汪琦 樊中山 施昊希

東南大學(xué)建筑學(xué)院

2018年，我國(guó)城鎮(zhèn)化水平已接近60%，城市化的推進(jìn)及生活水平的提高對(duì)能源使用、資源和環(huán)境都造成了巨大的壓力，以城市擴(kuò)張為主的城鎮(zhèn)化發(fā)展正面臨轉(zhuǎn)型。面對(duì)日益緊張的城市發(fā)展用地，我國(guó)多數(shù)大城市從高速規(guī)模增長(zhǎng)階段進(jìn)入了城市內(nèi)涵提升階段，城市更新成為了城市發(fā)展的熱門話題。建設(shè)于20世紀(jì)80年代前后的老舊住區(qū)，經(jīng)歷30余年的使用后，在居住建筑質(zhì)量、基礎(chǔ)設(shè)施、社區(qū)環(huán)境等方面都存在著較多問(wèn)題。各個(gè)城市中的舊社區(qū)因此成為了城市更新的重要組成部分，受到了政府、學(xué)者、公民等多元利益相關(guān)者的廣泛關(guān)注[1]。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于城市更新，尤其是社區(qū)更新方面開展了較多項(xiàng)目和研究，但仍然存在著社區(qū)改造以簡(jiǎn)單立面涂抹、綠化種植為主的現(xiàn)象，改造方案并不能解決高能耗、不可持續(xù)等問(wèn)題。瑞典作為可持續(xù)發(fā)展的先行國(guó)家之一，積累了先進(jìn)的可持續(xù)發(fā)展策略和建筑低能耗改造技術(shù)[2]。通過(guò)在瑞典的實(shí)地考察，以歐盟智慧發(fā)展課題（GrowSmarter）為代表的城市智慧化和可持續(xù)發(fā)展策略中有很多值得參考的經(jīng)驗(yàn)。該項(xiàng)目通過(guò)制定一系列發(fā)展目標(biāo)與策略，結(jié)合市場(chǎng)供給配置，構(gòu)建多方合作平臺(tái)，為社區(qū)更新提供了思路與借鑒。本文對(duì)歐盟智慧發(fā)展課題（GrowSmarter）的整體目標(biāo)與理念進(jìn)行闡述，并結(jié)合瑞典斯德哥爾摩Valla Torg的舊社區(qū)低能耗更新，深入剖析該項(xiàng)目中的城市可持續(xù)發(fā)展和社區(qū)低能耗改造經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)中國(guó)城市舊住區(qū)的低碳改造和可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 GrowSmarter課題介紹

“地平線2020（Horizon 2020）”是有史以來(lái)最大的歐盟研究和創(chuàng)新計(jì)劃，擁有近800億歐元的資金，它通過(guò)從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的偉大創(chuàng)意，承諾更多的突破、發(fā)現(xiàn)和世界一流性[3]。智慧發(fā)展課題GrowSmarter是歐盟地平線2020計(jì)劃所資助的三大項(xiàng)目之一，也是該計(jì)劃下首次呼吁智慧城市和社區(qū)可持續(xù)建設(shè)的項(xiàng)目。該課題通過(guò)城市政府與環(huán)境技術(shù)公司協(xié)同合作，為城市的智慧可持續(xù)發(fā)展提供了解決思路（圖1）。同時(shí)，它匯集了城市和產(chǎn)業(yè)，從建設(shè)低能耗社區(qū)、集成基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)、建設(shè)可持續(xù)的城市交通體系三大方面整合和展示了12個(gè)智慧城市解決方案，為其他城市提供在實(shí)踐中如何運(yùn)作和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。GrowSmarter課題于2015年初啟動(dòng)，并將持續(xù)到2019年底。目前該課題已從歐盟地平線2020研究和創(chuàng)新計(jì)劃中獲得2 500萬(wàn)歐元的資金。瑞典斯德哥爾摩作為該項(xiàng)目的三大引領(lǐng)城市之一，領(lǐng)導(dǎo)并參與了智慧可持續(xù)城市的建設(shè)，并以?rsta和Slakthus兩大急需轉(zhuǎn)型地區(qū)作為改造對(duì)象，其中Valla Torg位于?rsta的核心區(qū)域，是20世紀(jì)60年代建設(shè)的公寓社區(qū)，亟待低能耗更新與可持續(xù)發(fā)展。該課題運(yùn)用了三大方面共12個(gè)智能解決方案，來(lái)提高能源效率，減少氣候影響，并創(chuàng)造更多就業(yè)機(jī)會(huì)。同時(shí)，以解決方案為基礎(chǔ)，該項(xiàng)目正努力將城市和產(chǎn)業(yè)融合，創(chuàng)造一個(gè)完整成熟的市場(chǎng)體系，從而支持城市向智能及可持續(xù)發(fā)展的方向過(guò)渡發(fā)展。

1 歐洲智慧城市新倡議

2 GrowSmarter課題的愿景與解決方案

GrowSmarter課題的目標(biāo)與愿景是讓城市變得智能，同時(shí)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的歐洲，并從可持續(xù)發(fā)展的三大支柱——經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境問(wèn)題方面入手，分別對(duì)創(chuàng)造可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高市民生活質(zhì)量和減少對(duì)環(huán)境影響三大方面提出不同目標(biāo)[4]。

（1）在創(chuàng)造可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，該項(xiàng)目試圖通過(guò)低能源成本和提高能源使用效率，來(lái)降低總資本。并通過(guò)降低維護(hù)成本、吸引企業(yè)投資、使用耐用材料延長(zhǎng)折舊期，來(lái)提高運(yùn)營(yíng)資金的使用效率。同時(shí)，提出促進(jìn)產(chǎn)城融合、構(gòu)建市場(chǎng)體系、搭建合作平臺(tái)等方式，提高地方、區(qū)域乃至國(guó)家、國(guó)際的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

（2）在提高市民生活質(zhì)量方面，該項(xiàng)目的目標(biāo)為：構(gòu)建智能交通管理與檢測(cè)平臺(tái)，為公眾提供更好的城市交通選擇；構(gòu)建貨物微分配系統(tǒng)和智能貨物交付系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的垃圾處理；以經(jīng)濟(jì)高效的方式翻新超過(guò)100 000m2的建筑；改善街道環(huán)境；降低能源成本；增加就業(yè)機(jī)會(huì)。

（3）在減少對(duì)環(huán)境的影響方面，該項(xiàng)目也提出了具體的發(fā)展目標(biāo)和指標(biāo)要求：可再生能源占總能耗的比例需達(dá)到60%，并降低至少60%的溫室氣體排放量。這些目標(biāo)旨在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目過(guò)程中的可持續(xù)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，以確保項(xiàng)目的正常實(shí)施。

GrowSmarter課題根據(jù)愿景與目標(biāo)，分析當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)，提出三大智能解決方案（表1）。方案分別關(guān)注片區(qū)的建筑環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展、城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)及城市交通體系。通過(guò)這三個(gè)方案，完成城市從微觀尺度的建筑單體到宏觀尺度上的交通環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的全方位改善，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)友好可持續(xù)發(fā)展的智慧城市目標(biāo)。

3 GrowSmater中的低能耗社區(qū)改造措施

歐洲有1/3住區(qū)建設(shè)于1950～1970年之間，與國(guó)內(nèi)目前情況相同，這些住區(qū)因?yàn)楫?dāng)時(shí)技術(shù)與材料的局限，面臨著居住環(huán)境惡化、建筑耗能過(guò)高的問(wèn)題，迫切地需要改造。同時(shí)，社區(qū)改造作為轉(zhuǎn)型時(shí)期城市更新的重要組成部分，且GrowSmarter課題將開發(fā)低能耗社區(qū)放在行動(dòng)領(lǐng)域中的首位，由此可見低能耗社區(qū)改造的迫切性與必要性，因此本文重點(diǎn)解讀GrowSmater中的低能耗社區(qū)改造措施。

在低能耗社區(qū)解決方案中，從局部設(shè)施到系統(tǒng)管理，從家庭層面到社區(qū)層面，GrowSmater課題提出了四大方向：1）節(jié)能建筑翻新；2）構(gòu)建低碳建筑材料物流系統(tǒng)；3） 打造家庭智能節(jié)能管理系統(tǒng)；4）建設(shè)社區(qū)本地能源智能管理系統(tǒng)。

首先，在節(jié)能建筑翻新方面，老舊社區(qū)因?yàn)榻ㄖ牧系南拗?，建筑的整體密封性較差，導(dǎo)致熱能大量散失且不利于回收。因此對(duì)于該問(wèn)題，歐盟的解決方案是對(duì)建筑的整體進(jìn)行氣候外殼更新（climate shell refurbishment）、更換保溫材料及加厚隔熱層。同時(shí)，老舊管道缺乏系統(tǒng)性，存在長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)哪芰亢纳⒑筒豢苫厥盏膯?wèn)題，陳舊供能設(shè)備又存在高能耗問(wèn)題，因此建筑翻新的第二步是對(duì)建筑內(nèi)部的管道及設(shè)備進(jìn)行更新。獨(dú)棟公寓建筑連接至區(qū)域供暖系統(tǒng)和高效供水系統(tǒng)，通過(guò)新型冷凝鍋爐降低15%的能量損耗（圖2）。同時(shí)，建筑在除濕機(jī)、空氣轉(zhuǎn)換裝置中配備熱回收模塊，室內(nèi)熱空氣排出時(shí)熱回收模塊吸收室內(nèi)散發(fā)出的熱量，并用其預(yù)熱外部進(jìn)入的冷空氣（圖3）。這一裝置不僅提高了建筑的通風(fēng)效率，也降低了室內(nèi)保溫所需要的能耗。以上一系列措施通過(guò)建筑氣候外殼更新和設(shè)備更新，可以達(dá)到減少60%能源消耗的目標(biāo)。

表1 GrowSmarter課題的三大智能解決方案

2 新舊鍋爐系統(tǒng)原理對(duì)比圖

3 熱回收模塊原理圖

4 低碳建筑材料物流運(yùn)輸系統(tǒng)圖

5 家庭能源管理系統(tǒng)

6 社區(qū)本地能源智能管理系統(tǒng)

其次，在低能耗社區(qū)改造中，運(yùn)送建筑材料和廢棄物的能耗和碳排放也是巨大的。為確保能夠有效降低這一環(huán)節(jié)的碳排放，社區(qū)改造往往采用城市周邊的商品，并且在城市內(nèi)建立集中式物流倉(cāng)儲(chǔ)，利用綠色能源運(yùn)輸系統(tǒng)，協(xié)調(diào)運(yùn)輸車次，共同構(gòu)建低碳建筑材料物流運(yùn)輸系統(tǒng)（圖4）。

該課題不僅試圖從局部設(shè)施層面來(lái)更新改造，更試圖從系統(tǒng)管理層面構(gòu)建低能耗社區(qū)。在家庭層面，通過(guò)構(gòu)建節(jié)能中心和家庭能源管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)每個(gè)家庭進(jìn)行能源消耗監(jiān)控與碳足跡追蹤。節(jié)能中心中的“虛擬能源顧問(wèn)系統(tǒng)”會(huì)根據(jù)每個(gè)家庭所消耗電力、熱水和供暖消費(fèi)模式，提供指導(dǎo)性意見，旨在幫助減少能源消耗（圖5）。在社區(qū)層面，本地能源智能管理系統(tǒng)可以分析統(tǒng)計(jì)社區(qū)內(nèi)各個(gè)建筑的能源使用情況并實(shí)時(shí)反饋，還可以處理智能電表數(shù)據(jù)和天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)社區(qū)內(nèi)建筑、設(shè)施的能源使用，達(dá)到節(jié)能減排的目的（圖6）。

該課題不僅提出解決方案，還對(duì)解決方案的可實(shí)施性及可復(fù)制推廣性進(jìn)行了潛力評(píng)估，協(xié)調(diào)所有執(zhí)行改造工作的代理商和服務(wù)公司（ESCO公司），確保每個(gè)解決方案能夠有效落實(shí)并可以推廣到其他社區(qū)或城市。

4 Valla Torg社區(qū)更新項(xiàng)目介紹

?rsta地區(qū)位于斯德哥爾摩南部，是斯德哥爾摩最早的現(xiàn)代化郊區(qū)之一，緊鄰城市核心區(qū)，是現(xiàn)在斯德哥爾摩快速轉(zhuǎn)型的片區(qū)之一。?rsta地區(qū)的發(fā)展開始于20世紀(jì)40年代，該地區(qū)的建筑主要為20世紀(jì)60年代瑞典特有的公寓樓（smalhus）。Valla Torg社區(qū)就位于?rsta片區(qū)，社區(qū)更新項(xiàng)目包含了300多間建于1961年的公寓（圖7～10）。與大多數(shù)老舊建筑的問(wèn)題相同，這些公寓存在著熱橋、密封性較差、隔熱不佳等問(wèn)題，同時(shí)缺乏能源回收及智能化系統(tǒng)管理的措施，這些問(wèn)題使建筑在使用過(guò)程中消耗了大量不必要的能量。如今在GrowSmarter課題的解決方案下，這一社區(qū)已完成智慧、低能耗的改造。項(xiàng)目采用從節(jié)能化改造到智能化能源管理的系統(tǒng)解決方案，將能源總體消耗減少了60%以上。

以下是Valla Torg社區(qū)更新項(xiàng)目按照GrowSmarter構(gòu)建智慧低能耗社區(qū)所給出的四個(gè)方向，項(xiàng)目針對(duì)地區(qū)特點(diǎn)選擇了具體措施。

（1）節(jié)能建筑翻新方面

7 Valla Torg社區(qū)區(qū)位圖

8 20世紀(jì)60年代Valla Torg社區(qū)老照片

9 Valla Torg社區(qū)更新后照片

10 Valla Torg社區(qū)更新后平面圖

為了加強(qiáng)隔熱效果，公寓墻壁采用80mm隔熱材料進(jìn)行改造，地下室則采用200mm，天花板采用300～400mm礦棉，建筑墻體的導(dǎo)熱系數(shù)的u值從平均1.0W/（m2·K）降至0.50W/（m2·K）（圖11，12）。同時(shí)將原來(lái)導(dǎo)熱系數(shù)u值為1.8W/（m2·K）的窗戶替換為u值為0.7W/（m2·K）的雙層隔熱玻璃（圖13，14）。在其他氣候外殼翻新方面，該項(xiàng)目還為每個(gè)公寓改裝了具有低u值的新型房門和陽(yáng)臺(tái)門，以此來(lái)加強(qiáng)建筑整體隔熱性能。

（2）家庭智能節(jié)能管理

借助安裝在公寓內(nèi)的室內(nèi)溫度傳感器，家庭智能管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)溫度變化。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)溫度區(qū)間自動(dòng)對(duì)建筑加熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，使室內(nèi)溫度可以保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平，避免了室內(nèi)溫度突然變化而帶來(lái)的能源消耗，達(dá)到節(jié)省能源5%～15%的作用（圖15）。

（3）本地能源智能管理系統(tǒng)

項(xiàng)目在各建筑總共安裝了約500m2的太陽(yáng)能電池，估計(jì)每年可產(chǎn)生約65 000kW·h的電能。同時(shí)將住宅內(nèi)陳舊的設(shè)備更換為節(jié)能電梯、冷凝鍋爐和LED照明等低能耗設(shè)備（圖16）。通過(guò)電能的“開源”和“節(jié)流”舉措，社區(qū)對(duì)建筑物所需額外供給的電量將大大減少。在供熱方面，除安裝了社區(qū)級(jí)巖石源熱泵為整個(gè)社區(qū)集中供熱外，每個(gè)建筑單體改造并安裝了空氣源熱泵，通過(guò)吸收空氣的熱量進(jìn)行建筑供熱并加熱房屋中的水。由實(shí)際使用結(jié)果檢測(cè)可知，20℃空氣經(jīng)過(guò)熱泵的高效吸收并排出建筑時(shí)，空氣的溫度僅為2℃，熱能回收所產(chǎn)生的效益相當(dāng)可觀。目前，這種“社區(qū)集中供熱+建筑回收熱能”的解決方案已在各建筑物中實(shí)施安裝，減少了60%左右的能源消耗。

5 光學(xué)分選的垃圾收集系統(tǒng)

在Valla Torg低能耗社區(qū)改造中，安裝了一個(gè)用于光學(xué)分選的垃圾吸入系統(tǒng)，并設(shè)置了9個(gè)垃圾回收桶。住戶需自行使用4種不同顏色的袋子將食物垃圾、紙質(zhì)包裝、塑料包裝和殘余廢棄物進(jìn)行分類。分類后的垃圾被投入垃圾回收桶后，被進(jìn)行初步的光學(xué)識(shí)別并分類稱量。接下來(lái)，廢物抽吸系統(tǒng)將廢物運(yùn)輸?shù)皆搮^(qū)域中的終端回收站，通過(guò)收集分類后傳遞到不同的回收或處理工廠。該系統(tǒng)不僅節(jié)省了垃圾運(yùn)輸所帶來(lái)的機(jī)動(dòng)車石化燃料消耗，也提高了垃圾分類回收的效率，從兩方面達(dá)到減排的目的（圖17，18）。

除了GrowSmarter的解決方案外，公寓室內(nèi)空間的改造則充分體現(xiàn)人性化。在滿足社區(qū)的能耗限制要求下，給住戶充分的自主性，住戶可自行選擇粉刷不同類型的環(huán)保表層涂料，并選擇所需安裝的智能家具。

6 展望

隨著經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展的轉(zhuǎn)型，可持續(xù)發(fā)展、高質(zhì)量城市發(fā)展理念的提出，城市更新成為了轉(zhuǎn)型時(shí)期城市發(fā)展的重要議題。國(guó)內(nèi)可持續(xù)城市項(xiàng)目多停留在設(shè)計(jì)和表象層面，缺乏深入、完整、可實(shí)施的可持續(xù)建設(shè)方案，同時(shí)也缺乏智慧理念的注入。

歐盟智慧發(fā)展課題（GrowSmarter）為我國(guó)城市可持續(xù)發(fā)展提供了一些參考。該項(xiàng)目從可持續(xù)發(fā)展的三大支柱——經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境入手，提出構(gòu)建低能耗社區(qū)、集成基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)和建設(shè)可持續(xù)城市交通體系的解決方案。同時(shí)，以城市建設(shè)項(xiàng)目為媒介，通過(guò)產(chǎn)城融合、構(gòu)建市場(chǎng)體系和搭建合作平臺(tái)的方式，提升地方及區(qū)域的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。

同時(shí)，面對(duì)城市舊住區(qū)的改善需求持續(xù)增長(zhǎng)的現(xiàn)狀，我們不應(yīng)該只有簡(jiǎn)單的外立面改造與綠化種植，而應(yīng)該更加關(guān)注住區(qū)改造后的智慧社區(qū)的營(yíng)造和建筑的可持續(xù)使用。以Valla Torg舊社區(qū)的改造更新為案例借鑒，從建筑細(xì)節(jié)到城市系統(tǒng)都體現(xiàn)著可持續(xù)、智慧化的思想。由此推及，在我國(guó)城市轉(zhuǎn)型背景下，規(guī)劃者、政府及開發(fā)商不僅應(yīng)對(duì)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)，而且應(yīng)當(dāng)對(duì)方案進(jìn)行落地實(shí)施與管控，并動(dòng)態(tài)追蹤其實(shí)施效果。在社區(qū)更新層面，GrowSmarter從局部到整體的低能耗改造經(jīng)驗(yàn)以及從家庭到社區(qū)的智慧化系統(tǒng)，都值得深入學(xué)習(xí)和借鑒。

11 氣候外殼翻新后公寓

12 翻新后建筑內(nèi)部

13 隔熱玻璃及裝置

14 隔熱玻璃

15 家庭智能管理系統(tǒng)

16 社區(qū)能源管理設(shè)施

17 垃圾光學(xué)分揀回收桶

18 社區(qū)終端回收站

圖片來(lái)源：圖1，8，9來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)；圖7為作者自繪；圖10來(lái)源于谷歌地圖；圖2～6，圖11來(lái)源于文獻(xiàn)[5]；圖12～14為作者自攝。