城市形态对家庭建筑碳排放的影响-以北京为例-秦波.pdf

2 0 1 3 V o l 2 8 N o 2 国际城市规划42 本期主题 The Impact of Urban Form on Household Building Carbon Emission A Case Study of Beijing 城市形态对家庭建筑碳排放的影响 以北京为例 秦波 戚斌 Qin Bo Qi Bin 1 前言 各地极端气候所造成的灾害频发 使全球变暖问题再一次引 起社会广泛关注 低碳发展 已经成为各国政府制定政策的重 要依据 低碳经济与低碳城市 逐渐成为引领新时代产业发展 和城市建设的战略理念 城市作为人口集聚与产业发展的集中地 同时也是能源消耗和碳排放的集中地 在应对气候变化中扮演着 重要角色 低碳城市的发展对于应对全球气候变化 实现科学发 展具有重要意义 1 2 随着经济的快速发展和生活水平的不断提高 我国城市居民 的消费结构逐步由 衣 食 向 住 行 方向升级 城市 中的碳排放也相应地由产业逐步向建筑和交通领域转移 我国的 建筑能耗约占全社会总能耗的 28 2008 年机动车燃油消耗量 约占全国油耗总量的三分之一 可见家庭日常 住 和 行 所 产生的碳排放已成为构建低碳城市所面临的严峻挑战 3 国内外大量研究表明 优化城市空间形态对于遏制居民出行 所造成的碳排放增长趋势具有显著意义 因此对低碳城市的建设 与发展有长期 结构性的作用 4 不同的居住密度 城市蔓延指 数等城市空间形态因素 对于城市居民家居及交通能耗有着不同 效果 从而影响建筑和交通碳排放 5 然而与对交通碳排放影响 的研究相比 关于城市空间形态对居民建筑碳排放影响的相关研 究却明显不足 本文试图以北京所进行的大规模入户调查数据为 基础 研究居民日常建筑内碳排放与其所在区域空间形态之间的 关系 2 文献综述 交通与建筑碳排放和城市空间形态 城市是全世界温室气体排放最主要的场所 城市区域只占全 球陆地面积 2 却消耗近 75 的世界能源 6 排放的温室气体 则占全球总量的 80 7 在我国 仅 287 座地级以上城市在 2010 年排放的 CO2量约占全国排放总量的 72 因此 构建低碳城 市已成为应对全球气候变化所必须的对策 8 城市空间形态指城市中各类要素所形成的空间分布格局以及 摘要 优化空间形态 减少碳排放已成为构建低碳城市的关键 举措 国内外学者已经证实空间形态对交通碳排放的显著影响 但其对建筑碳排放影响方面的研究相对不足 本文通过对北京 1 188 份家庭碳排放问卷进行统计分析 发现人均住房面积每增 加 1 建筑碳排放增加 0 48 家庭每增加 1 人 建筑碳排放 量增加 27 54 家庭人均收入对于建筑碳排放有阶段性影响 呈曲线关系 人口密度与家庭建筑碳排放存在负向关系 因此 北京可通过构建紧凑型城市 加强房地产市场住房面积调控以 及提升中高收入人群低碳意识等政策 降低家庭建筑碳排放 构建低碳城市 Abstract To optimize urban form for reducing carbon emission becomes a key strategy in constructing low carbon cities The existing literature proves the signifi cant impact of urban form on transportation carbon emission however the studies about the impact on building carbon emission are limited Based on 1 188 households survey data collected from Beijing this study found that the household building carbon emission increases 0 48 with the 1 increase in housing area per capita and increases 27 54 with one more people per household It also has curve shape relationship with household income per capita and it is negatively related to urban population density Therefore in order to reduce household building carbon emission and to develop a low carbon city Beijing could adopt the measures such as developing more compactly limiting household area in real estate market and promoting low carbon lifestyle in the upper middle class 关键词 城市形态 家庭建筑碳排放 家庭人均收入 低碳城市 北京 Keywords Urban Form Household Building Carbon Emission Household Income per Capita Low carbon Cities Beijing 国家自然科学基金 项目编号 41001103 澳大利亚研究基金会 ARC 项目编号 DP1094801 联合资助 北京地区普通高等学 校首都经济学科群建设项目 2010 2012 研究成果 作者 秦波 中国人民大学城市规划与管理系 副教授 系副主任 qinbo 戚斌 中国人民大学城市规划与管理系 硕士研究生 qibin0718 文章编号 1673 9493 2013 02 0042 05 中图分类号 TU984 115 文献标识码 A 2 0 1 3 V o l 2 8 N o 2 国际城市规划43 这些格局背后的动力机制 国内外学者对城市空间形态如何 通过影响居民的出行行为 从而最终影响城市交通碳排放展 开许多研究 发现高密度 集中式的紧凑型空间形态 可以 减少不必要的交通出行 从而有效减少城市碳排放 9 10 同时 加强土地混合利用 建立较为平衡的职住体系 落实绿色交 通战略 引导公共交通的合理发展 也可以有效降低交通碳 排放 11 13 通过梳理现有研究 可以发现国内外学者在城市空间形 态角度下 对于打造低碳城市所面临的两大瓶颈 交通碳排 放和建筑碳排放 已有基本共识 对于如何有效控制交通碳 排放 具有较多的实证研究以及较为完善的理论解释 相对 而言 对于如何更好地控制由建筑能耗引起的温室气体排放 仍缺乏相关的实证研究以及理论构建 事实上 至 2020 年 我国将新增城乡房屋建筑面积约 300 亿 m2 建筑生产能耗 约占全国能耗的 15 碳排放量约占总量的 17 另一方面 维持建筑中各类活动正常运行而产生的碳排放约占城市总碳 排放的 60 因此合理控制建筑碳排放 是减少温室气体 排放 减缓全球变暖的重要途径 14 在现有文献中 三个因素被认为和建筑碳排放紧密相 关 家庭人均收入 人均住房面积以及城市空间形态是否紧 凑 一般认为 收入水平与建筑碳排放量有着明显关系 碳 排放量随着收入水平的提高而增大 15 但随着人均收入的 持续提高 人均碳排放边际增速越来越小 具有收敛趋势 16 甚至有学者得出建筑碳排放与人均收入之间存在三次方关 系 即碳排放随着收入先增后减 17 理论上 建筑使用阶 段产生的碳排放量与建筑规模以及人均住房面积保持极强的 相关性 18 通过中外比较 郑思齐等也证实了我国城市中 建筑规模和人均住房面积直接影响着建筑碳排放 17 通过 对美国城市的实证研究 尤因和荣芳指出打造紧凑型城市空 间形态 对于住宅能耗及碳排放有着极为明显的影响 5 这 是因为在人口密度较高的紧凑型城市空间形态中 土地利用 的高容积率导致建筑物暴露于外的人均面积较小 从而减少 了室内外热量交换 达到降低碳排放的效果 3 研究数据与分析模型 本研究通过对 2010 年向北京市居民发放并回收的调查 问卷进行整理 运用 Eviews 软件进行回归分析并得出结论 该家庭能耗问卷共计发放 1 400 份 其中 1 188 份有效问卷 212 份废卷 有效率为 84 9 所采集问卷的空间分布情况 大致与北京市各区县人口分布情况相符 基本信息也与北京 统计年鉴数据相符 性别 年龄 收入等 因此认为此次 问卷能基本反应北京市不同地点居民的能源消耗和建筑碳排 放等情况 问卷所涉及的问题包括每户家庭在住宅内日常生活中 的能耗数量 包括电 煤 天然气 暖气等 和社会经济 状况 包括收入 年龄 人数等 其中能耗数量不包括通 勤和其他出行所产生的能耗 即不包括交通碳排放 基于 北京能源统计年鉴和政府间气候变化专门委员会的能耗 碳排放转换系数 将每户家庭所消耗的能源转换为碳排放 即得到本研究所关注的家庭建筑碳排放量 也就是下文模 型中的因变量 基于前文的文献回顾 下文重点探讨人均住房面积 家 庭成员人数 家庭人均收入以及所在功能区平均人口密度对 于家庭建筑碳排放的影响 实证分析的回归模型为 ln ar c c 1 ln s per c 2 num c 3 income2 c 4 income3 ln u density per c 5 c 6 d1 c 7 d2 c 8 d3 c 9 其中 ar c 为每户家庭建筑总碳排放量 s per 为人 均住房面积 num 为家庭成员人数 income 为家庭人均收 入 u density per 为所在功能区的建成区平均人口密度 而 d1 d3 为哑元变量 其中若样本位于首都核心功能区 则 d1 1 若样本位于城市功能拓展区 则 d2 1 若样本位于 城市发展新区 则 d3 1 自变量当中 如表 1 所示 北京人均住房面积由 1990 年的 11 17m2上升至 2009 年 21 61m2 于 2010 年回落至 19 49m2 20 年间年均增长率约为 3 35 家庭户规模由 1990 年每户 3 2 人 降低至 2010 年每户 2 5 人 年均减少 率约为 1 24 如表 1 所示 人均家庭月收入方面 由 1990 年的 172 元 月上升至 2010 年的 2 780 元 月 年均增长率 约为 14 92 2005 年 依照城市总体规划中关于 两轴两带多中 心 和城市次区域划分的设想 北京以 优化城区和强化 郊区 的原则 将全市划分为首都核心功能区 城市功能 拓展区 城市发展新区和生态涵养发展区四类功能区 四 大功能区由于定位 区位 地貌等不同 其城区的人口密 度差异很大 2010 年 首都核心功能区的城市建成区人口 密度为 23 401 人 km2 城市功能拓展区的城市建成区人口 密度为 9 842 人 km2 城市发展新区的城市建成区人口密 度为 1 845 人 km2 生态涵养发展区的城市建成区人口密 表 1 北京市城镇居民人均住房面积与人均月收入 1990 2010 年份1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 人均住房面积 11 2 12 1 12 8 13 8 15 0 16 8 18 2 18 9 21 0 21 6 19 5 人均月收入 元 1722344666628411047 1104 1426 1868 2306 2780 资料来源 北京市统计年鉴2011 秦波 戚斌 城市形态对家庭建筑碳排放的影响 以北京为例 2 0 1 3 V o l 2 8 N o 2 国际城市规划44 本期主题 度为 864 人 km2 4 回归结果与分析 4 1 回归结果 对以上自变量相关性进行预处理 通过 Eviews 相关程 度分析 结果如表 2 所示 表 2 模型各解释变量相关系数矩阵 log s per numincome2income3log u density per log s per 1 0000 num 0 50691 0000 income20 08620 09681 0000 income30 07030 08020 97191 0000 log u density per 0 1284 0 05950 14700 11421 0000 可见 log s per 与 num 的相关系数为 0 5069 income2 与 income3 虽然相关性较大 但由于两者本身不存在线性关 系 故排除两者之间的多重共线性 此外 其余变量之间相 关系数较小 对于之后结果不会产生多重共线性困扰 为防 止 log s per 与 num 之间存在多重共线性 从而影响结果的 科学性 在此通过方差膨胀因子 VIF 值进行检验 经计算 VIF 1 346 远小于 5 故可认为 log s per 与 num 之间不存 在线性关系 可排除由两者带来的多重共线性困扰 基于实证分析模型进行最小二元法 OLS 回归 结果 如表 3 所示 对结果进行怀特异方差检验 发现的确存在异方差 采 用加权最小二乘法 GLS 进行异方差修正后 得到结果如 表 4 可见 在采用加权最小二乘法消除异方差后 参数的 T 检验均显著 可决系数 R2大幅度提高 北京四个功能区中 家庭建筑碳排放的模型如下 1 首都核心功能区 ln ar c 0 485 ln s per 0 243 num 0 139 income2 0 045 income3 0 037 ln u density per 6 510 2 城市功能拓展区 ln ar c 0 485 ln s per 0 243 num 0 139 income2 0 045 income3 0 050 ln u density per 6 510 3 城市发展新区 ln ar c 0 485 ln s per 0 243 num 0 139 income2 0 045 income3 0 064 ln u density per 6 510 4 生态涵养发展区 ln ar c 0 485 ln s per 0 243 num 0 139 income2 0 045 income3 0 082 ln u density per 6 510 4 2 对结果的分析 总体而言 在控制人均住房面积 家庭成员人数 家庭 人均收入的情况下 家庭建筑碳排放量与所在功能区城市人 口密度呈负相关 即随着人口密度的增加 家庭建筑碳排放 量相应减少 这个发现佐证了建设紧凑型城市能有效降低建 筑碳排放的观点 5 此外 通过回归所得到的系数 不难得出 1 人均住房面积相对于家庭建筑碳排放的弹性系数为 0 485 即人均住房面积每增加 1 相应的家庭建筑碳排放 量也将随之增加 0 485 2 家庭成员人数的变化会导致家庭碳排放量的改变 即每增加一名家庭成员 家庭碳排放量将增加 27 54 3 家庭人均收入方面 当人均月收入在 0 元至 20 478 元之间时 碳排放量始终增加 且边际增速先增大后减小至0 并在人均月收入为 20 478 元时达到建筑碳排放量的最大值 当人均月收入大于 20 478 元后 家庭碳排放量开始逐步减少 4 家庭建筑碳排放与所在功能区的城市人口密度存在 弹性关系 当控制住人均住房面积 家庭成员人数 家庭人 均收入的情况下 四类功能分区人口密度对于各自分区内家 庭建筑碳排放的弹性系数不同 首都核心功能区 城市功能 拓展区 城市发展新区及生态涵养发展区中 建成区人口密 度每增加 1 家庭建筑碳排放量将分别随之降低 0 037 表 3 实证分析模型的 OLS 回归结果 系数T 值显著性水平 C 1 0 48322 891 0 001 C 2 0 24220 639 0 001 C 3 0 1375 555 0 001 C 4 0 044 5 278 0 001 C 5 0 086 2 093 0 0365 C 6 0 0463 302 0 0010 C 7 0 0322 822 0 0048 C 8 0 0182 658 0 0080 C 9 6 54321 741 0 001 R2 0 401 df 1 188 表 4 实证分析模型的 GLS 回归结果 系数T 值显著性水平 C 1 0 485276 402 0 001 C 2 0 243382 481 0 001 C 3 0 139 72 022 0 001 C 4 0 045 70 408 0 001 C 5 0 082 31 888 0 001 C 6 0 044 52 477 0 001 C 7 0 031 44 540 0 001 C 8 0 017 44 981 0 001 C 9 6 510354 902 0 001 R2 1 000 df 1 188 2 0 1 3 V o l 2 8 N o 2 国际城市规划45 0 050 0 064 和 0 082 5 趋势分析与讨论 根据模型及数据分析结果 不难得出人均住房面积 家 庭成员人数 家庭人均收入以及所在功能区的建成区人口密 度都在影响着家庭建筑碳排放 5 1 人均住房面积 1990 2010 年北京市城镇居民人均住房面积年均增长 率为 3 35 截至 2010 年 城镇居民人均住房面积已达 19 5m2 模型中的弹性关系不难得出 由人均住房面积增加 而引起的家庭建筑碳排放量的年均增长率约为 1 63 按目 前北京市人均住房面积年均增长率计算 若达到 2010 年住 房和城乡建设部公布的全国城市人均居住面积 30m2的水平 由住房面积增加引起的家庭建筑碳排放将增加 23 4 5 2 家庭成员人数 自实行计划生育政策以来 我国人口增长得到了有效 控制 北京市户均人口年均减少率约为 1 24 由 1990 年 的每户 3 2 人降低至 2010 年每户 2 5 人 按模型关系可得 近 20 年由于家庭成员人数减少导致的家庭户均建筑碳排放 约降低 19 28 但另一方面 就总量一定的城市人口而言 家庭成员人数减少意味着家庭总户数的增加 从而导致家庭 建筑碳排放总量的增长 这意味着在北京 单就家庭建筑碳 排放总量的视角出发 存在着一个最优的家庭成员人数 基 于本模型的分析结果 当家庭人数为 4 时 城市家庭建筑碳 排放的总量最小 5 3 家庭人均收入 家庭建筑碳排放随着收入会出现阶段性的变化 基本符 合环境库兹涅茨曲线 由模型可得 随收入的变化 家庭建 筑碳排放量出现以下 4 个阶段 1 快速增长阶段 该阶段属于 建筑碳排放 收入 曲线中的粗放型阶段 当家庭人均收入较低时 由于其他生 活必需花销的存在 导致居民不得不投入更多精力去合理安 排消费结构 主观上更多地重视对能耗花费的节约 从而居 民的建筑碳排放量较低 但随着收入的增加 建筑能耗消费 在总消费中的占比逐步减少 导致主观上重视程度降低 甚 至出现人为的浪费 因此家庭建筑碳排放量随收入增加而逐 步增大 且增速加快 2 缓慢增长阶段 该阶段属于 建筑碳排放 收入 曲线中的集约型阶段 随着收入逐步提高 家庭能耗占总消 费比重不断下降 家庭能耗花费占家庭人均收入的比重较低 居民在其他因素如投资重心转移的影响下 逐渐产生抑制人 为浪费的节能环保意识 从而导致家庭建筑碳排放虽然仍处 于上升阶段 但增速逐步降低 开始步入 集约型阶段 3 快速降低阶段 该阶段属于 建筑碳排放 收入 曲线中的技术型阶段 当收入达到一定水平后 家庭建筑碳 排放开始降低 且降低速率不断提高 可能的原因是 随着 收入水平提高 社会发展到达一定程度 此时由于教育的普 及与深化 居民素质得到一定提高 低碳意识逐步提升 在 日常生活中注重能源的节约与重复利用 同时 伴随科技水 平的不断提高 抑制建筑碳排放的手段增多 从科技水平上 给予建筑低碳足够的支持 4 缓慢降低阶段 该阶段属于 建筑碳排放 收入 曲线中的缓和型阶段 当收入水平较高后 虽然低碳观念有 所提升 低碳技术日趋完善 但由于能源消耗使用在技术型 阶段已被压缩到较小限度 出现降低速度逐步减慢的趋势 5 4 城市人口密度 就北京市四个功能分区而言 随着建成区人口密度的 提升 家庭建筑碳排放量相对于建成区人口密度的弹性系数 逐渐减小 即当城市形态较为松散时 建成区人口密度增加 1 能较大幅度的降低每户家庭的家庭碳排放量 当城市 形态较为紧凑时 建成区人口密度增加 1 仍能降低每户 家庭的碳排放量 但降低幅度较小 所以 从城市总体经济 性考虑 打造极化的紧凑区域对于构建低碳城市有着重要作 用 大城市在低碳城市中扮演着极其重要的角色 优先发展 大城市并构建紧凑型城市形态对于减少家庭建筑碳排放有直 接作用 但如若考虑在低密度与高密度区域同时增加相同人口而 导致的区域总体家庭碳排放的变化情况 则不难看出在紧凑 型区域增加等量的人数所带来的家庭总体碳排放增量 将明 显低于在松散型区域增加等量人数所带来的增量 即当城市 紧凑程度达到一定阶段后 再提高人口密度 对于家庭建筑 碳排放的减少效果已不甚明显 但由于过度紧凑带来的居民 舒适度的降低以及城市问题的出现则逐步显著 成为限制居 民生活水平提高的重要瓶颈 6 政策建议 针对北京实证分析的结果 提出以下政策建议 1 考虑到人口密度与建筑碳排放的弹性关系 从首都 核心功能区疏散的人口应优先考虑入驻城市功能拓展区 而 在保证居民生活舒适度的情况下 功能拓展区应尽量采取紧 凑型城市发展模式 从而降低家庭建筑碳排放 此外 城市 发展新区应主动承担起吸收被疏散人口及新增人员的责任 秦波 戚斌 城市形态对家庭建筑碳排放的影响 以北京为例 2 0 1 3 V o l 2 8 N o 2 国际城市规划46 本期主题 在缓解首都核心功能区与城市功能拓展区压力的同时 提高 自身人口密度 坚持城市紧凑化发展 为建设低碳北京做出 贡献 2 由于人均住房面积越大 家庭碳排放量也越大 并 且弹性系数很大 因此 为着力打造低碳城市 北京应当在 保证房地产市场健康有序发展的前提下 对新投入市场的住 房进行有效调控 尽量提倡中小户型的使用 严格控制大户 型住房比例 对于即将投入建设的住房开发项目与正在规划 的开发项目 应通过政策鼓励开发商建设中小户型房屋 3 建筑碳排放 收入 曲线说明收入对于家庭建筑 碳排放有着阶段性影响 就目前情况看 北京市城镇居民人 均月收入远不到 20 478 元 绝大部分家庭的建筑碳排放正 处于随收入增加而快速增大阶段 政府应把握先机 有远见 地制定相关政策 同时通过有效的低碳宣传 争取在收入达 到拐点前预先引起居民对建筑碳排放的重视 引导其建立正 确的建筑能耗消费观念 以起到有效调控家庭建筑碳排放的 目的 参考文献 1 顾朝林 谭纵波 刘宛等 气候变化 碳排放与低碳城市规划研究进 展 J 城市规划学刊 2009 3