建筑碳排放現(xiàn)狀及路徑

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摘要：面對(duì)全球變暖的危機(jī)，中國(guó)作出戰(zhàn)略部署：將在2030年之前實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰，并力爭(zhēng)2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，以應(yīng)對(duì)氣候變暖。建筑業(yè)作為能耗大戶，理應(yīng)對(duì)此積極響應(yīng)。該文通過(guò)分析中國(guó)建筑碳排放現(xiàn)狀，針對(duì)建筑建造和建筑運(yùn)行兩大部分的巨大碳排放量，探討建筑行業(yè)要達(dá)到碳中和的可能途徑。認(rèn)為應(yīng)以提升建筑節(jié)能為基礎(chǔ)，同時(shí)改變用能方式，推行完全的“電改氣”，大力發(fā)展風(fēng)電光電，這些都是減少建筑運(yùn)行過(guò)程碳排放的有效途徑。除了建筑運(yùn)行的間接碳排放外，通過(guò)改變“大拆大建”模式，減少由建筑建造造成的碳排放和建筑領(lǐng)域的非二氧化碳溫室氣體排放同樣刻不容緩。

關(guān)鍵詞：碳達(dá)峰；碳中和；建筑建造碳排放；建筑運(yùn)行碳排放；光儲(chǔ)直柔；風(fēng)電光電；建筑節(jié)能

全球變暖是人類行為造成地球氣候變化的后果。“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素構(gòu)成的自然資源。“碳”耗用得多，導(dǎo)致地球暖化的元兇“二氧化碳”也制造得多。隨著人類活動(dòng)，全球變暖也日益影響著人們的生活方式，帶來(lái)越來(lái)越多的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。主席在2020年9月22日的聯(lián)合國(guó)大會(huì)上鄭重宣示了中國(guó)政府在減緩氣候變化方面的戰(zhàn)略部署：要在2030年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，力爭(zhēng)2060年實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。此次會(huì)議之后，又先后在六次國(guó)際會(huì)議上重申了這一戰(zhàn)略目標(biāo)，黨的五中全會(huì)和隨后的經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上也強(qiáng)調(diào)了這一戰(zhàn)略目標(biāo)。碳達(dá)峰、碳中和已納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。2030和2060的愿景為我國(guó)以能源轉(zhuǎn)型為目的的能源革命給出了清晰的目標(biāo)和具體的時(shí)間表。這一戰(zhàn)略行動(dòng)不僅是能源領(lǐng)域改革和轉(zhuǎn)型的問(wèn)題，更將對(duì)我國(guó)未來(lái)四十年的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。建筑部門(mén)作為工業(yè)、交通和建筑三大用能部門(mén)之一，與能源消費(fèi)和碳排放密切相關(guān)，能源轉(zhuǎn)型和碳中和也必然會(huì)對(duì)這個(gè)部門(mén)的發(fā)展帶來(lái)巨大影響。如何實(shí)現(xiàn)建筑部門(mén)的碳達(dá)峰和碳中和，既是相關(guān)行業(yè)主管部門(mén)面臨的緊迫的問(wèn)題，也是相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)者密切關(guān)注的大事。

1中國(guó)建筑碳排放現(xiàn)狀

1.1中國(guó)建筑碳排放總體情況

中國(guó)社科院學(xué)部委員、北京工業(yè)大學(xué)生態(tài)文明研究院院長(zhǎng)潘家華指出：“碳達(dá)峰、碳中和工作沒(méi)有捷徑可走，首當(dāng)其沖就是要控制化石能源消費(fèi)。”建筑領(lǐng)域相關(guān)的絕大部分能源消費(fèi)和溫室氣體排放都是發(fā)生在建筑的建造和運(yùn)行這兩個(gè)階段。根據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心對(duì)于中國(guó)建筑領(lǐng)域用能及排放的核算結(jié)果，2019年中國(guó)建筑造和運(yùn)行用能占全社會(huì)總能耗的33%[2]，與全球比例接近。但中國(guó)建筑建造占全社會(huì)能耗的比例為11%，高于全球5%的比例[2]。建筑運(yùn)行占中國(guó)全社會(huì)能耗的比例為23%，低于全球平均水平，未來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生活水平的提高，建筑用能在全社會(huì)用能中的比例還將繼續(xù)增長(zhǎng)。從CO2排放角度看，2019年中國(guó)建筑建造和運(yùn)行相關(guān)二氧化碳排放占中國(guó)全社會(huì)總CO2排放量的比例約38%，其中建筑建造占比為16%，建筑運(yùn)行占比為22%[2]。

1.2建筑建造能耗相關(guān)二氧化碳排放情況

根據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心的估算結(jié)果，2019年中國(guó)民用建筑建造能耗為5.4億tce，占全國(guó)總能耗的11%[3]。而民用建筑建造由于建材生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工過(guò)程導(dǎo)致的二氧化碳排放量已達(dá)16億噸[3]。在這之中，建材生產(chǎn)運(yùn)輸階段用能相關(guān)的碳排放以及水泥生產(chǎn)工藝過(guò)程碳排放是主要部分，分別占比77%和20%[3]。盡管這16億建材生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)奶寂欧疟挥?jì)入工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸?shù)奶寂欧牛绻麤](méi)有旺盛的建筑市場(chǎng)需求，工業(yè)和交通部門(mén)就不會(huì)這樣大規(guī)模生產(chǎn)和運(yùn)輸這些建材。所以這部分碳排放也應(yīng)由建筑部門(mén)分擔(dān)其減排責(zé)任。若將上述部分碳排放納入統(tǒng)計(jì)，則民用建筑建造的碳排放約占我國(guó)建筑業(yè)建造相關(guān)碳排放的40%。而2019年我國(guó)建筑業(yè)建造（民用建筑建造、基礎(chǔ)設(shè)施建造）相關(guān)的碳排放總量約43億噸CO2[2]，接近我國(guó)碳排放總量的二分之一。

1.3建筑運(yùn)行能耗相關(guān)二氧化碳排放情況

2019年，中國(guó)建筑運(yùn)行的化石能源消耗相關(guān)的碳排放約22億噸CO2[3]。其中直接碳排放約占29%，電力相關(guān)的間接碳排放占50%，熱力相關(guān)的間接碳排放占21%[2]。2019年我國(guó)建筑運(yùn)行相關(guān)二氧化碳排放折合人均建筑運(yùn)行碳排放指標(biāo)為1.6t/cap，折合單位面積平均建筑運(yùn)行碳排放指標(biāo)為35kg/m2。按照四個(gè)建筑用能分項(xiàng)的碳排放占比分別為：農(nóng)村住宅23%，公共建筑30%，北方采暖26%，城鎮(zhèn)住宅21%[2]。將四部分建筑碳排放的規(guī)模、強(qiáng)度和總量表示在圖1[2]中，橫向表示建筑面積，縱向表示四單位平方米碳排放強(qiáng)度，四個(gè)方塊的面積即是碳排放總量。可以發(fā)現(xiàn)，四個(gè)分項(xiàng)的碳排放呈現(xiàn)與能耗不盡相同的特點(diǎn)：公共建筑由于建筑能耗強(qiáng)度最高，所以單位建筑面積的碳排放強(qiáng)度也最高，為48kgCO2/m2；而北方供暖分項(xiàng)由于大量燃煤，碳排放強(qiáng)度次之，為36kgCO2/m2[3]；農(nóng)村住宅和城鎮(zhèn)住宅單位平方米的一次能耗強(qiáng)度相差不大，但農(nóng)村住宅由于電氣化水平低，燃煤比例高，所以單位平方米的碳排放強(qiáng)度高于城鎮(zhèn)住宅。農(nóng)村住宅單位建筑面積的碳排放強(qiáng)度為23kgCO2/m2，而城鎮(zhèn)住宅單位建筑面積的碳排放強(qiáng)度為16kgCO2/m2[4]。1.4建筑領(lǐng)域非二氧化碳溫室氣體排放情況除二氧化碳排放以外，建筑運(yùn)行階段使用的制冷產(chǎn)品，包括冷機(jī)、空調(diào)、冰箱所使用的制冷劑泄露后成為導(dǎo)致全球氣溫上升的一種溫室氣體，因此建筑運(yùn)行階段還會(huì)帶來(lái)這部分非二氧化碳溫室氣體排放。HFCs類物質(zhì)由于其臭氧損耗潛值為零的特點(diǎn)，曾被認(rèn)為是理想的臭氧層損耗物質(zhì)替代品，被廣泛用作冷媒。但其全球變暖潛值（GWP，globalwarmingperformance）較高，目前也成為建筑領(lǐng)域的非二氧化碳溫室氣體排放主要來(lái)源。HFCs在建筑領(lǐng)域主要用于空調(diào)制冷設(shè)備制冷劑的制造，由此所導(dǎo)致的溫室氣體排放也是中國(guó)占比最大的非二氧化碳溫室氣體排放。根據(jù)北京大學(xué)胡建信教授的研究結(jié)果，中國(guó)由于家用空調(diào)和商業(yè)空調(diào)造成的HFC溫室氣體排放每年約為1～1.5億噸CO2-eq[3]，而且近幾年增長(zhǎng)較快。

2碳中和路徑探討

2.1以提升建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)

從20世界70年代后期開(kāi)始，經(jīng)過(guò)了30多年的艱苦努力，我國(guó)的建筑節(jié)能經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代（圖2）。從節(jié)能率30%到節(jié)能率大于90%，可以看出建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而根據(jù)對(duì)我國(guó)居住建筑年代分布分析統(tǒng)計(jì)來(lái)看，我國(guó)90%以上的住宅建成于1980年后，有一半建成于2000年后。不同建筑的節(jié)能效果根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)必定有較大的差異，尤其節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重點(diǎn)就是提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能，以降低冬季采暖的熱需求，尤其對(duì)于北方集中采暖地區(qū)，按照不同階段標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造的居住建筑，其供暖熱需求差別能達(dá)到3倍以上[5]。因此，對(duì)現(xiàn)有存量建筑進(jìn)行建筑改造升級(jí)迫在眉睫。我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能的需求在不斷提高，同時(shí)我國(guó)與國(guó)際接軌，建立了富有中國(guó)特色且符合中國(guó)國(guó)情的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。2019年的新版《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)綠色建筑向高質(zhì)量發(fā)展起到了很大作用。橫向?qū)Ρ葒?guó)際綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系：歐洲是最綠的，日本是綠得最精致的，美國(guó)是綠得最商業(yè)化的，而中國(guó)是綠得最快的，我國(guó)已經(jīng)是世界上最大規(guī)模的綠建國(guó)家。截至2018年底，全國(guó)獲得綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)的項(xiàng)目累計(jì)超過(guò)1萬(wàn)個(gè)，建筑面積超過(guò)10億m2[4]。下一步，我國(guó)可加快大規(guī)模推進(jìn)近零能耗建筑、被動(dòng)式建筑、零能耗建筑等的建造，進(jìn)一步大規(guī)模降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)碳中和。

2.2通過(guò)用能方式

調(diào)整，消除建筑的運(yùn)行碳排放減少直接碳排放，主要是減少使用各類化石燃料。目前，我國(guó)建筑內(nèi)的二氧化碳直接排放總量約為6億t，其主要排放來(lái)源：炊事、生活熱水、農(nóng)村與近郊區(qū)的分戶燃煤采暖以及醫(yī)院、商業(yè)建筑、公共建筑使用的燃?xì)怛?qū)動(dòng)的蒸汽鍋爐和熱水鍋爐[5]。這些活動(dòng)主要使用燃?xì)鈦?lái)獲得能量，實(shí)際上燃?xì)庖灿刑寂欧牛挥袑?shí)現(xiàn)“氣改電”才能實(shí)現(xiàn)建筑零碳。炊事上使用電炊具替換燃?xì)獯毒撸粺岜脽崴鳌㈦姛崴魈鎿Q燃?xì)鉄崴鳎粺岜锰鎿Q燃?xì)鉄崴仩t；取消集中蒸汽系統(tǒng)，改為分散；必須使用蒸汽時(shí)，改大型電熱蒸汽發(fā)生器為小型。在政策機(jī)制上全面推廣“氣改電”，加強(qiáng)宣傳，使百姓在理念和認(rèn)識(shí)上進(jìn)行轉(zhuǎn)變，應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)建筑零直接碳排放的最重要途徑。除了直接碳排放外，由于建筑的電力熱力供應(yīng)造成的間接碳排放是建筑相關(guān)碳排放中的主要部分，降低這部分碳排放，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)零碳或碳中和，是建筑減排和實(shí)現(xiàn)碳中和的主要任務(wù)。為此，必須改變電力和熱力的生產(chǎn)方式，努力實(shí)現(xiàn)電力熱力生產(chǎn)的零碳或碳中和。核電、水電、風(fēng)電、光電以及以生物質(zhì)為燃料的火電都屬于零碳電力，如果使這些電力成為我國(guó)的主要電源，只用少量的燃煤燃?xì)怆娏ψ鳛檠a(bǔ)充，再依靠一些二氧化碳捕捉和貯存的技術(shù)，回收燃煤燃?xì)饣痣娕欧诺亩趸迹陀锌赡軐?shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)的碳中和。江億院士在2021年成都綠建大會(huì)上作的“建筑部門(mén)實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑”的報(bào)告中，提出“光儲(chǔ)直柔”建筑將成為發(fā)展零碳能源的重要支柱。基于我國(guó)自然條件情況，在未來(lái)我國(guó)發(fā)展大比例的風(fēng)電光電的電源結(jié)構(gòu)背景下，建筑部門(mén)要實(shí)現(xiàn)碳中和，就應(yīng)大力發(fā)展建筑表面光伏發(fā)電，同時(shí)，讓建筑消納周邊地區(qū)的風(fēng)電光電基地的零碳電力。而建筑實(shí)現(xiàn)靈活消納可再生電力的關(guān)鍵是柔性用電，即“光儲(chǔ)直柔”。

2.3減少建筑建造和維修中使用建材的碳排放

目前，我國(guó)城鄉(xiāng)建筑建成面積已超過(guò)600億m2，尚有超過(guò)100億m2的建筑處于施工階段。全部完工后，我國(guó)人均建筑面積指標(biāo)將超過(guò)日本、韓國(guó)、新加坡這三個(gè)亞洲發(fā)達(dá)國(guó)家的目前水平，并接近法國(guó)、意大利等歐洲國(guó)家水平。房屋總量已不存在供給不足問(wèn)題。現(xiàn)在每年的城鎮(zhèn)住宅和公建竣工面積維持在30～40億m2之間，但每年拆除的建筑面積也已經(jīng)將近20億m2[5]。這表明我國(guó)房屋建造已經(jīng)從增加房屋供給以滿足剛需轉(zhuǎn)為拆舊蓋新以改善建筑性能和功能。“大拆大建”已成為建筑業(yè)的主要模式。持續(xù)的大拆大建，將持續(xù)導(dǎo)致對(duì)鋼鐵、建材的旺盛需求，鋼鐵和建材的生產(chǎn)也就將持續(xù)地旺盛下去，由此形成的碳排放就很難降下來(lái)。因此，改變既有建筑改造和升級(jí)換代模式，由大拆大建改為維修和改造，可以大幅度降低建材的用量，從而減少建材生產(chǎn)過(guò)程的碳排放。建筑產(chǎn)業(yè)應(yīng)實(shí)行轉(zhuǎn)型，從造新房轉(zhuǎn)為修舊房。這一轉(zhuǎn)型將大大減少房屋建設(shè)對(duì)鋼鐵、水泥等建材的大量需求，從而實(shí)現(xiàn)這些行業(yè)的減產(chǎn)和轉(zhuǎn)型[7]。

3結(jié)語(yǔ)

建筑業(yè)要在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，必須要進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，就是要從以化石能源為基礎(chǔ)的碳基能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)為以可再生能源為基礎(chǔ)的零碳能源系統(tǒng)。能源結(jié)構(gòu)的變化將導(dǎo)致能源轉(zhuǎn)換、輸送和服務(wù)方式的變化，也將導(dǎo)致終端用能方式的徹底變化。對(duì)于建筑部門(mén)來(lái)說(shuō)，就是要放棄以前一些曾積極推廣的模式，如煤改氣、以燃?xì)鉃橹饕茉吹臒犭娎淙?lián)供等依賴于化石能源的方法。加大發(fā)展零碳能源系統(tǒng)中重點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題的研究，如建筑光伏應(yīng)用、建筑蓄能、建筑柔性用電等。在零碳能源系統(tǒng)下，建筑的功能將從單純的用能轉(zhuǎn)為用能、產(chǎn)能和蓄能三位一體。這將給未來(lái)建筑的營(yíng)造、改造、運(yùn)行、維護(hù)等都帶來(lái)巨大的變化。

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作者：吳羽柔 張雙璐 江練鑫 單位：重慶市建筑科學(xué)研究院有限公司 四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司