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建筑業(yè)是世界上最大的終端能源消耗及溫室氣體排放的主要產(chǎn)業(yè)之一。
根據(jù)《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2021》披露，2019年建筑業(yè)建造能耗和建筑運行能耗分別為14億噸和10.2億噸標煤，分別約占全國能源消費總量的29%和21%；建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈二氧化碳排放量約為50億噸，占全國排放比例超過50%。由此可見，建筑領域低碳轉(zhuǎn)型對我國實現(xiàn)“雙碳”目標至關重要，對世界實現(xiàn)凈零排放也非常重要。
我國已公布碳達峰碳中和的“1+N”政策體系，但我國建筑業(yè)實現(xiàn)碳達峰碳中和的障礙及路徑尚未得到充分研究。
建筑業(yè)為什么要實現(xiàn)零碳
建筑業(yè)實現(xiàn)零碳的根本目標是改變能源結構，由目前采用的化石能源轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕茉?，實質(zhì)目的不僅是為了緩解氣候變化，更是為了實現(xiàn)永續(xù)發(fā)展。通過破解能源安全問題，即由依賴進口國外油氣轉(zhuǎn)變?yōu)槔脟鴥?nèi)風、光等空間資源；通過破解大氣污染難題，即由深度凈化轉(zhuǎn)變?yōu)橄廴驹?，徹底解決污染問題。隨之而來的能源革命則是一場更深刻的大變革，將全面改變能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸、終端應用的全過程。
建筑業(yè)相關碳排放包括建材生產(chǎn)，工程建造、維修及拆除，建筑物運行三大部分。建筑工程的新建、改造、維修都需要大量的建材，而建材生產(chǎn)過程中的碳排放占我國工業(yè)生產(chǎn)碳排放的25%左右。節(jié)省建材用量，回收利用廢棄建材產(chǎn)品及研發(fā)新的低碳、零碳建材是目前需開展的工作，而研究建材的改變對建筑結構體系的影響和建筑結構體系變化對建筑形態(tài)的影響也有重要作用。
建筑工程運行過程如何實現(xiàn)碳減排
建筑工程運行過程中有化石燃料燃燒產(chǎn)生的直接排放、輸入電力導致的間接排放及外部供熱導致的間接排放。以零碳為目標的建筑能源革命就是要徹底取消建筑工程中化石能源的使用、全面實現(xiàn)以綠電為基礎的電氣化。建筑工程由單純的電力消費端轉(zhuǎn)變?yōu)椤爱a(chǎn)、儲、消”三位一體、進而助力零碳電力發(fā)展。通過新建建筑節(jié)能設計與既有建筑節(jié)能改造，實現(xiàn)節(jié)能需求與追求美好生活的統(tǒng)一。
電氣化的實現(xiàn)必須依靠新能源的發(fā)展，包括未來能源中風力發(fā)電、光伏發(fā)電比例的提高，這需要約1億畝以上的安裝空間，還要解決發(fā)電與用電空間和時間不同步的問題。建筑工程是連接充電樁和電網(wǎng)的橋梁，新能源汽車充電和用電有助于儲能和調(diào)峰。另一方面，終端用能單元從傳統(tǒng)的剛性負載變?yōu)樾滦偷娜嵝载撦d，也有助于電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。
如何為建筑提供能源供給系統(tǒng)
能源供給以零碳為目標，包括電力、熱力和充電樁，對既有建筑進行性能改造和機電系統(tǒng)改造，對新建建筑要求實現(xiàn)零碳化。具體內(nèi)容有：以安裝和消納光伏電力為目標的改造，即城鄉(xiāng)建筑可全面實施光伏化；以適應新能源汽車發(fā)展的社區(qū)充電樁系統(tǒng)的建設，即新型充電系統(tǒng)的同步建設；全面實現(xiàn)以零碳熱源為目標的新型供熱系統(tǒng)；針對北方地區(qū)老舊建筑，進行降低熱量需求的既有建筑圍護結構的保溫改造；科學規(guī)劃、分布實施城鎮(zhèn)建筑機電系統(tǒng)提效和配電光儲直柔改造；規(guī)劃600億平方米既有建筑和未來100億平方米新建筑的零碳化。
建筑領域碳排放量核算方法
建筑碳排放計算與核算工作是建筑行業(yè)實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的剛性需求。伴隨著節(jié)能降碳工作逐漸細化，關于未來建筑能耗限額管理、能效標識、碳交易與綠色金融相關討論引起政府和相關機構的廣泛關注，建筑碳排放計算的重要性會愈加凸顯。
國家標準《建筑碳排放計算》GB 51366提出了建材生產(chǎn)及運輸階段、建造及拆除階段和運行階段等三階段碳排放計算，從建筑物全生命周期考慮規(guī)范了碳排放量的計算范圍和方法。
此外，國家標準《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB 55015對節(jié)能設計、節(jié)能改造及可再生能源應用提出了具體要求和性能指標。
但是，我國減排進程及人口、經(jīng)濟發(fā)展的動態(tài)變化，會給建筑業(yè)碳預算測算帶來挑戰(zhàn)，復雜變化的建筑內(nèi)涵碳也會給碳預算測算帶來技術挑戰(zhàn)。
目前建筑碳排放的計算核算有狹義、廣義之分。狹義的建筑運行碳排放講的是建筑運營碳排放。廣義的建筑運行碳排放通常講全生命期的碳排放，涉及建材生產(chǎn)、建造過程，以及建筑運行、維護、拆除、回收等各環(huán)節(jié)。
有專家認為，計算碳排放一般有兩個目標，一是為了算明單體項目、園區(qū)項目或新技術是否真的減排了，這就需要進行建筑全生命周期的碳排放計算。另一個目標是為滿足碳交易和碳排放管理需求，明確每年的碳排放究竟是多少，這就只需要計算建筑實際運行導致的碳排放。此外，現(xiàn)有的碳排放核算體系不能體現(xiàn)年內(nèi)和日內(nèi)不同時刻碳排放因子的差異，在大比例可再生能源應用的背景下，關鍵問題是給出逐時碳排放因子，動態(tài)核算全年逐時碳排放量和碳排放責任，評估建筑蓄能和調(diào)節(jié)對電力系統(tǒng)供需匹配的積極作用。
應該指出的是，盡管《建筑碳排放計算》GB 51366提出了建材生產(chǎn)碳排放計算一般規(guī)定，但還不夠準確和完善；建議標準可引用建材行業(yè)制定的各種建材產(chǎn)品二氧化碳排放計算標準，以便算清建筑部門的碳排放量，進而解決建筑業(yè)低碳發(fā)展的基本問題。
建筑規(guī)模與碳排放
我國城市房屋建筑總量和人均占有量隨著社會經(jīng)濟發(fā)展而持續(xù)增加。根據(jù)12個大城市統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，人均建筑面積在45～70平方米/人之間，平均為56平方米/人，與發(fā)達國家相比尚處在較低水平。按城市建設用地開發(fā)容積率測算，未來人均建筑面積可達70～100平方米/人。
房屋和基礎設施建設投資在GDP中的占比很高，多年來一直是推動GDP增長的重要動力。一方面要防止房屋供應量盲目增長，避免“大拆大建”的城市開發(fā)方式造成既有建筑沒有得到充分利用、建筑壽命短、拆建造成大量的資源消耗和碳排放；另一方面要提高住房的居住屬性，減少住房保值的投資品屬性，使住房供應和持有總量與實際需求基本持平。隨著城市經(jīng)濟結構轉(zhuǎn)型，經(jīng)濟體制改革深化，城市增長模式必然從基建投資導向型轉(zhuǎn)向居民消費導向型，城市建筑總量和人均擁有水平必然會保持在一個相對合理的水平。
城鎮(zhèn)化“下半場”出現(xiàn)了越來越多的城市間人口遷移，尤其是中等收入群體和受過良好教育的人才及家庭從中小城市向中心城市遷居，在大城市產(chǎn)生了新的住房需求，而后使中小城市住房出現(xiàn)部分閑置。城鎮(zhèn)化人口流動是一個多元、多次、多向流動的過程，會持續(xù)影響住宅的需求與供給關系。
城鎮(zhèn)化進程給建筑碳達峰碳中和帶來三大挑戰(zhàn)：一是城鎮(zhèn)化進程與建筑碳鎖定風險；二是城鎮(zhèn)化發(fā)展不平衡與省級建筑碳排放梯次達峰問題；三是住宅供需時空錯配與碳排放浪費問題?？紤]城鎮(zhèn)化所處階段，有序推進省級建筑碳排放梯次達峰。我國不同省市城鎮(zhèn)化發(fā)展差異巨大，最低的城鎮(zhèn)化率不到40%，最高的超過80%。因此，在制定省級建筑碳達峰目標時，應充分考慮城鎮(zhèn)化所處階段，避免“一刀切”，做到上下聯(lián)動，在確保全國建筑領域碳排放達峰時間和峰值目標實現(xiàn)的前提下，有序推進各地建筑碳排放梯次達峰。
綠色建造與低碳建材
綠色建造是我國建筑工程行業(yè)在“可持續(xù)發(fā)展”“循環(huán)經(jīng)濟”“低碳經(jīng)濟”等大背景下提出的一種建造理念。綠色建造是指按照綠色發(fā)展要求，著眼于建筑全壽命期，通過科學管理和技術創(chuàng)新，采用有利于節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少排放、提高效率、保障品質(zhì)的建造方式，實現(xiàn)人與自然和諧共生的工程建造活動。
從工程建造全過程來看，建造階段包含策劃、設計、采購、生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)，對建材供應鏈的選擇具有決定權。從全生命期角度出發(fā)，將綠色低碳發(fā)展理念貫穿工程建造全過程和上下游產(chǎn)業(yè)鏈，大量采用新型綠色建造方式，全面采用綠色建材，大力推廣近零能耗建筑，建筑垃圾現(xiàn)場排放量大幅減少，最終排放量大幅降低，以實現(xiàn)工程建造全產(chǎn)業(yè)鏈的綠色低碳發(fā)展。
建材產(chǎn)品主要包括水泥和混凝土。水泥行業(yè)作為二氧化碳排放大戶，這是由水泥生產(chǎn)和應用特性所決定的。水泥生產(chǎn)制備各工藝過程都有電力消耗，產(chǎn)生的間接二氧化碳排放量約為60千克/噸水泥；水泥熟料煅燒通常是采用煤炭進行燃燒，產(chǎn)生的直接二氧化碳排放量約為170千克/噸熟料；水泥熟料生產(chǎn)的主要原料是石灰石，經(jīng)高溫煅燒后會分解、釋放出大量的二氧化碳，即產(chǎn)生過程二氧化碳排放量約為300千克/噸水泥。
建筑施工過程和建筑物應用中的碳減排與水泥生產(chǎn)及品種有直接關系，應從全生命周期分析“零碳建筑”的實施路徑，同時也要注重分析建筑工程中水泥基材料的碳吸附功能、預測水泥基材料碳化轉(zhuǎn)化趨勢。
分析表明，我國建筑業(yè)碳排放超全國總排放量的一半，而僅水泥、混凝土結構建設碳排放占比就高達20%。因此，推動水泥、混凝土材料的低碳發(fā)展，挖掘混凝土的低碳潛力，大力發(fā)展再生混凝土，成為實現(xiàn)建筑碳中和目標達成的關鍵任務。
建筑零碳運行
建立在建筑全生命周期基礎上，建筑綜合碳排放為零的零碳建筑逐漸成為建筑業(yè)實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要手段。這就需要在工程設計階段就將降低碳排放納入考量，新建零碳建筑，從源頭處減碳降碳。對于新建建筑，在建設階段需要控制用材，應選擇高質(zhì)量、長壽命的建筑材料，以推進建筑材料的再生循環(huán)與利用，減少資源浪費。
在結構選擇上，應選用可裝配式模塊化生產(chǎn)的輕型結構，要去除冗余裝飾，推進標準化生產(chǎn)，以減少施工污染，提高勞動效率，降低能源消耗。在建設階段，還要控制建筑本體的用能需求。在建筑內(nèi)部，應打造高效、低碳、智慧的運維管理模式，以智慧手段實現(xiàn)建筑全生命周期的綠色低碳管理。
在控制用材、控制用能的同時，還應控制建筑的碳排放。要推進都市森林、都市農(nóng)業(yè)的建設，增加建設用地綠量。
在實現(xiàn)建筑零碳運行過程中，應充分進行數(shù)字技術的創(chuàng)新應用。從設計階段結合數(shù)字手段對設計開發(fā)建設方案進行實時優(yōu)化，到在建筑施工過程中采用智慧管理平臺，以及在運營時通過實時收集碳排放數(shù)據(jù)來進行減碳策略的規(guī)劃，人工智能及大數(shù)據(jù)技術都是實施建筑減碳方案的重要舉措。
零碳能源供給系統(tǒng)
建筑零碳路徑是以節(jié)能為中心，通過全面實現(xiàn)綠色電氣化、不再使用化石燃料，同時實現(xiàn)零碳電力供給和供熱系統(tǒng)零碳化，這也是未來城市能源供給系統(tǒng)要達到的目標。預計到2060年，我國發(fā)電量將達到13萬億kWh，新能源發(fā)電量可達到11.5萬億kWh，而燃煤發(fā)電量僅為0.5萬億kWh，約為總發(fā)電量的3.85%，僅用于電力系統(tǒng)的調(diào)峰。
城市建筑用能首先要考慮風電、光電安裝空間。初步估計，我國城市建筑屋頂可安裝8.7億kW光伏發(fā)電系統(tǒng)，年發(fā)電量達1萬億kWh，可提供建筑用電量的四分之一，但由于時間差導致電源側與用電側變化的不協(xié)調(diào)，可以通過建筑儲能、充電樁等來緩解。未來的零碳電力系統(tǒng)，是建筑集發(fā)電、用電、儲電和調(diào)節(jié)功能與一體。
此外，我國農(nóng)村擁有充足的屋頂面積可轉(zhuǎn)化為巨大的光伏發(fā)電潛力。據(jù)初步測算，農(nóng)村可安裝屋頂光伏20億kW，年發(fā)電量2.5萬億kWh。通過大量的鄉(xiāng)村調(diào)研發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶全年用電量一般不超過3000kWh，有的甚至不到500kWh。因此，農(nóng)村的光伏發(fā)電潛力遠大于其自身用電需求，有可能通過合理的配置，實現(xiàn)真正的自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，使整個村莊成為一個綠色發(fā)電廠。
建材行業(yè)既是國家社會經(jīng)濟重要的工業(yè)門類，又是建筑業(yè)不可或缺的基礎。建材行業(yè)在實現(xiàn)“雙碳”目標的同時，需要協(xié)同支持建筑業(yè)的碳減排，這就需要基于建筑業(yè)的低碳發(fā)展需求，研究開發(fā)更多的低碳建材新產(chǎn)品，進而促進建材行業(yè)綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展。
