建筑碳排放现状及路径

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摘要：面对全球变暖的危机，中国作出战略部署：将在2030年之前实现碳排放达峰，并力争2060年实现碳中和，以应对气候变暖。建筑业作为能耗大户，理应对此积极响应。该文通过分析中国建筑碳排放现状，针对建筑建造和建筑运行两大部分的巨大碳排放量，探讨建筑行业要达到碳中和的可能途径。认为应以提升建筑节能为基础，同时改变用能方式，推行完全的“电改气”，大力发展风电光电，这些都是减少建筑运行过程碳排放的有效途径。除了建筑运行的间接碳排放外，通过改变“大拆大建”模式，减少由建筑建造造成的碳排放和建筑领域的非二氧化碳温室气体排放同样刻不容缓。

关键词：碳达峰；碳中和；建筑建造碳排放；建筑运行碳排放；光储直柔；风电光电；建筑节能

全球变暖是人类行为造成地球气候变化的后果。“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。“碳”耗用得多，导致地球暖化的元凶“二氧化碳”也制造得多。随着人类活动，全球变暖也日益影响着人们的生活方式，带来越来越多的环境和社会问题。主席在2020年9月22日的联合国大会上郑重宣示了中国政府在减缓气候变化方面的战略部署：要在2030年之前实现碳达峰，力争2060年实现碳中和[1]。此次会议之后，又先后在六次国际会议上重申了这一战略目标，党的五中全会和随后的经济工作会议上也强调了这一战略目标。碳达峰、碳中和已纳入生态文明建设整体布局，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。2030和2060的愿景为我国以能源转型为目的的能源革命给出了清晰的目标和具体的时间表。这一战略行动不仅是能源领域改革和转型的问题，更将对我国未来四十年的社会、经济、文化发展产生深远影响。建筑部门作为工业、交通和建筑三大用能部门之一，与能源消费和碳排放密切相关，能源转型和碳中和也必然会对这个部门的发展带来巨大影响。如何实现建筑部门的碳达峰和碳中和，既是相关行业主管部门面临的紧迫的问题，也是相关领域从业者密切关注的大事。

1中国建筑碳排放现状

1.1中国建筑碳排放总体情况

中国社科院学部委员、北京工业大学生态文明研究院院长潘家华指出：“碳达峰、碳中和工作没有捷径可走，首当其冲就是要控制化石能源消费。”建筑领域相关的绝大部分能源消费和温室气体排放都是发生在建筑的建造和运行这两个阶段。根据清华大学建筑节能研究中心对于中国建筑领域用能及排放的核算结果，2019年中国建筑造和运行用能占全社会总能耗的33%[2]，与全球比例接近。但中国建筑建造占全社会能耗的比例为11%，高于全球5%的比例[2]。建筑运行占中国全社会能耗的比例为23%，低于全球平均水平，未来随着我国经济社会发展、生活水平的提高，建筑用能在全社会用能中的比例还将继续增长。从CO2排放角度看，2019年中国建筑建造和运行相关二氧化碳排放占中国全社会总CO2排放量的比例约38%，其中建筑建造占比为16%，建筑运行占比为22%[2]。

1.2建筑建造能耗相关二氧化碳排放情况

根据清华大学建筑节能研究中心的估算结果，2019年中国民用建筑建造能耗为5.4亿tce，占全国总能耗的11%[3]。而民用建筑建造由于建材生产、运输和施工过程导致的二氧化碳排放量已达16亿吨[3]。在这之中，建材生产运输阶段用能相关的碳排放以及水泥生产工艺过程碳排放是主要部分，分别占比77%和20%[3]。尽管这16亿建材生产运输的碳排放被计入工业生产和交通运输的碳排放，但如果没有旺盛的建筑市场需求，工业和交通部门就不会这样大规模生产和运输这些建材。所以这部分碳排放也应由建筑部门分担其减排责任。若将上述部分碳排放纳入统计，则民用建筑建造的碳排放约占我国建筑业建造相关碳排放的40%。而2019年我国建筑业建造（民用建筑建造、基础设施建造）相关的碳排放总量约43亿吨CO2[2]，接近我国碳排放总量的二分之一。

1.3建筑运行能耗相关二氧化碳排放情况

2019年，中国建筑运行的化石能源消耗相关的碳排放约22亿吨CO2[3]。其中直接碳排放约占29%，电力相关的间接碳排放占50%，热力相关的间接碳排放占21%[2]。2019年我国建筑运行相关二氧化碳排放折合人均建筑运行碳排放指标为1.6t/cap，折合单位面积平均建筑运行碳排放指标为35kg/m2。按照四个建筑用能分项的碳排放占比分别为：农村住宅23%，公共建筑30%，北方采暖26%，城镇住宅21%[2]。将四部分建筑碳排放的规模、强度和总量表示在图1[2]中，横向表示建筑面积，纵向表示四单位平方米碳排放强度，四个方块的面积即是碳排放总量。可以发现，四个分项的碳排放呈现与能耗不尽相同的特点：公共建筑由于建筑能耗强度最高，所以单位建筑面积的碳排放强度也最高，为48kgCO2/m2；而北方供暖分项由于大量燃煤，碳排放强度次之，为36kgCO2/m2[3]；农村住宅和城镇住宅单位平方米的一次能耗强度相差不大，但农村住宅由于电气化水平低，燃煤比例高，所以单位平方米的碳排放强度高于城镇住宅。农村住宅单位建筑面积的碳排放强度为23kgCO2/m2，而城镇住宅单位建筑面积的碳排放强度为16kgCO2/m2[4]。1.4建筑领域非二氧化碳温室气体排放情况除二氧化碳排放以外，建筑运行阶段使用的制冷产品，包括冷机、空调、冰箱所使用的制冷剂泄露后成为导致全球气温上升的一种温室气体，因此建筑运行阶段还会带来这部分非二氧化碳温室气体排放。HFCs类物质由于其臭氧损耗潜值为零的特点，曾被认为是理想的臭氧层损耗物质替代品，被广泛用作冷媒。但其全球变暖潜值（GWP，globalwarmingperformance）较高，目前也成为建筑领域的非二氧化碳温室气体排放主要来源。HFCs在建筑领域主要用于空调制冷设备制冷剂的制造，由此所导致的温室气体排放也是中国占比最大的非二氧化碳温室气体排放。根据北京大学胡建信教授的研究结果，中国由于家用空调和商业空调造成的HFC温室气体排放每年约为1～1.5亿吨CO2-eq[3]，而且近几年增长较快。

2碳中和路径探讨

2.1以提升建筑节能标准为基础

从20世界70年代后期开始，经过了30多年的艰苦努力，我国的建筑节能经历了五个时代（图2）。从节能率30%到节能率大于90%，可以看出建筑节能标准的不断提升是行业发展的必然趋势。而根据对我国居住建筑年代分布分析统计来看，我国90%以上的住宅建成于1980年后，有一半建成于2000年后。不同建筑的节能效果根据当时实行标准必定有较大的差异，尤其节能设计标准的一个重点就是提升围护结构性能，以降低冬季采暖的热需求，尤其对于北方集中采暖地区，按照不同阶段标准设计建造的居住建筑，其供暖热需求差别能达到3倍以上[5]。因此，对现有存量建筑进行建筑改造升级迫在眉睫。我国对建筑节能的需求在不断提高，同时我国与国际接轨，建立了富有中国特色且符合中国国情的绿色建筑评价标准体系。2019年的新版《绿色建筑评价标准》，对于推动我国绿色建筑向高质量发展起到了很大作用。横向对比国际绿色建筑评价标准体系：欧洲是最绿的，日本是绿得最精致的，美国是绿得最商业化的，而中国是绿得最快的，我国已经是世界上最大规模的绿建国家。截至2018年底，全国获得绿色建筑评价标识的项目累计超过1万个，建筑面积超过10亿m2[4]。下一步，我国可加快大规模推进近零能耗建筑、被动式建筑、零能耗建筑等的建造，进一步大规模降低建筑能耗，实现碳中和。

2.2通过用能方式

调整，消除建筑的运行碳排放减少直接碳排放，主要是减少使用各类化石燃料。目前，我国建筑内的二氧化碳直接排放总量约为6亿t，其主要排放来源：炊事、生活热水、农村与近郊区的分户燃煤采暖以及医院、商业建筑、公共建筑使用的燃气驱动的蒸汽锅炉和热水锅炉[5]。这些活动主要使用燃气来获得能量，实际上燃气也有碳排放，只有实现“气改电”才能实现建筑零碳。炊事上使用电炊具替换燃气炊具；热泵热水器、电热水器替换燃气热水器；热泵替换燃气热水锅炉；取消集中蒸汽系统，改为分散；必须使用蒸汽时，改大型电热蒸汽发生器为小型。在政策机制上全面推广“气改电”，加强宣传，使百姓在理念和认识上进行转变，应该是实现建筑零直接碳排放的最重要途径。除了直接碳排放外，由于建筑的电力热力供应造成的间接碳排放是建筑相关碳排放中的主要部分，降低这部分碳排放，并进一步实现零碳或碳中和，是建筑减排和实现碳中和的主要任务。为此，必须改变电力和热力的生产方式，努力实现电力热力生产的零碳或碳中和。核电、水电、风电、光电以及以生物质为燃料的火电都属于零碳电力，如果使这些电力成为我国的主要电源，只用少量的燃煤燃气电力作为补充，再依靠一些二氧化碳捕捉和贮存的技术，回收燃煤燃气火电排放的二氧化碳，就有可能实现电力生产的碳中和。江亿院士在2021年成都绿建大会上作的“建筑部门实现碳中和的路径”的报告中，提出“光储直柔”建筑将成为发展零碳能源的重要支柱。基于我国自然条件情况，在未来我国发展大比例的风电光电的电源结构背景下，建筑部门要实现碳中和，就应大力发展建筑表面光伏发电，同时，让建筑消纳周边地区的风电光电基地的零碳电力。而建筑实现灵活消纳可再生电力的关键是柔性用电，即“光储直柔”。

2.3减少建筑建造和维修中使用建材的碳排放

目前，我国城乡建筑建成面积已超过600亿m2，尚有超过100亿m2的建筑处于施工阶段。全部完工后，我国人均建筑面积指标将超过日本、韩国、新加坡这三个亚洲发达国家的目前水平，并接近法国、意大利等欧洲国家水平。房屋总量已不存在供给不足问题。现在每年的城镇住宅和公建竣工面积维持在30～40亿m2之间，但每年拆除的建筑面积也已经将近20亿m2[5]。这表明我国房屋建造已经从增加房屋供给以满足刚需转为拆旧盖新以改善建筑性能和功能。“大拆大建”已成为建筑业的主要模式。持续的大拆大建，将持续导致对钢铁、建材的旺盛需求，钢铁和建材的生产也就将持续地旺盛下去，由此形成的碳排放就很难降下来。因此，改变既有建筑改造和升级换代模式，由大拆大建改为维修和改造，可以大幅度降低建材的用量，从而减少建材生产过程的碳排放。建筑产业应实行转型，从造新房转为修旧房。这一转型将大大减少房屋建设对钢铁、水泥等建材的大量需求，从而实现这些行业的减产和转型[7]。

3结语

建筑业要在2060年实现碳中和，必须要进行能源转型，就是要从以化石能源为基础的碳基能源系统转为以可再生能源为基础的零碳能源系统。能源结构的变化将导致能源转换、输送和服务方式的变化，也将导致终端用能方式的彻底变化。对于建筑部门来说，就是要放弃以前一些曾积极推广的模式，如煤改气、以燃气为主要能源的热电冷三联供等依赖于化石能源的方法。加大发展零碳能源系统中重点和关键问题的研究，如建筑光伏应用、建筑蓄能、建筑柔性用电等。在零碳能源系统下，建筑的功能将从单纯的用能转为用能、产能和蓄能三位一体。这将给未来建筑的营造、改造、运行、维护等都带来巨大的变化。

参考文献：

[1]本刊编辑部.积极应对气候变化，努力实现新达峰目标与碳中和愿景[J].环境保护，2020（20）：2.

[2]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2021[M].北京：中国建筑工业出版社，2021：第1章.

[3]龙惟定，梁浩.我国城市建筑碳达峰与碳中和路径探讨[J].暖通空调，2021（4）：1-17.

[4]谷立静，郁聪.我国建筑能耗数据现状和能耗统计问题分析[J].中国能源，2011（2）：38-41.

[5]张小玲.推广被动式低能耗建筑力争实现碳中和目标[J].建设科技，2020（19）：3.

[6]罗智星.建筑生命周期二氧化碳排放计算方法与减排策略研究[D].西安：西安建筑科技大学，2016.

[7]李二晓.陕西省建筑能效提升体系研究[D].西安：长安大学，2017.

作者：吴羽柔 张双璐 江练鑫 单位：重庆市建筑科学研究院有限公司 四川省建筑设计研究院有限公司