寒冷地区老旧小区空间形态与碳排放关联性研究——以济南市老旧小区为例

作     者：沈志成 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑斐;王乾

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 0833[工学-城乡规划学] 083303[工学-住房与社区建设规划] 

主      题：寒冷地区 碳排放 老旧小区 空间形态 影响机理分析 更新策略 

摘      要：过去四十年间,快速的城镇化进程提高了经济发展水平和人们的生活品质,然而,城镇化进程给我国环境与能源带来了的巨大冲击已经成为了一个不可忽视的问题,城镇居住建筑运行阶段筑碳排放占据了建筑全过程碳排放的38%,且有增长的趋势。老旧小区作为城镇居住建筑的一部分,因其用能形式落后、维护结构老旧等问题产生了较高的碳排放,因此,老旧小区存量的低碳更新已经成为了迫在眉睫的问题。以往对老旧小区碳排放的研究大多停留在老旧小区单体层面,多聚焦于老旧小区用能行为、围护结构热工参数及设备设施层面的碳排放研究,忽视了街区层面老旧小区空间形态对于节能减排的巨大潜力。自此,本文结合城市能源建模(Urban Building Energy Modeling,UBEM)方法,基于Rhino&Grasshopper参数化平台,构建以模型建构-碳排放模拟-统计分析为主体的老旧小区对运营阶段碳排放影响分析的参数化流程。基于此流程,本文选取了寒冷地区济南的60个典型老旧小区样本,借助参数化模拟和统计分析等手段探讨寒冷地区老旧小区空间形态与建筑运行阶段碳排放的关联程度,并结合统计分析结果提出相应的老旧小区空间形态更新策略。本研究可分基础研究、流程构建、定量研究三部分:(1)基础研究:首先再结合国内外相关研究梳理了城市/街区能源建模方法(UBEM方法)和城市形态与碳排放的关联性,再对老旧小区“碳系统进行解析,划定本老旧小区运营阶段碳排放核算的边界,再构建老旧小区描述性空间形态参数指标体系并定性的阐明其与碳排放的关联性。(2)流程构建:基于城市能源建模(Urban Building Energy Modeling,UBEM)方法和统计分析法,构建了以模型建立-碳排放模拟-统计分析为主体的街区尺度寒冷地区老旧小区形态对碳排放影响及其更新策略研究的参数化流程。(3)定量分析:根据第二部分研究的一般性流程,选取寒冷地区济南市中心城区60个典型的老旧小区样本,结合Arch Gis和Grasshopper建立老旧小区建筑能量信息模型,使用城市能源集群模拟软件UMI对老旧小区进行单位面积碳排放模拟。使用spass软件,针对老旧小区形态计算结果和碳排放数据的模拟结果,以形态计算数据为自变量,碳排放模拟数据为因变量。使用Pearson相关分析法分析两者之间的关联性,再使用多元线性回归法构建形态因子与碳排放的回归模型。通过回归结果,提取关键影响参数以控制变量法研究关键参数的减碳阈值。最后通过以上定量分析结果提出以减碳为导向的寒冷地区老旧小区形态更新策略。研究结果表明,就寒冷地区济南而言,容积率、建筑密度、街区围合度、体形系数、平均街道高宽比对老旧小区运行阶段单位面积碳排放影响显著。并且对板式、点式、混合式、围合式四种类型老旧小区都有着不同程度的影响,其中,容积率和街区围合度是影响老旧小区单位面积碳排放的水平的关键参数。研究发现板式、点式、混合式、围合式老旧小区容积率每增加0.05、0.07、0.05、0.13,碳排放减少1%。从街区围合度来看,街区围合度需增加0.07,碳排放减少1%。最后,综合定量分析结果提出寒冷地区济南市老旧小区形态优化策略,并通过仿真模拟研究作为佐证。研究发现,通过形态更新策略的应用老旧小区单位面积碳排放可减少3.9%。