我國建筑領(lǐng)域用能和碳排放現(xiàn)狀研究

王洪貴

（安徽省醫(yī)藥設(shè)計院，安徽 合肥 230022）

0 引言

實施建筑綜合能耗和碳排放控制是控制綜合能耗、達(dá)到碳排放峰值的重要環(huán)節(jié)。建筑能耗和碳排放的統(tǒng)計體系無法直接從有關(guān)部門或統(tǒng)計年鑒中獲得，相關(guān)數(shù)據(jù)分散在不同的部門，并且不同部門各自數(shù)據(jù)的統(tǒng)計口徑、統(tǒng)計規(guī)律、輸出時間不盡相同，數(shù)據(jù)分散、不系統(tǒng)。本研究在分析我國建筑業(yè)總能耗和碳排放量測量方法現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種更為優(yōu)化的建筑業(yè)總能耗和碳排放量測量方法，提出建筑能源和碳排放的優(yōu)化對策。

1 我國建筑總能耗和碳排放量測算方法概述

1.1 我國建筑業(yè)總能耗計算方法概述

目前，建筑總能耗的計算方法主要有基于統(tǒng)計體系的計算方法、基于終端能耗模型的計算方法和基于統(tǒng)計年鑒的分配方法。其中，住建部科技發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化中心根據(jù)民用建筑能耗統(tǒng)計體系采集數(shù)據(jù)，得出該分段的能耗強(qiáng)度，進(jìn)而測算出各建筑的能耗。其中，中國建筑能耗模型是通過考察不同氣候區(qū)不同建筑類型的空調(diào)、炊具、照明、家用電器、熱水等服務(wù)設(shè)施的最終能耗來評估建筑的能耗；能源研究所、國家發(fā)改委和中國建筑節(jié)能協(xié)會采用中國能源平衡表拆分方法，結(jié)合能源消耗基于工業(yè)、建筑和交通的實際能源消耗進(jìn)行統(tǒng)計，得到能耗統(tǒng)計。

綜合評價和分析以上計算方法，基于統(tǒng)計系統(tǒng)的方法，統(tǒng)計范圍廣，數(shù)據(jù)連續(xù)性好，適用于比較不同地區(qū)不同建筑的能耗和節(jié)能潛力，但質(zhì)量不高。統(tǒng)計量還需進(jìn)一步完善；基于能耗模型，該方法考慮了不同氣候區(qū)和不同區(qū)域的能源消耗規(guī)律，適用于估算建筑節(jié)能潛力，但是該方法需要大量數(shù)據(jù)，部分指標(biāo)難以獲取，樣本可能與所有樣本不同，大規(guī)模研究成本高，人力、物力、財力難以實施；上述兩種不同統(tǒng)計觀測方法中基于能量平衡“自下而上”分布的方法是一種“自上而下”的方法，可以輕量級、權(quán)威性且易于獲取。地區(qū)的建筑能耗代表其與交通部門的交集，目前不同機(jī)構(gòu)的分配方式不統(tǒng)一，計算結(jié)果也不盡相同[1]。圖1 為我國建筑運(yùn)行能源消費(fèi)占比（2010—2017 年）。

圖1 我國建筑運(yùn)行能源消費(fèi)占比（2010—2017 年）

1.2 我國建筑業(yè)碳排放測量方法概述

從國內(nèi)外能源消耗中提取碳的方法主要有三種：排放因子法、質(zhì)量平衡法和實際測量法。排放因子法利用活動數(shù)據(jù)和排放系數(shù)，根據(jù)碳排放清單生成各排放源的活動數(shù)據(jù)和排放系數(shù)，估算排放項目的碳排放量；質(zhì)量平衡法假設(shè)燃料中的碳100%被燃燒，碳排放量使用化學(xué)方程式計算；實際測量法是基于在排放源處測量的基本數(shù)據(jù)和相關(guān)碳排放量匯總的結(jié)果。綜合評估分析上述計算方法，排放因子法本身簡單、易懂、比較先進(jìn)、應(yīng)用廣泛，適合對社會經(jīng)濟(jì)排放相對穩(wěn)定的排放源進(jìn)行宏觀分析；質(zhì)量平衡法的優(yōu)點是可以繪制CO2排放的實際排放量圖，但對方法的認(rèn)識不統(tǒng)一，實際工作方法不同，行業(yè)沒有共識；實際測量方法互連少，已處理結(jié)果，但數(shù)據(jù)難以獲得，需要大量投資，適合顯微分析[2]。圖2 為中國建筑運(yùn)行相關(guān)二氧化碳排放量（2011—2020 年）。

圖2 中國建筑運(yùn)行相關(guān)二氧化碳排放量(2011—2020 年)

2 測量我國建筑能耗和碳排放總量的方法建構(gòu)

2.1 我國建筑能耗計量方法的建構(gòu)

為優(yōu)化現(xiàn)有計量方法，綜合考慮現(xiàn)有計量方法的優(yōu)缺點，本研究開發(fā)了城鄉(xiāng)發(fā)展“自上而下”與“自下而上”相結(jié)合的多通道建筑能耗計量方法，綜合電力統(tǒng)計年鑒、中國能源大數(shù)據(jù)報告、中國天然氣發(fā)展報告等數(shù)據(jù)與信息相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。根據(jù)我國建筑能耗的具體情況，建筑能耗分為城市住宅能源（無集中供熱）、公共建筑能源（無集中供熱）、農(nóng)村住宅能源和集中供熱能源四類。我國建筑能耗計算以民用建筑能耗統(tǒng)計報表系統(tǒng)為主網(wǎng)，采用不同能耗四個分項的總能耗來檢驗數(shù)據(jù)的可靠性，其他統(tǒng)計年鑒中的類型用于驗證。最重要的建筑能源類型是電力、天然氣、液化氣、人工煤氣等，我國建筑業(yè)能源消耗和碳排放現(xiàn)狀研究表面，由于我國能源統(tǒng)計遵循“法人統(tǒng)計”原則，要根據(jù)不同的能耗進(jìn)行分類處理。圖3 為建筑能耗測算模型。

圖3 建筑能耗測算模型

2.2 我國建筑業(yè)碳排放量測算的建構(gòu)

目前，建筑業(yè)碳排放量計算中建筑碳排放量的限值尚不明確，本研究采用以下處理方法：①建筑碳排放量與建筑排放量特別相關(guān)，《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019）提出，建筑碳排放量應(yīng)計算為建筑材料生產(chǎn)、運(yùn)輸、運(yùn)營、施工、拆除等全生命周期的碳排放量。但許多研究表明，它主要指建筑運(yùn)行中的碳排放。②將電和熱與間接碳排放量的測量聯(lián)系起來。工業(yè)研究側(cè)重于直接碳排放和間接碳排放。對于集中供暖是否應(yīng)直接或間接與碳排放掛鉤，目前尚無共識。在這項研究中，電力和熱力用于關(guān)聯(lián)間接碳排放。③熱電聯(lián)產(chǎn)分配方式與能源部門相同，《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019）明確規(guī)定了建筑采暖系統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電分配方法，但與能源的計算方法不一致[3]。

3 碳中和的路徑分析

3.1 基于提高建筑能效標(biāo)準(zhǔn)的路徑

自20 世紀(jì)70 年代后期以來，經(jīng)過30 多年的努力，中國的建筑節(jié)能已經(jīng)走過了5 個時代。從節(jié)能30%到節(jié)能90%以上，建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高可視為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。據(jù)我國住房分布分析統(tǒng)計，我國90%以上的住房是1980 年后建成的，一半是2000 年后建成的。根據(jù)當(dāng)時制定的標(biāo)準(zhǔn)，不同建筑的節(jié)能效果應(yīng)該有顯著差異，特別是節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的重點之一是提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能以減少熱耗，建成住宅的供熱和供暖需求之間的差異可能超過3 倍。

因此，對既有建筑進(jìn)行建筑修復(fù)和改造是一個緊迫的問題，我國對建筑節(jié)能的需求不斷增長，同時，我國按照國際標(biāo)準(zhǔn)建立了具有中國特色、符合中國國情的綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)體系。2019 年發(fā)布的新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019）對推動國家高質(zhì)量綠色建筑的發(fā)展起到了重要的推動作用。我國已經(jīng)是世界上最大規(guī)模的綠色建筑國家，截至2018 年底，全國綠色建筑評價超過10000 個，代表建筑空間超過10 億RR。接下來我國將能夠加快近零能耗建筑、被動房和零能耗建筑的規(guī)?；ㄔO(shè)，進(jìn)一步降低規(guī)?；ㄔO(shè)的能耗，實現(xiàn)碳中和。圖4 為建筑節(jié)能經(jīng)歷的5 個時代。

圖4 建筑節(jié)能的五個時代

3.2 通過調(diào)節(jié)能源消耗的方式減少碳排放

直接減少碳排放，主要是通過減少使用不同類型的化石燃燒。目前，我國建筑直接碳排放總量約為6 億t。主要排放源是：農(nóng)村和郊區(qū)煤炭供暖、醫(yī)院、商業(yè)和公共建筑中使用的燃?xì)庹羝蜔崴仩t等，這些活動主要使用天然氣發(fā)電。事實上，燃?xì)庖矔欧盘?。只有引入“氣改電”，才能實現(xiàn)建筑零碳排放，比如，做飯時用電灶代替燃?xì)庠睿粺岜脽崴骱碗姛崴髡谌〈細(xì)鉄崴?；熱泵取代燃?xì)鉄崴?；拆下中央蒸汽系統(tǒng)，換上分散式蒸汽系統(tǒng)。如果必須使用蒸汽，可以將大型電動蒸汽發(fā)生器更換為較小的蒸汽發(fā)生器。在政策和機(jī)制上，直接實現(xiàn)建筑零碳排放的最重要途徑應(yīng)該是廣泛推廣“氣改電”，加大宣傳力度，加快人們觀念的轉(zhuǎn)變[4]。

除了直接的碳排放外，建筑物供電和供熱的間接碳排放構(gòu)成了建筑物碳排放的很大一部分。減少那部分碳排放，進(jìn)一步實現(xiàn)零碳或碳中和，是減少建筑排放、實現(xiàn)碳排放的關(guān)鍵，也是中和的主要任務(wù)。為此，有必要改變發(fā)電和熱能的方式，以在發(fā)電和熱能的產(chǎn)生中實現(xiàn)碳零排放或化碳中和。核能、水電、風(fēng)能、光伏和生物質(zhì)熱能都代表著零碳能源，當(dāng)這些能源成為我國的主要能源時，只會使用少量的煤氣作為添加劑，然后將一些碳儲存起來，回收燃煤電廠碳排放的技術(shù)可以實現(xiàn)發(fā)電的碳中和。江億院士在2021 成都綠色建筑大會“建筑業(yè)實現(xiàn)碳中和的途徑”報告中提出，“光儲直柔”的建筑是發(fā)展零碳能源的重要支柱。根據(jù)國家的自然條件，為了在我國大比例的風(fēng)電和光伏建筑發(fā)展中實現(xiàn)未來建筑業(yè)的氣候中和，有必要加快發(fā)展建筑物和建筑物表面的光伏發(fā)電，實現(xiàn)建筑可再生能源靈活消納的關(guān)鍵是靈活用電，即“光儲直柔”。

3.3 減少建筑建造和維修中使用的建筑材料的碳排放

目前，我國城鄉(xiāng)建筑面積超過600 億m2，還有超過100 億m2在建。建成后，我國人均建設(shè)指數(shù)將超過日本、韓國、新加坡這亞洲3 個發(fā)達(dá)國家目前的水平。接近法國、意大利等歐洲國家的水平?？傮w而言，住房存量并不短缺。目前，城鎮(zhèn)住房和公共建筑竣工面積保持在每年3 億～40 億m2，但每年拆遷建筑面積約20 億m2。這表明中國的住房建設(shè)已經(jīng)從增加住房建設(shè)轉(zhuǎn)向緊縮需求，拆除舊建筑并建造新建筑以提高建筑生產(chǎn)力和性能?！按蟛鸫蠼ā币殉蔀榻ㄖI(yè)的主要經(jīng)營模式，拆建工作的繼續(xù)，將導(dǎo)致對鋼材和建材的需求旺盛，鋼材和建材的產(chǎn)量將不斷增加，導(dǎo)致碳排放量難以減少。因此，將現(xiàn)有建筑修繕改造模式進(jìn)行大拆大改，從大規(guī)模建設(shè)到維修改造，將大大減少建筑材料的消耗，從而減少建筑材料生產(chǎn)過程中的碳排放。建筑業(yè)要從建造新房轉(zhuǎn)向修舊房，這種轉(zhuǎn)變將顯著降低房屋建設(shè)中對鋼鐵和水泥等建筑材料的高需求，從而減少生產(chǎn)，推動產(chǎn)業(yè)升級。

4 結(jié)語

為了在2060 年實現(xiàn)建筑業(yè)的碳中和，必須進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，即從以化石為基礎(chǔ)的碳能源系統(tǒng)向以可再生能源為基礎(chǔ)的零碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。能源結(jié)構(gòu)的變化將導(dǎo)致能源轉(zhuǎn)換、傳輸和維持方式的變化，以及能源端到端使用方式的根本變化。對于建筑業(yè)來說，要摒棄之前積極推廣的一些以煤改氣、熱電冷聯(lián)供等方式作為主要能源載體的模式。加強(qiáng)對零碳能源系統(tǒng)發(fā)展中的關(guān)鍵問題的研究，如發(fā)展光伏應(yīng)用，節(jié)能減排，創(chuàng)造靈活用電等，在零碳能源系統(tǒng)的情況下，建筑物的性能從清潔能源的使用到能源消耗、生產(chǎn)能力和能源儲存各不相同，這將促進(jìn)未來建筑物的建造、運(yùn)營和維護(hù)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。