2013年上海临港新城中心区低碳规划和目标管理分析

    内容摘要：中国的城市CO2排放量随着经济增长而处于增加过程中，2000-2007年间，中国CO2排放量翻了一番，成为世界第一排放大国，并在2030年以前持续保持增长趋势。

    在全球变暖和国际压力下，世界上许多城市已经按照自身特征制定了碳减排的目标和要求。2007年英国公布《气候变化法案(草案)》(Draft Climate Change Bill)，2008年11月议会通过《气候变化法案》(Climate Change Act)，提出到2020年将英国的温室气体排放量在1990年的水平上减少26%，到2050年在1990年的水平上削减至少80%[1，2]，英国的阿伯丁市探索性地开展了低碳城市规划实践[3]。美国波特兰、洛杉矶、迈阿密、芝加哥和博尔德市等分别制定和实施了气候行动计划。中国近年涌现出一批各具特色的低碳城市、城区规划，如上海的崇明岛、上海临港新城、天津中新生态城和深圳光明新城等逾20个城市和城区。从各城市的温室气体排放清单来看，建筑与能源、交通部门通常是排放温室气体最多的部门，因此成为了上述各城市的减排重点。

    制定中国城市的碳减排路线是目前城市规划过程中亟待解决的问题。中国的城市CO2排放量随着经济增长而处于增加过程中，2000-2007年间，中国CO2排放量翻了一番，成为世界第一排放大国，并在2030年以前持续保持增长趋势[4]。不同于发达城市的CO2排放量处于稳定阶段，制定城市减排计划时一般以当前年份或过去年份的CO2排放量为基准值，中国的城市正在工业化过程中，要充分、客观估测未来的碳排放趋势和经济发展水平来提出合适减排目标。作为案例的临港新城正处于快速建设和发展阶段，建筑与交通等基本设施根据规划将于2020年完成，人口也处于增长过程中。在这之前，城区每年的CO2排放量快速增加，在进行CO2减排目标制定时应当充分考虑中国城市的特点。

    2 临港新城现状

    临港新城位于上海东南，紧临东海海域，属于亚热带季风气候(图1)。临港新城规划制定于2003年，新城目前正处于全面建设时期，是一座非常年轻的新城。其中心区规划面积约70km2，其中城市建设面积约为57km2，中心为4.5km2的滴水湖，湖中点缀着三座岛屿。沿湖以环状、放射状的形式向外扩展，形成城市生活环带、城市公园景观环带和都市居住生活环带。2010年人口约为5.1万人，预计将于2020年完成新城的建设目标。临港新城冬冷夏热，年平均气温介于13℃～20℃之间，平均年降水量一般在800mm～1600mm。此外，临港新城是集设备制造业、现代物流、研发服务等功能为一体的现代化综合型海滨城区，也是上海三大低碳示范区之一。

    2.1 土地使用与人口增长

    临港新城中心区一期建设区按照规划目标已经于2007年完成开发建设，其建设用地约22km2，建筑用地约15km2，占中心区总面积的1/4，建筑面积保有量达720万m2(图2)。按照规划目标，临港新城中心区将于2020年完成所有建设，假设在2020年中心区的总建筑面积为一期建设区的4倍，容积率保持不变，并且建设速度保持不变，那么可以推算出：截至2010年初，临港新城中心区已开发建筑用地约30km2，建筑保有量达1450万m2，其中公共建筑和住宅建筑各为490万m2和950万m2；2020年规划建筑面积290万m2，其中公共建筑和住宅建筑各为990万m2和1900万m2，此后建筑面积保持稳定不变。临港新城中心区在2020年前每年建筑面积增加约150万m2，建筑设计施工中蕴涵了节能减排的巨大潜力(表1)。

    2010年临港新城中心区人口规模仅为5.1万人，其中4.8万人是大学生，约2000人是居住在上海往返于中心区工作的居民，还有100人是居住和工作都在临港新城中心区的本地居民。按照临港新城规划目标，中心区人口在2025年将达到40万，见图3。模型假设2025年前中心区人口数量呈线性增长，并在2025年后保持稳定不变。学生数量由于已达到大学城规划目标，今后数量将保持在4.8万人的规模；居住和工作都在临港新城中心区的本地居民会大幅增加，假设2025年约占中心区总人口(除学生外)的一半；而住在上海工作在临港新城中心区的居民和住在临港新城中心区工作在上海的居民平分中心区总人口(除学生外)另外一半。据此模型预测学生、本地居民、住在上海工作在临港新城中心区的居民和住在临港新城中心区工作在上海的居民数量在2025年分别为4.8万、17.6万、8.8万和8.8万(图3)。

图1 临港新城区位

Fig. 1 Location of Lingang New City,Shanghai

图2 临港新城中心区一期建设区控制性详细规划(2002-2007)

Fig. 2 Regulatory Detailed Planning on the First Phase of Lingang New City Centre(2002-2007)

表1 临港新城中心区土地、建筑面积增长预测(2006-2025)

Tab. 1 Estimation on increase in land and construction area in Lingang New City (2006-2025)

    2.2 经济发展与预测

    本研究假设临港新城中心区的人均GDP与上海人均GDP相同。中心区作为临港新城的综合商业生活服务区，没有工业生产，2010年人均达到8万元，位于全国首位。本地经济总量将随着临港新城中心区人口的增加而上升。

    上海经济自中国改革开放以来迅速发展，人均GDP也随之快速增长。上海市未来的人均GDP走向受经济发展、人口变化、政策导向与目标制定等复杂因素的影响。依照十七大报告中“在优化结构、提高效益、降低消耗、保护环境的基础上，实现人均国内生产总值到2020年比2000年翻两番”的目标，2020年上海人均GDP为11.87万元。另外，据2007年普华永道(PwC，2007)预测，上海2020年将凭借3600亿美元的GDP位列全球第16位(2007年美元兑人民币平均汇率为7.5)，而上海市人口计生委报告称2020年上海市常住人口将达2250万人，即2020年上海人均GDP为11.61万元，与十七大目标十分接近。本文采取两数中值11.74万元为上海2020年的人均GDP预测值(表2)。临港新城中心区的人均GDP取自上海市平均值，2020年达到11.74万元。

图3 临港新城中心区人口数量预测

Fig. 3 Population forecasting of the central area of Lingang

表2 临港新城中心区、上海市2020年人均GDP预测

Tab. 2 GDP per capita estimation of Lingang and Shanghai in 2020

图4 临港新城中心区CO2排放量预测

Fig. 4 CO2 emission of the central area of Lingang New City

图5 2010年和2020年临港新城中心区CO2排放量清单

Fig. 5 List of CO2 emission volume in the central area of Lingang in 2010 and 2020

    3 规划要素

    临港新城中心区是综合商业生活服务区，功能以商业办公、居住休闲为主，几乎没有工业碳排放。临港新城中心区的CO2排放模型参考国内外城市碳排放清单和2006年IPCC国家温室气体清单指南方法，并结合本地排放特征建立，包含来自建筑部门与交通部门CO2排放和绿地系统的CO2吸收。建筑部门占中心区碳排放比重较大，为更加精确地分析CO2排放特点和制定CO2减排指标，模型将建筑部门分为公共建筑和住宅建筑计算CO2排放量，采取生命周期方法，将建材准备施工和拆毁回收的CO2排放平均到建筑的生命周期中(50年)。据此得出，临港中心区在2010年碳排放总量约100万吨，几乎全部由建筑开发使用排放。但随着临港新城中心区人口的增加，由于郊区的出行特点，交通碳排放在此后十年中比例快速增加。绿地系统对CO2的吸收会抵消部分碳排放，但其减排效果并不突出，不到CO2排放总量的1%(图4)。

    2010年临港新城中心区的排放清单是公共建筑29.63万吨，住宅建筑39.59万吨，交通2.45万吨，绿地为-0.42～-0.25万吨；在2020年基本完成新城建设和人口稳定后，碳排放量日趋稳定。根据估算，2020年临港新城中心区的排放清单是公共建筑82.50万吨，住宅建筑109.97万吨，交通60.12万吨，绿地为-0.84～-0.51万吨(图5)。

    临港新城作为年轻、快速建设发展的新城，其碳排放相较于一般城市有其特殊性：即各部门碳排放迅速增加，建筑年排放量在10年里增加3倍，而交通年排放量由于人口的迅速增长增加最快，达到约30倍。规划的重点要素包含公共建筑、居住建筑和交通部门，此外也包含废弃物排放、政策制定与实施、宣传教育和适应气候变化等要素。

    3.1 建筑与能源

    在评估建筑碳排放时采用生命周期方法(LCA)，建筑的生命周期可分为建材准备和运输、建筑施工、建筑运行和维护、建筑拆毁和回收等四个阶段[5]。建筑的生命周期涵盖着建筑材料和能源的生命周期，同时包括与上述各个阶段相关的所有运输过程。各个阶段过程中都有相应的能量消耗和CO2排放，需要分别计算。四阶段CO2排放量之和为建筑生命周期的总排放量(图6)。

    建材准备和运输阶段主要考虑原材料取材、运输生产以及成型建材和设备的运输(运输方式和运输距离)所带来的碳排放。其中包括钢筋、水泥、砂石、玻璃、建筑卫生陶瓷等建筑原材料以及各种成型建材的运输。该阶段的CO2排放量计算所需资料主要包括：(1)各种建筑材料的用量；(2)建材的运输方式和运输距离或整个建材运输阶段的能耗(以油耗表征)。

    建筑施工阶段的能耗包括建筑场地清理、工地内部建材运输和提升、各种施工工艺(开挖土方和回填平整)、建筑场地和施工用电等相应的能源使用所带来的碳排放。

    建筑运行和维护阶段考虑建筑运行过程中办公或家电设备、采暖空调系统、炊事、生活热水等所消耗的能源，以及建筑使用寿命周期内，为保证建筑处于满足全部功能需求的状态，为此进行必要的更新和维护、设备更换等相应的能耗所带来的碳排放。随着中国城市经济的发展和建筑要求的提高，此项碳排放因子在中国逐年上升，在归纳过去年份的能源使用量后，可以按其增长趋势合理预测未来的建筑能耗量并计算其碳排放。

    建筑拆毁和回收阶段包括拆除过程中运输和设备，并将建筑材料和设备进行分类回收和重新利用过程中的碳排放量。建材回收主要指钢材，假设城镇为90%回收的钢材可抵消一部分钢材生产的碳排放。

    针对上述影响建筑碳排放的四个阶段，更为详细地分析临港新城中心区建筑碳排放的影响因素，从而明确不同因素的减排潜力并进行低碳规划与技术改进。临港新城中心区各阶段的能源消耗和碳排放不同。在计算公共建筑和住宅建筑碳排放清单时采用了两种计算方法：图7和图8将建材准备安装和拆毁回收的碳排放平均在建筑的使用年限里(50年)，每年波动幅度不大。

    图9和图10使用建材准备安装和拆毁回收的碳排放的直接数据，因此完成2020年建设之前建材准备安装碳排放较大，而拆毁回收的碳排放在前50年内为零。

图6 建筑全生命周期内的CO2排放

Fig. 6 CO2 emissions of buildings in a whole life cycle assessment(LCA)

图7 临港新城中心区公共建筑全生命周期内CO2排放清单

Fig. 7 LCA carbon emissions from public buildings

 图8 临港新城中心区住宅建筑全生命周期内CO2排放清单

Fig. 8 LCA carbon emissions from residential buildings

图9 临港新城中心区公共建筑实际CO2排放清单

Fig. 9 Actual carbon emissions from public buildings

    按照以上两种碳排放计算方法无论是公共建筑还是住宅建筑，其运行碳排放均是生命周期内碳排放最多、增长最快的阶段。公共建筑运行排放包括采暖、空调、照明和设备；住宅建筑运行排放包括采暖、空调、照明和设备、电器、生活热水和炊事。针对运行阶段不同因素的碳排放强度和特征，规划不同的减排方式，达到减排效果。

    3.2 交通与土地利用

    城市交通碳排放主要由人口、交通工具和出行距离决定[8]。临港新城中心区地处上海郊区出行距离较远，交通设施正处于建设阶段，另外临港新城中心区居民除学生外频繁来往上海市区，大部分居民居住在临港新城中心区但每天乘坐私家车或班车来往上海市区上下班。2010年临港中心区人均交通碳排放低于上海市人均碳排放623kg，为488kg。这是因为2010年临港新城中心区人口规模较小仅为5万人，其中4 8万人是大学生，学生的交通碳排放一般低于城市总人口的平均水平。

    不同类型的居民有着不同的出行特点：学生一般活动范围较小，距离较短，计算交通碳排放时取上海人均碳排放的一半；本地居民居住和工作都在临港新城中心区，周末、节假日来往上海市区；另外两类居民则需要每天来往上海市区与临港新城中心区之间，据调查现在的出行工具主要是班车和私家车，因此交通碳排放量较大。

    随着临港新城中心区的人口快速增长，交通碳排放总量和人均碳排放量也将迅速增加，人均碳排放量将超过上海市人均交通排放(图11)。2010年临港新城中心区交通碳排放较小，但增长较快。2012年临港新城中心区至上海市区地铁线开通，届时会分流部分来往上海与新港工作的居民，有助于缓解交通压力，平均每年减少碳排放约20万吨。2025年人口稳定后，交通碳排放年增幅减缓，处于100万吨/年的水平。而人均排放量在2025年达到2.33吨/年，约为同期上海市人均碳排放的2倍。这是由大部分居民每天来往市区与临港新城中心区通勤造成。

    因此为达到临港新城中心区的减排目标，应当大力发展公共交通，包括完善城区内公交车系统和轨道交通，完善新城与上海市区间的公交车系统和轨道交通，启用新能源交通工具，科学合理规划社区与道路格局，鼓励居民步行或自行车绿色出行等。

图10 临港新城中心区住宅建筑实际CO2排放清单

Fig. 10 Actual carbon emissions from residential buildings

图11 临港新城中心区交通的CO2排放量预测

Fig. 11 Estimation on carbon emission of transportation in Lingang

    3.3 绿地系统

    城市园林绿地净碳储量，主要考虑植物生物量碳(地上生物量和地下生物量)、土壤有机碳。凋落物和粗木质残体通常被清扫到城市园林绿地界面之外，不能分解转化成有机质返回土壤中，因此在测定园林绿地净碳储量时，本文不考虑这部分的数量。

    植物含碳率CF是指单位植物干物质(生物量)中碳的比例，用比率表示，无单位，如0.5则表示，1 kg生物量中有机碳含量占到0.5kg。植物含碳率是采用生物量法测定碳储量的重要转换系数。植物含碳率因植物种类、生长地点环境、植物体的部位等差异而不同，但相差不悬殊，许多研究己经发现，绝大部分植物含碳率均在0.45～0.55之间。政府间气候变化专门委员会(IPCC)推荐使用的平均碳含率为0.5左右(IPCC，2006)。按照政府间气候变化专门委员会规定，在选择CF等参数时，优先考虑来自当地的参数。如果没有，可选用最新的国家缺省值或IPCC缺省值。许多研究也都证明，植物的含碳率通常在0.45～0.55之间，而不同地区差异不大[7，8]。因此上海绿地含碳率在缺乏实测数据的情况下可参照北京的调查数据，绿地平均年生物量增长2.09t/hm2，碳储量增长1.12t/hm2，CO2年储量相应增加约3.68 t/hm2。

    根据规划要求，临港新城中心区绿地率为30%～50%，乔灌木种植面积比例原则上控制在绿地面积的70%左右。绿地率最低为30%时，其CO2固定量在2020年完成新城建设后保持在0.5万吨左右，绿地率最高为50%时，其CO2固定量在2020年完成新城建设后保持在0.8万吨左右(图12)。

    绿地系统的碳固定能力与绿地面积、绿地类型、植物种类和年龄等相关。并非所有绿地都有吸收二氧化碳的功能，如人工修剪草坪的碳固定能力为零。不同绿地类型中大小乔木、灌木、花草密植混种区域具有最强的碳固定能力。因此临港新城中心区规划绿地系统时，在保障绿地率不低于30%的基础上，应当增加乔灌木的种类和数量，提倡混植和竖向绿化；减少人工修剪草坪的面积，最大程度减排二氧化碳。

    4 目标和要求

    4.1 城市减排目标设定依据

    欧美国家和日本多以CO2绝对减排量作为目标。《京都议定书》规定发达国家以1990年排放量为基准，2012年减排5.2%的二氧化碳。城市作为CO2排放的最重要场所，已经开始根据自身特点进行气侯行动，设定自己远期和中期的CO2总减排目标。减排目标设定后，再按排放部门的贡献值和减排潜力进行分解，设定各部门的分目标并制定实际可监控的行动计划。以波特兰市等五座美国城市为例，可以清晰地观察不同城市的温室气体减排计划(表3)。但是，制定绝对量的减排目标对正处于快速发展和能源消耗急剧增加的发展中国家，尤其是我国的城市有诸多不利因素。首先，中国城市的发展普遍对化石能源依赖度较高，城市的经济总量的增长伴随着能源消耗量的增加，能源碳排放因此处于增长过程中；其次，中国虽然年排放量处于世界首位，但从历史的角度看，中国的历史总排放量远低于美国和欧盟，将发达国家的城市和发展中国家的城市减排目标等同是不合适的。

    强度减排是指单位国内生产总值(GDP)的碳排放量的减少，又叫相对减排。中国政府在2009年的哥本哈根会议承诺以2005年为标准年的单位国内生产总值二氧化碳排放为基础，2020年碳排放要下降40%～45%，也就是单位GDP的二氧化碳排放量在2020年要下降40%～45%。强度减排在制定目标时兼顾了经济、人口的增长等因素。但由于全球气温升高，温室气体减量的紧迫性，强度减排因不保证总量的绝对减少而受到批评。中国目前的能源消耗和碳排放量巨大，如何在不影响经济的正常发展下减排CO2仍然是一项艰巨又急迫的任务。

    我国在近十年来涌现大量的高新区、新建城区和节能低碳示范城市，在制定其二氧化碳减排目标时必须同时兼顾总量控制与城市的建设发展。这类城市的独特特征表现在：经济总量、人口不断增长；城市正处于建设过程中，能源消耗量巨大且未达稳定状态；节能减排力度较一般城市更高，具有示范性。因此减排量基准以城市完成建设，人口、经济基本稳定的排放量(预测)为基准线，在此基准上进行绝对量的减排。作为案例的临港新城是上海在2003年开始建设的新城区，正处于快速建设和发展阶段，建筑与交通等基本设施根据规划将于2020年完成，人口也处于增长过程中。在这之前，城区每年的CO2排放量快速增加。根据模型预测，城区的年CO2排放量根据预测能在2020年达到基本稳定，可以作为CO2减排的基准值。

图12 临港新城中心区绿地系统CO2吸收量预测

Fig. 12 CO2 reserves of urban green land system in Lingang

表3 美国五城市温室气体规划减排目标

Tab. 3 Goal of reduction of GHG emission in five cities in the United States

    4.2 上海市与临港新城中心区CO2情景预测

    多名学者对中国及上海市能源消费和碳排放问题进行了深入的研究。曹建华(2010)、赵敏等人(2009)、梁朝晖(2009)、谢士晨等人(2009)、胡建一(2007)、林艳君等人(2006)、唐忆文(2006)等对上海的能源消费和碳排放进行过研究，本文上海的CO2排放数据取自取梁朝晖(2009)。

    2005年上海市GDP为9154.18亿元，能源消费CO2排放总量为20367万吨，计算得到上海CO2排放强度指标为2.22吨/万元。上海在2010年和2020年的碳排放总量按照梁朝晖(2009)所预测的基准情景，可得出上海在2010年和2020年的单位GDP二氧化碳排放量分别为1.57吨/万元和0.84吨/万元[12]，低于我国承诺的减排2005年基准的40%～45%目标。也就是说，按照上海原有的减排力度，单位GDP二氧化碳排放强度在2020年会达到减排40%～45%的目标。临港中心城区GDP二氧化碳排放强度现状大于上海平均水平，预计在2020年GDP达到469.6亿元，CO2排放总量为286.96万吨，单位GDP碳排放为0.61吨/万元。

    临港新城中心区现阶段处于全面建设阶段，碳排放总量很大而人口较少，导致人均二氧化碳排放和单位GDP二氧化碳排放高于上海同期平均水平；但随着中心区建设完成和人口增加，碳排放强度会逐年降低。预计2020年中心区GDP二氧化碳排放强度将低于上海同期平均水平。

    临港新城作为上海市规划打造的三个“低碳实践区”之一，中心区将目标定为2020年将单位GDP二氧化碳排放降低至临港预测水平的70%(约为预测上海2020年平均水平的一半)。此减排目标既在政策制定与技术改进方面切实可行，单位GDP二氧化碳排放强度又低于同时期上海平均水平，符合“低碳实践区“的规划定位(图13)。

图13 上海市与临港中心区单位GDP二氧化碳排放量预测

Fig. 13 Scenario analysis of CO2 emission intensity of Lingang and Shanghai

表4 临港新城中心区2020年CO2减排目标

Tab. 4 Goal of reduction of CO2 emission in the central area of Lingang New City

表5 临港新城中心区CO2减排分项目标

Tab. 5 CO2 reduction goals of each sector in the central area of Lingang New City

    4.3 城区减排目标

    临港新城中心区的总减排目标是：2020年二氧化碳排放水平比预测值减少30%，即减少单位GDP二氧化碳排放230kg，二氧化碳排放量约78万吨(表4)。

    为达到上述减排目标，临港新城中心区需要在公共建筑与住宅建筑、交通与土地利用和绿地系统等重要二氧化碳排放部门制定分项减排目标和策略(表5)。

    4.4 临港新城中心区CO2减排策略

    临港新城中心区为建立低碳城区，着力围绕建筑与能源、交通与土地利用、绿地系统进行量化减排，并同时开展消费与固体废弃物、社区参与建设、气候变化适应、政府监管等方面减排策略，以完成减排目标(表6)。