基于智慧化的城市既有社区低碳发展现状与改造方案研究

【摘 要】面对全球严峻的气候变化问题，我国积极作出2030年碳排放达峰承诺，为响应这一号召，在满足居民生活质量的同时有效地实现节能减排，本文提出，基于智慧化的相关技术发展城市既有社区是实现低碳社区的有效路径。参考2015年国家发改委发布《低碳社区建设指南》，以衡阳市太平小区为例，基于碳排放系数法对其交通系统、能源系统等六大系统的数据进行处理与分析，最后针对其现存的问题提出相关的建议，以促进当地低碳社区更好的发展。

【关键词】低碳社区；碳排放系数法；智慧化；太平小区

一、背景

目前，我国正处于飞速发展阶段，气候变化的问题也越来越严峻。我国一直以积极的态度面对气候变化的挑战。2015年2月，国家发改委发布《低碳社区试点建设指南》，其考虑居民生活方式特点、低碳建设重点内容等，将低碳社区试点划分为城市新建社区试点、城市既有社区试点、农村社区试点三大类，本研究选择城市既有社区进行研究。我国城市既有社区的发展，特别是一些老社区，其在低碳社区的发展方面，还存在低碳技术应用不完整、网络媒体推广不足、群众参与度不高、低碳经济投入与产出差距较大、居民居住体验降低等问题。人们对邻里环境与社区生活质量的重视及社区信息化、智能化设施的普及，社区的生活功能已然成为社区建设的核心，满足社区居民多样化与个性化需求成为社区建设的重点。

因此本研究认为，满足居民对生活质量需要的同时实现节能减排，智慧化的低碳社区是解决系列问题的关键手段。智慧社区是指利用物联网、云计算、大数据、移动互联网、智能终端等新一代信息技术，通过对各类与居民生活密切相关信息的自动感知、及时传送、及时发布和信息资源的整合共享，从而实现更有效的低碳社区自治，达到更环保的低碳生活方式的社区。

二、国内外研究

国外低碳社区的研究和实践在清洁能源、绿色建筑、低碳交通、智能管理等方面都有相当丰厚的经验。对国内发展以居住区为主体的低碳社区规划建设有着重要的启示。其中，Middlemiss将低碳社区定义为合作和协作的形式，其目的是通过提供鼓励社区成员行为改变的适宜环境和机制来降低成员生活方式的碳排放强度。Sarah Burch（2010）认为，地方政府是可持续发展问题的领导者、改革者和最新高效技术的采用者形成了一种“自下而上”的碳减排模式。这样在未来的碳减排计划中通过社区尺度的操作更容易实现民主化的决策。

再观国内，2008年起，我国开始低碳社区研究，至今已有十年历史。辛章平，张银太（2008）提出低碳社区的建设模式，表明推进低碳社区的建设具有重要意义。随后国内对于低碳社区的研究逐渐展开，各学者们对低碳社区研究从介绍西方经验、解读低碳政策，向研究我国低碳社区的具体问题转变。我国学者如王唯一（2017）陈佳佳（2017）林青青（2015）等学者对低碳社区的相关发展、理论基础、重要意义已进行深入研究。但低碳社区微观层面的研究还较为缺乏，在公众行为参与方式和低碳技术方面，缺少结合形成智慧化低碳社区的研究。

三、研究案例及研究方法

家庭碳排放包括直接碳排放和间接碳排放两部分。本研究釆用《IPCC省级温室气体清单编制指南》中提供的测算家庭直接碳排放的碳排放系数法，其原理是用家庭的能源消耗量乘以相应的碳排放系数。

在2019年4月，本课题小组赴太平小区进行实地调查。根据《指南》中城市既有社区改造的指标，结合太平小区的实际情况选取六个方面进行调研，分别为：交通系统、能源系统、水资源利用、固体废弃物处理、环境美化以及运营管理和低碳生活。采取了实地调研、观察法、访谈法等收集数据，基于调查数据指出其存在的一些在发展低碳过程中可能存在的一些问题，最后结合智慧化的角度提出相应的改进建议。

四、衡阳市太平小区的低碳社区发展现状简析

4.1太平小区发展概况

太平小区坐落于衡阳市蒸湘区常胜西路一带，位于繁忙的市中心周围，从上个世纪九十年代建成至今已有20余年。太平小区属于中档普通小区。占地面积1.01平方公里，分为太平一社区与太平二社区。共150多栋，6106户，20085人。太平小区是衡阳市文明社区，省级文明城市工作先进单位。社区内包含一个幼儿园，一个小型菜市场，毗邻蒸湘区实验小学，衡阳市实验中学，其周围的商铺数量约为400-500家。太平小区里主要分布着5条主干道，其中三个主干道的路口都分别对应着一个公交车站，布局较为合理，四通八达的道路方便了居民的出行活动。

4.2太平小区的低碳社区调查分析

4.2.1交通系统

随机选取一个工作日及休息日，在太平小区的五个路口记录早高峰、中午及晚高峰的车流量、人流量，以及利用公共交通、共享交通工具出行的人数数据进行数据整理。

根据国家发改办气候（2015）《陆上交通运输企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》提供的各车型百公里能源消费统计表以及《省级温室气体清单编制指南》提供的二氧化碳排放系数、BP中国碳排放计算器提供的碳排放系数，以及全国电动车平均每千米的耗电量结合中国结合中国燃煤发电的效率换算成二氧化碳当量[11]，设每种交通工具进入太平小区即运行1km便停下或者从另一路口出去，计算得出太平小区不同交通工具平均每天排放的二氧化碳当量

其中：TCi表示太平小区代表不同种类交通工具的日均碳排放量（kg）；i表示相应交通工具的种类； ρ表示不同能源的密度（kg/m3）；V表示不同种类的交通工具在一定的速度下每公里油耗（L/km）；Ki表示不同交通工具的能源消费种类对应的碳排放系数（kgC/kg）；ni表示交通工具每日流量（辆）；TC表示太平小区交通系统日均总碳排放。计算结果如表1：

从计算结果中得出，电动摩托车的单位能耗所产生的二氧化碳排放量比汽油摩托车，柴油摩托车以及轿车少得多。由于小区里較多的人选择便捷且相对经济的电动摩托车出行，所以整个交通系统的能耗对比其他论文中同规模的低碳小区的交通系统能耗，如与天津市经济技术开发区康翠社区相比，交通系统的碳排量较低。

此外，太平小区的人口居住较为密集，整个社区共6106户住户，假设每1.5个家庭拥有一辆小轿车，小区里则需容纳约4070辆小轿车，小轿车的停车位标准尺寸为2.5m*5m，则如果要合理划分停车区域需要50.883km2，显然这是不合理的。实地调研时发现约有1/2的小轿车停在规定的停车位外，占据公共空间，造成交通不顺畅与居住环境质量的下降。

关于小区居民公共交通使用情况，采用《指南》中公交分担率的概念进行统计分析。公交分担率指居民出行方式中选择公共交通的出行量占总出行量的比率。取太平小区三个主要路口对应的公交车站及共享交通工具停靠站，分别从工作日与休息日的早中晚三个时间段采集数据并进行加权处理。乘坐公交的人数占总出行人数17%。使用共享工具出行占总出行人数3%。

《指南》中规定城市既有社区试点建设的公交分担率应≥60%，太平小区的公共交通利用率还需提高。其次，公交候车亭的基础建设还需加强。如银瑞路路口的公交站只有一个交通站牌，没有专门的公交车站，上车时造成一段时间的路口堵塞，这对居民的候车造成不便。另外，小区附近共享单车停放位置划分较为混乱，造成骑行者使用完毕以后停车的位置不够规范，影响共享工具的使用效率。

4.2.2能源系统

本研究所设置的能源系统的指标包括：社区可再生能源替代、能源分户计量、可再生能源路灯占比、建筑屋顶太阳能光电、光热利用覆盖。以下从这几个方面分析太平小区的居民直接生活能源碳排放的情况。本文能源终端消费量来源于《2018年衡阳市统计年鉴》和实地调研。

（1）能源分户计量

由于居民用电消费受季节变化影响，因此分四个季度来统计用电的碳排放量。又考虑到各地区的电力消费差异显著，且不同省市隶属于不同的电网，本文采用分省电力排放因子对电力的碳排放量进行测算。

其中，CE表示电力消费的碳排放量，Ei表示各省直接生活能源消费的电力终端消费量，gi表示各省对应的电网碳排放因子，各省市电网排放因子附件1所示：

由此可得出：太平小区居民每季度的人均每日生活用电碳排放和社区每日的用电碳排放见表2：

由图表分析得知，经测算后的碳排放量数据结果很大，因为太平小区居民人数基数大是其典型特征。社区结构除了普通居民，还包括400-500个商户，这也是对社区碳排放贡献了不可小觑的部分。但与温州市经适房小区住宅人均日用电量2.728kw·h对比，太平社区的人均用电量是较少的。

其次，夏季月与冬季月是用电量最大的时间，衡阳市气候冬天寒冷夏天炎热，因此在冬夏两季对空调、供暖器具的使用时长要有所注意，居民应有现代用电和节电的意识手段。

（2）可再生能源路灯统计

经调研太平小区的路灯为150w或250w的高压钠灯，主要集中在太平南路、太平北路、南平路、公平巷、瓦子坪路、和北平路这几条主干道上，亮灯时间为18：54--05：53，一天共约12小时。数据见表3：

同理可得，路灯每日碳排放量为：

由于太阳能路灯的安装繁琐，该小区没有选择较为节能的可再生能源路灯，仅有少数为社区自行安装的LED路灯。因此太平小区此可再生能源路灯占比为0。

在能源消耗既定的情况下，能源结构的清洁化是减少碳排放的主要途径。可再生能源，包括太阳能、水能、风能、生物质能、潮汐能、地热能等这类是不会排放温室气体，也不会增加温室效应风险的能源。太平社区应持续优化生活用能结构，降低能耗高的电器和高碳排放能源的消费。

4.2.3水资源系统

虽然居民用水看似不会产生碳排放，但在产生和处理水的过程中存在着碳排放的产生。据调查，我国给水行业平均制水单耗约为0.3kw·h/m3，这部分耗电主要为动力消耗，而产生1kw·h电产生CO2约1kg，则生产一吨水排放的CO2为0.3kg，即用水碳排放系数为0.3kg/t

本次对太平小区住宅楼进行抽样调查，选取6个单元共计90户人家作为样本，其中有效数据85户，进行长达半个月的用水数据采集。最终得出每户平均日用水量为0.2584m3。

据调查太平小区没有设置雨水收集利用设施，当前城市水紧缺、城市水环境恶化、城市生态环境破坏、城市频发局部暴雨洪水等问题频频出现，应对此引起重视。

衡阳市城区居民阶梯式水量的第一级标准为，15m3/每户每月，超过15m3的部分加收50%-100%的水费。经计算太平社区每户平均每月用水7.75m3，远小于一级标准，说明该社区在用水节水方面居民自我意识较强。但社区内部缺少组织对节水器和非传统水源的实施利用。

4.2.4固体废弃物处理与环境美化

太平小区垃圾分类分为生活垃圾与可回收垃圾，分类垃圾桶达70%，每个垃圾桶之间的间距25-50m不等。据对环卫公司工作人员访谈资料得知，太平小区每日进行早、中、晚三次街道垃圾清理，每日的固体废弃物处理量约24吨，均有专门的压缩式垃圾车集体运往珠晖区狮子山进行填埋处理。

通过卫星导航地图对小区的绿化面积测距的方式，得出小区内绿化面积达34034平方米，绿化覆盖率为3.36%。《指南》中绿化覆盖率作为引导性指标提出，5%以上为达标，但结合太平小区用地紧张，人口密集的实际情况，建议发展屋顶绿化，提高碳汇量。

太平小区固体废弃物处理存在问题主要在其处理方式：填埋方式处理固体废弃物属于“末端处理”，对环境的污染主要表现在侵占土地、污染土壤、水体、大气等，这种处理方式的缺点包括：处理技术落后，无害化程度低，不利于可持续发展等。而改进落后的废物处理处置方式，采用源头减量，真正實现“零排放”，是固体废物污染控制的根本途径。

五、运营管理与低碳生活

根据走访搜集的数据，结合《指南》相关指标，形成以下表格（表4）：

根据以上信息，本研究发掘出以下几个问题：

首先，太平小区建设低碳社区缺乏低碳管理运营和专业性机构参与。社区低碳生活服务匮乏、文化宣传形式单一。太平小区没有持续的、有效的、全面的管理模式，在社区中专业机构是支持社区建设的重要力量，在太平小区内缺乏专业机构的参与使得社区改造与维护缺乏专业的指导。社区内有15个旧衣服回收摆点，但是缺乏其他的低碳生活服务。在节电器具使用方面，居民关注度较高，但小区内使用情况不佳，仅凭住户个人意识使用。在社区文化宣传方面，太平小区居委会会联合科学协会每半年举办一次露天科普讲座，平均每次讲座观众约50-60人，并且会组织发放一些宣传手册，同时在太平一社区里，建有一座长达65米的科普长廊并附有丰富的印画，但居民参与度还有待提高。

5.1交通系统的智慧化应用

（1）智慧停车

智慧停车模式是指将无线通信技术，移动终端技术，GPS技术等技术与城市停车位的管理、查询、预订与导航服务的综合运用，实现停车一体化。主要包括：车位信息共享，车位导航，车位闲时经济共享等。因小区靠近市中心区域，用地紧张，增多停车位的数量较为困难，则可采取减少车流量，增大车位利用率。使用智能管理停车系统，在各路口综合发布停车场各项信息指标，同时还可以通过微信等小程序提供空车位的搜索匹配，基于排队理论提供车位预订，车位导航等服务，降低汽车在小区运行的时间与成本，减少碳排放的产生。

（2）提高公共交通工具利用率

从社区智慧建设的角度提高公交利用率，即可以通过完善公交候车亭的基础设施建设，改善居民候车环境，以及建立智能化公交电子站牌，利用GPS定位技术获取公交车辆到站数据，方便居民设定乘车计划，提高居民的出行效率。对于另一种新兴更为低碳的交通工具租赁业务——共享单车，则可在社区内部设置专门的停放点，同时可与各个社区、城市主要地点等形成网络，提高共享工具利用效率。

5.2能源系統的智慧化应用

（1）家用电器智慧化

为减少居民直接生活能耗碳排放，可利用科技因素优化家用设备，以降低家用电器的耗能量。太平小区所处地理气候冬季寒冷，温度越低，家用保暖设备使用率越高，人均直接生活碳排放越高。且社区居民家用电器及炊事等设备的耗能量较高、节能效率普遍较低。而家用设备的技术水平高低直接决定了耗能量的多少，所以应该运用科技节能，使家居智慧化。

（2）建立智能电网

为提高能源利用率以及清洁的产能，本研究建议建立社区相对应的智能电网。据调查，太平小区在用电高峰时期，经常会出现断电的状况，甚至社区内的商铺为此配备了发电机备用供电。智能电网则可根据用户的电力消费行为，监控所有用户和网络节点，进行实时可变的用量调度，将电能的使用和分配权转移到用户，可以自我控制，自我调节，同时可以抵御用电突然波动，使用电供应更加安全、高效、可靠和环保，实现了电力企业和用户的双向信息沟通互动。

5.3水资源系统的低碳方式改进

若太平小区增加使用屋面雨水集蓄，则可收集较清洁的雨水用于浇灌绿地、冲厕、洗衣等杂用水以及循环冷却水系统。利用地势绿地增加入渗补充地下水，消减洪峰流量与城市面源污染，是补充地下水资源的最经济方法。

我国节水工作始于20世纪80年代初期，经过努力，生活用水节水率达到了20%左右。非传统水源包括再生水、雨水、海水等。若太平小区考虑再生水的利用，增强节水器的普及率和节水观念，节水率最大可达到47%，根据上文数据计算，可大大减少碳排放量至250.868kg。

5.4固体废弃物处理的智慧化应用

固体废弃物从填埋处理转向焚烧处理。焚烧法处理城市固体废物与其它方法相比，具有以下优点：①处理时间短。②焚烧使废物减容化。减容化意味着垃圾焚烧厂的用地面积远远低于垃圾填埋场，且垃圾分解的时间将大大减少，有利于环境的可再生系统的恢复。此外，还可以结合智慧化社区数据统计，对居民每天产生的垃圾分类信息形成系统的统计管理，并实时将数据反馈给相关管理部门，使得垃圾资源化率进一步提高。

5.5低碳社区与低碳文化的培育

保留社区既有的文化传统与自然资源，增加文化活动的宣传力度与活动品质，形成系统的活动形式，文化活动与居民的需求联系起来，吸引公众参与，增加居民的参与感与归属感，为社区文化提供主力军。另一方面，健全管理运营体制、引入第三方专业机构。加强与社会机构合作，如与学校团体、NGO团体、相关企业合作，对居民进行意识教育，了解相关碳排放的常识。组织居民与社会人员共同参加相关类型的活动，引导居民接受并参与低碳项目改造。

6.总结

本文首先阐述了低碳社区发展的重要性，提出满足居民对生活质量需要的同时实现节能减排的效果，低碳社区的智慧化是解决系列问题的关键手段。接着，从国内外的研究总结中发现在公众行为参与方式和低碳技术方面结合形成智慧化低碳社区的研究，低碳社区在微观层面的研究还较为缺乏。本文基于《低碳社区建设指南》，选择了城市既有社区进行研究，并以衡阳市典型的城区既有社区——太平小区为例，应用碳排放系数法，采取实地调查以及访谈等方式对其交通系统、能源系统、水资源利用、固体废弃物处理、环境美化以及运营管理和低碳生活六个方面进行数据搜集，并进一步分析其问题。对于太平小区的六大系统分别提出的可行建议，结合智慧化的相关技术，降低小区碳排放的程度，这与开头提出相应国家计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值的目标是一致的。应当说，低碳社区的发展需要有关部门的主动管理，也需要居民的主动参与，二者相辅相成，密不可分，才能真正使建设低碳社区美丽家园成为现实。

【参考文献】

[1]《低碳社区试点建设指南》.

[2]柴彦威 郭文伯.《中国城市社区管理与服务的智慧化路径》[J].地理科学进展，2015.4，34（4）：466-472.

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