对能源使用、资源和环境都造成了巨大的压力，以城市扩张为主的城镇化发展正面临转型。面对日益紧张的城市发展用地，我国多数大城市从高速规模增长阶段进入了城市内涵提升阶段，城市更新成为了城市发展的热门话题。建设于20世纪80年代前后的老旧住区，经历30余年的使用后，在居住建筑质量、基础设施、社区环境等方面都存在着较多问题。各个城市中的旧社区因此成为了城市更新的重要组成部分，受到了政府、学者、公民等多元利益相关者的广泛关注[1]。近年来，我国对于城市更新，尤其是社区更新方面开展了较多项目和研究，但仍然存在着社区改造以简单立面涂抹、绿化种植为主的现象，改造方案并不能解决高能耗、不可持续等问题。瑞典作为可持续发展的先行国家之一，积累了先进的可持续发展策略和建筑低能耗改造技术[2]。通过在瑞典的实地考察，以欧盟智慧发展课题（GrowSmarter）为代表的城市智慧化和可持续发展策略中有很多值得参考的经验。该项目通过制定一系列发展目标与策略，结合市场供给配置，构建多方合作平台，为社区更新提供了思路与借鉴。本文对欧盟智慧发展课题（GrowSmarter）的整体目标与理念进行阐述，并结合瑞典斯德哥尔摩Valla Torg的旧社区低能耗更新，深入剖析该项目中的城市可持续发展和社区低能耗改造经验，希望对中国城市旧住区的低碳改造和可持续发展提供借鉴。

1 GrowSmarter课题介绍

“地平线2020（Horizon 2020）”是有史以来最大的欧盟研究和创新计划，拥有近800亿欧元的资金，它通过从实验室到市场的伟大创意，承诺更多的突破、发现和世界一流性[3]。智慧发展课题GrowSmarter是欧盟地平线2020计划所资助的三大项目之一，也是该计划下首次呼吁智慧城市和社区可持续建设的项目。该课题通过城市政府与环境技术公司协同合作，为城市的智慧可持续发展提供了解决思路（图1）。同时，它汇集了城市和产业，从建设低能耗社区、集成基础设施架构、建设可持续的城市交通体系三大方面整合和展示了12个智慧城市解决方案，为其他城市提供在实践中如何运作和借鉴的经验。GrowSmarter课题于2015年初启动，并将持续到2019年底。目前该课题已从欧盟地平线2020研究和创新计划中获得2 500万欧元的资金。瑞典斯德哥尔摩作为该项目的三大引领城市之一，领导并参与了智慧可持续城市的建设，并以Årsta和Slakthus两大急需转型地区作为改造对象，其中Valla Torg位于Årsta的核心区域，是20世纪60年代建设的公寓社区，亟待低能耗更新与可持续发展。该课题运用了三大方面共12个智能解决方案，来提高能源效率，减少气候影响，并创造更多就业机会。同时，以解决方案为基础，该项目正努力将城市和产业融合，创造一个完整成熟的市场体系，从而支持城市向智能及可持续发展的方向过渡发展。

1 欧洲智慧城市新倡议

2 GrowSmarter课题的愿景与解决方案

GrowSmarter课题的目标与愿景是让城市变得智能，同时建设可持续发展的欧洲，并从可持续发展的三大支柱——经济、社会和环境问题方面入手，分别对创造可持续经济发展、提高市民生活质量和减少对环境影响三大方面提出不同目标[4]。

（1）在创造可持续经济发展方面，该项目试图通过低能源成本和提高能源使用效率，来降低总资本。并通过降低维护成本、吸引企业投资、使用耐用材料延长折旧期，来提高运营资金的使用效率。同时，提出促进产城融合、构建市场体系、搭建合作平台等方式，提高地方、区域乃至国家、国际的经济增长。

（2）在提高市民生活质量方面，该项目的目标为：构建智能交通管理与检测平台，为公众提供更好的城市交通选择；构建货物微分配系统和智能货物交付系统；实现简单高效的垃圾处理；以经济高效的方式翻新超过100 000m2的建筑；改善街道环境；降低能源成本；增加就业机会。

（3）在减少对环境的影响方面，该项目也提出了具体的发展目标和指标要求：可再生能源占总能耗的比例需达到60%，并降低至少60%的温室气体排放量。这些目标旨在实现项目过程中的可持续指标监测，以确保项目的正常实施。

GrowSmarter课题根据愿景与目标，分析当前面临的主要挑战，提出三大智能解决方案（表1）。方案分别关注片区的建筑环境与可持续发展、城市基础设施的建设及城市交通体系。通过这三个方案，完成城市从微观尺度的建筑单体到宏观尺度上的交通环境、基础设施网络的全方位改善，从而实现生态友好可持续发展的智慧城市目标。

3 GrowSmater中的低能耗社区改造措施

欧洲有1/3住区建设于1950～1970年之间，与国内目前情况相同，这些住区因为当时技术与材料的局限，面临着居住环境恶化、建筑耗能过高的问题，迫切地需要改造。同时，社区改造作为转型时期城市更新的重要组成部分，且GrowSmarter课题将开发低能耗社区放在行动领域中的首位，由此可见低能耗社区改造的迫切性与必要性，因此本文重点解读GrowSmater中的低能耗社区改造措施。

在低能耗社区解决方案中，从局部设施到系统管理，从家庭层面到社区层面，GrowSmater课题提出了四大方向：1）节能建筑翻新；2）构建低碳建筑材料物流系统；3） 打造家庭智能节能管理系统；4）建设社区本地能源智能管理系统。

首先，在节能建筑翻新方面，老旧社区因为建筑材料的限制，建筑的整体密封性较差，导致热能大量散失且不利于回收。因此对于该问题，欧盟的解决方案是对建筑的整体进行气候外壳更新（climate shell refurbishment）、更换保温材料及加厚隔热层。同时，老旧管道缺乏系统性，存在长距离运输的能量耗散和不可回收的问题，陈旧供能设备又存在高能耗问题，因此建筑翻新的第二步是对建筑内部的管道及设备进行更新。独栋公寓建筑连接至区域供暖系统和高效供水系统，通过新型冷凝锅炉降低15%的能量损耗（图2）。同时，建筑在除湿机、空气转换装置中配备热回收模块，室内热空气排出时热回收模块吸收室内散发出的热量，并用其预热外部进入的冷空气（图3）。这一装置不仅提高了建筑的通风效率，也降低了室内保温所需要的能耗。以上一系列措施通过建筑气候外壳更新和设备更新，可以达到减少60%能源消耗的目标。

表1 GrowSmarter课题的三大智能解决方案

2 新旧锅炉系统原理对比图

3 热回收模块原理图

4 低碳建筑材料物流运输系统图

5 家庭能源管理系统

6 社区本地能源智能管理系统

其次，在低能耗社区改造中，运送建筑材料和废弃物的能耗和碳排放也是巨大的。为确保能够有效降低这一环节的碳排放，社区改造往往采用城市周边的商品，并且在城市内建立集中式物流仓储，利用绿色能源运输系统，协调运输车次，共同构建低碳建筑材料物流运输系统（图4）。

该课题不仅试图从局部设施层面来更新改造，更试图从系统管理层面构建低能耗社区。在家庭层面，通过构建节能中心和家庭能源管理系统，能够实时对每个家庭进行能源消耗监控与碳足迹追踪。节能中心中的“虚拟能源顾问系统”会根据每个家庭所消耗电力、热水和供暖消费模式，提供指导性意见，旨在帮助减少能源消耗（图5）。在社区层面，本地能源智能管理系统可以分析统计社区内各个建筑的能源使用情况并实时反馈，还可以处理智能电表数据和天气预报数据，调节社区内建筑、设施的能源使用，达到节能减排的目的（图6）。

该课题不仅提出解决方案，还对解决方案的可实施性及可复制推广性进行了潜力评估，协调所有执行改造工作的代理商和服务公司（ESCO公司），确保每个解决方案能够有效落实并可以推广到其他社区或城市。

4 Valla Torg社区更新项目介绍

Årsta地区位于斯德哥尔摩南部，是斯德哥尔摩最早的现代化郊区之一，紧邻城市核心区，是现在斯德哥尔摩快速转型的片区之一。Årsta地区的发展开始于20世纪40年代，该地区的建筑主要为20世纪60年代瑞典特有的公寓楼（smalhus）。Valla Torg社区就位于Årsta片区，社区更新项目包含了300多间建于1961年的公寓（图7～10）。与大多数老旧建筑的问题相同，这些公寓存在着热桥、密封性较差、隔热不佳等问题，同时缺乏能源回收及智能化系统管理的措施，这些问题使建筑在使用过程中消耗了大量不必要的能量。如今在GrowSmarter课题的解决方案下，这一社区已完成智慧、低能耗的改造。项目采用从节能化改造到智能化能源管理的系统解决方案，将能源总体消耗减少了60%以上。

以下是Valla Torg社区更新项目按照GrowSmarter构建智慧低能耗社区所给出的四个方向，项目针对地区特点选择了具体措施。

（1）节能建筑翻新方面

7 Valla Torg社区区位图

8 20世纪60年代Valla Torg社区老照片

9 Valla Torg社区更新后照片

10 Valla Torg社区更新后平面图

为了加强隔热效果，公寓墙壁采用80mm隔热材料进行改造，地下室则采用200mm，天花板采用300～400mm矿棉，建筑墙体的导热系数的u值从平均1.0W/（m2·K）降至0.50W/（m2·K）（图11，12）。同时将原来导热系数u值为1.8W/（m2·K）的窗户替换为u值为0.7W/（m2·K）的双层隔热玻璃（图13，14）。在其他气候外壳翻新方面，该项目还为每个公寓改装了具有低u值的新型房门和阳台门，以此来加强建筑整体隔热性能。

（2）家庭智能节能管理

借助安装在公寓内的室内温度传感器，家庭智能管理系统可以实时监控室内温度变化。系统会根据温度区间自动对建筑加热系统进行调控，使室内温度可以保持在一个稳定的水平，避免了室内温度突然变化而带来的能源消耗，达到节省能源5%～15%的作用（图15）。

（3）本地能源智能管理系统

项目在各建筑总共安装了约500m2的太阳能电池，估计每年可产生约65 000kW·h的电能。同时将住宅内陈旧的设备更换为节能电梯、冷凝锅炉和LED照明等低能耗设备（图16）。通过电能的“开源”和“节流”举措，社区对建筑物所需额外供给的电量将大大减少。在供热方面，除安装了社区级岩石源热泵为整个社区集中供热外，每个建筑单体改造并安装了空气源热泵，通过吸收空气的热量进行建筑供热并加热房屋中的水。由实际使用结果检测可知，20℃空气经过热泵的高效吸收并排出建筑时，空气的温度仅为2℃，热能回收所产生的效益相当可观。目前，这种“社区集中供热+建筑回收热能”的解决方案已在各建筑物中实施安装，减少了60%左右的能源消耗。

5 光学分选的垃圾收集系统

在Valla Torg低能耗社区改造中，安装了一个用于光学分选的垃圾吸入系统，并设置了9个垃圾回收桶。住户需自行使用4种不同颜色的袋子将食物垃圾、纸质包装、塑料包装和残余废弃物进行分类。分类后的垃圾被投入垃圾回收桶后，被进行初步的光学识别并分类称量。接下来，废物抽吸系统将废物运输到该区域中的终端回收站，通过收集分类后传递到不同的回收或处理工厂。该系统不仅节省了垃圾运输所带来的机动车石化燃料消耗，也提高了垃圾分类回收的效率，从两方面达到减排的目的（图17，18）。

除了GrowSmarter的解决方案外，公寓室内空间的改造则充分体现人性化。在满足社区的能耗限制要求下，给住户充分的自主性，住户可自行选择粉刷不同类型的环保表层涂料，并选择所需安装的智能家具。

6 展望

随着经济和城市发展的转型，可持续发展、高质量城市发展理念的提出，城市更新成为了转型时期城市发展的重要议题。国内可持续城市项目多停留在设计和表象层面，缺乏深入、完整、可实施的可持续建设方案，同时也缺乏智慧理念的注入。

欧盟智慧发展课题（GrowSmarter）为我国城市可持续发展提供了一些参考。该项目从可持续发展的三大支柱——经济、社会和环境入手，提出构建低能耗社区、集成基础设施架构和建设可持续城市交通体系的解决方案。同时，以城市建设项目为媒介，通过产城融合、构建市场体系和搭建合作平台的方式，提升地方及区域的经济实力。

同时，面对城市旧住区的改善需求持续增长的现状，我们不应该只有简单的外立面改造与绿化种植，而应该更加关注住区改造后的智慧社区的营造和建筑的可持续使用。以Valla Torg旧社区的改造更新为案例借鉴，从建筑细节到城市系统都体现着可持续、智慧化的思想。由此推及，在我国城市转型背景下，规划者、政府及开发商不仅应对可持续发展进行良好的设计，而且应当对方案进行落地实施与管控，并动态追踪其实施效果。在社区更新层面，GrowSmarter从局部到整体的低能耗改造经验以及从家庭到社区的智慧化系统，都值得深入学习和借鉴。

11 气候外壳翻新后公寓

12 翻新后建筑内部

13 隔热玻璃及装置

14 隔热玻璃

15 家庭智能管理系统

16 社区能源管理设施

17 垃圾光学分拣回收桶

18 社区终端回收站

图片来源：图1，8，9来源于网络；图7为作者自绘；图10来源于谷歌地图；图2～6，图11来源于文献[5]；图12～14为作者自摄。