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Low-carbon indicator system – Sino : evaluating low-carbon city development level in China

Zhang, Yuanyuan

Climate change is affecting human society in different aspects, thus attracting global focus. With over half of the global population now living in urban areas, cities will face great challenges as they are hotspots for disaster and climate risks and major contributors to greenhouse gas (GHG) emissions. However, as a highly artificial system, urban development depends on human decisions to a large extent. It is possible to minimize the influence through reasonable development strategies. The previous concept and endeavor of sustainable cities likely need to be adjusted according to climate change. China and other emerging countries are experiencing a rapid urbanization, industrialization and modernization process that will result in a significant increase in economic development and urban construction in the future decades. In this process, if the urban development follows the traditional pattern, once they are built, cities will be locked in an energy- and carbon-intensive development model over a considerable period of time. Low-carbon city development will ensure that the process is more resilient to potential climate crisis and at the same time prevent aggravation of the ongoing climate change. Therefore, there is an urgent need to develop an appropriate evaluation framework of low-carbon city development levels in China. German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) launched the “Cooperative Project Shanghai: Integrated Approaches towards a Sustainable and Energy-Efficient Urban Development – Urban Form, Mobility, Housing and Living” in 2008 and entrusted the Institute of City Planning and Urban Design at the University of Duisburg-Essen to develop a tool “Low Carbon Index (LCI®)” to evaluate the energy-efficiency and CO2 emissions of urban areas, which has been tested in the Shanghai Hongqiao Low Carbon Business Center project. This evaluation tool is intuitive and understandable, and provides a new consideration for the study of low-carbon city evaluation, but improvements are still needed in terms of practice guidance, operability, flexibility, etc. Under this background, the aim of the thesis is to develop a low-carbon city evaluation system for Chinese cities based on the experience of LCI®, in order to provide standards and guidance for low-carbon city development in China. Firstly, the connotation and definition of the low-carbon city was taken from a review of the theory and its background. Based on the review of existing research achievements, the low-carbon city is defined as a city that strives to reduce its GHG emissions and increase its carbon sinks, while simultaneously adapting to the anticipated climate change impacts. This definition suggests that climate mitigation and adaptation are two key points of low-carbon city development with the same significance, and identifies these both as the main basis of low-carbon city evaluation. Secondly, six key climate-related urban sectors of “urban design”, “transport”, “energy”, “building”, “water”, and “municipal solid waste” were identified and their significance in low-carbon city evaluation, carbon emission contribution, climate risk, and climate mitigation and adaptation strategies were studied in depth. Action in these six sectors could substantially improve the level of low-carbon development in a city, thus, it indicates the orientation of low-carbon city evaluation. Thirdly, an evaluation framework of low-carbon city development level – Low-Carbon Indicator System – Sino (LCISS) is constructed. It consists of three parts: “indicator list”, “evaluation checklist and report”, and “development guideline”. “Indicator list” is the evaluation tool, which is a comprehensive indicator system constructed through coupling three urban planning scales with the six key urban sectors. It is organized as a three-level hierarchic structure that contains 6 first-class indicators, 17 second-class indicators, and 54 third-class indicators. All indicators of this system are selected by using Theoretical Analysis method and Delphi method, and the weight of the indicators is determined by Delphi method and Analytic Hierarchy Process (AHP) method. “Evaluation checklist and report” is the evaluation result as well as a systematic review of the situation of a city’s low-carbon development level. “Development guideline” is an action plan that describes where improvement is needed in the future. The feature of LCISS is that it could help cities to evaluate the process and status of their low-carbon development, to identify where inefficiencies occur as well as where action is needed, to assess the potential for improvement, and to formulate an action plan, so as to advance the low-carbon development in a more efficient way. Finally, the evaluation framework of Low-Carbon Indicator System – Sino was tested using the Sino-Singapore Tianjin Eco-City (SSTEC) project as an example. The evaluation results showed that SSTEC has advantages in low-carbon development at all three urban planning scales, but there is still room for improvement in several sectors, such as traffic management, building certification, flood control, and waste recycling regulations. The results of this evaluation conform with the actual development situation of SSTEC. It is expected that this thesis will be of practical value for the low-carbon city evaluation process.

Der Klimawandel gewinnt zunehmend weltweite Aufmerksamkeit; denn er beeinflusst die Gesellschaft in vielfältiger Weise. Über die Hälfte der Weltbevölkerung lebt heute in Großstädten. Daher werden diese großen Herausforderungen zu bewältigen haben; denn sie werden sowohl Brennpunkte für Klimakatastrophen und –risiken als auch die Hauptverursacher der Treibhausgasemissionen sein. Stadtentwicklung ist ein hochkomplexes künstliches System, das hauptsächlich von menschlichen Entscheidungen abhängig ist. Insofern können vernünftige Entwicklungsstrategien Katastrophen und Risiken minimiert werden. Bisherige Konzepte und Bemühungen zukunftsfähiger Städte müssen dem Klimawandel entsprechend angepasst werden. China und andere Schwellenländer erleben gerade einen rapiden Urbanisierungs-, Industrialisierungs- und Modernisierungsprozess, der in einem bedeutenden Anstieg von Bauprojekten und wirtschaftlicher Entwicklung in den kommenden Jahrzehnten münden wird. Wenn die Stadtentwicklung dem bisherigen Muster folgt, werden die Städte, sobald sie gebaut sind, über einen beträchtlichen Zeitraum in einem energie- und kohleabhängigen Entwicklungsmodell stecken bleiben. Umweltfreundliche Stadtentwicklung garantiert eine belastbarere Entwicklung im Angesicht einer potentiellen Klimakrise und beugt gleichzeitig einer Verschärfung des andauernden Klimawandels vor. Daher ist es dringend notwendig, angemessene Bewertungsmaßstäbe für umweltfreundliche Entwicklungsstufen in China zu entwickeln. Das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) startete 2008 das „Cooperative Project Shanghai: Integrated Approaches towards a Sustainable and Energy-Efficient Urban Development – Urban Form, Mobility, Housing and Living” und beauftragte das Institut für Stadtplanung und Städtebau an der Universität Duisburg-Essen mit der Entwicklung des „Low Carbon Index (LCI®)”, um Energieeffizienz und CO2 Emissionen im städtischen Raum bewerten zu können. Dieser Index wurde bereits im Shanghai Hongqiao Low Carbon Business Center Projekt getestet. Dieses Bewertungsinstrument ist intuitiv und verständlich und stellt eine neue Betrachtungsweise für die Erforschung der Bewertung umweltfreundlicher Städte dar, allerdings sind immer noch Verbesserungen vonnöten, was den Praxisbezug, die Bedienbarkeit und die Flexibilität anlangt. Vor diesem Hintergrund ist das Ziel der Arbeit, ein System für die Bewertung der Umweltfreundlichkeit chinesischer Städte auf der Praxiserfahrung des LCI® zu entwickeln, um Standards und Anleitungen für eine umweltfreundliche Stadtentwicklung in China zur Verfügung stellen zu können. Zunächst wurden Inhalte und Definition einer umweltfreundlichen Stadt hergeleitet aus der Betrachtung der Theorie und deren Hintergrund. Basierend auf der Auswertung bereits vorhandener Forschungsergebnisse ist die umweltfreundliche Stadt als eine definiert, die sich für eine Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen und Anhebung der Kohlenstoffsenken einsetzt, während sie sich gleichzeitig an die erwarteten Auswirkungen des Klimawandels anpasst. Diese Definition unterstellt, dass Klimaschutz und -anpassung zwei elementare Schlüsselaspekte der umweltfreundlichen Stadtentwicklung von gleichrangiger Bedeutung sind, und bestimmt diese beiden auch als Hauptgrundlage für die Bewertung der umweltfreundlichen Stadt. Zweitens wurden die sechs stadtrelevanten Klimafaktoren Stadtgestaltung, Transport, Energie, Gebäude, Wasser und kommunale Abfälle bestimmt und ihre Bedeutung für die Bewertung der umweltfreundlichen Stadt, den Anteil an Kohlenstoffemissionen, die Klimagefährdung, den Klimaschutz und Anpassungsstrategien ausgiebig untersucht. Ein Handeln in diesen sechs Bereichen könnte erheblich den Grad einer umweltfreundlichen städtischen Entwicklung steigern. Damit werden auch die Richtlinien für eine Bewertung umweltfreundlicher Städte bestimmt. Drittens wird ein Bewertungsrahmen zur Bemessung der umweltfreundlichen Stadtentwicklung – Low-Carbon Indicator System – Sino (LCISS) geschaffen. Er besteht aus drei Teilen: „indicator list”, „evaluation checklist and report”, und „development guideline”. Die Indikatorenliste ist ein Bewertungsinstrument, welches ein komplexes Indikatorensystem darstellt, das sich zusammensetzt aus der Verbindung von drei urbanen Planungsmaßstäben mit den o.g. sechs Faktoren. Konstruiert ist sie in einem dreistufigen hierarchischen Aufbau, der sechs erstrangige, 17 zweitrangige und 54 drittrangige Indikatoren enthält. Alle Indikatoren dieses Systems werden gewählt, indem die Theoretische Analyse Methode und die Delphi Methode zum Tragen kommen. Die Gewichtung der Indikatoren wird durch die Delphi Methode und die Analytische Hierarchie Prozess (AHP) Methode festgelegt. Bewertung, Checkliste und Bericht („evaluation checklist and report”) meint das Bewertungsergebnis ebenso wie die systematische Erfassung des Entwicklungsstands der gegenwärtigen städtischen Umweltfreundlichkeit. Entwicklungsrichtlinie („development guideline”) bezieht sich auf den Aktionsplan, der beschreibt, wo Verbesserungen nötig sind. Das Leistungsmerkmal des LCISS ist, Städten zeigen zu können, wie man den Prozess und gegenwärtigen Stand einer umweltfreundlichen Entwicklung bewerten, Ineffizienzen herausfinden und Aktionsbedarf, Verbesserungsmöglichkeiten und Aktionspläne ermitteln kann, um die umweltfreundliche Entwicklung effektiver zu gestalten. Schließlich wurde der Bewertungsrahmen des Low-Carbon Indicator Systems – Sino getestet, indem das Sino-Singapore Tianjin Eco-City (SSTEC) Projekt als Beispiel herangezogen wurde. Die Bewertungsergebnisse zeigten, dass das SSTEC zwar Vorteile in der umweltfreundlichen Entwicklung auf allen drei städtischen Planungsebenen bringt, jedoch immer noch Raum für Verbesserungen in einigen Bereichen da ist, beispielsweise in der Verkehrsplanung, der Gebäudebewertung, dem Hochwasserschutz und den Abfallaufbereitungsverordnungen. Die Ergebnisse dieser Bewertung stimmen mit der aktuellen Entwicklungssituation beim SSTEC überein. Es wird erwartet, dass diese Arbeit von praktischem Nutzen für einen umweltfreundlichen Stadtentwicklungsprozess ist.

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Zhang, Yuanyuan: Low-carbon indicator system – Sino. evaluating low-carbon city development level in China. 2016.

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