建筑碳中和路徑的分析與研究

倪海瓊，張秋靈，劉亞麗，呂艷艷，李 志（河北奧潤(rùn)順達(dá)窗業(yè)有限公司， 河北 高碑店 074000）

早在 20 世紀(jì)末期，人類就意識(shí)到了氣候變化對(duì)于人類生活居住環(huán)境所造成的影響，并就此提出了改善意見(jiàn)；在國(guó)際上多次開會(huì)討論，并形成了《聯(lián)合國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化框架公約》。此公約對(duì) 20 世紀(jì)中葉所要達(dá)到的溫室氣體排放總量及溫室氣體濃度作了規(guī)定，并對(duì)到 21 世紀(jì)末地表溫度升高限度作了規(guī)定，要求升高≤2 ℃。但是，因?yàn)檫@個(gè)公約并沒(méi)有對(duì)各國(guó)所要承擔(dān)的責(zé)任有明確嚴(yán)格的規(guī)定，而且大部分國(guó)家并沒(méi)有意識(shí)到環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)重性與緊迫性，所以環(huán)境保護(hù)和環(huán)境改善問(wèn)題在此后的 10 多年間并沒(méi)有什么實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

21 世紀(jì)初期，部分沿海城市、島嶼國(guó)家、水上城市已經(jīng)感覺(jué)到了海平面的升高、水位線的上漲。2009 年，馬爾代夫政府舉行了一場(chǎng)類似于行為藝術(shù)的“水下會(huì)議”，簽署了呼吁各國(guó)減少碳排的文件，并提交給在當(dāng)年年底召開的聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)。當(dāng)年的聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)卻并未形成任何決議，因?yàn)閷?duì)不同發(fā)展?fàn)顩r的國(guó)家提出了相同標(biāo)準(zhǔn)的碳排要求，這一提議明顯有失公正合理。

此后幾年，全球氣候持續(xù)惡化，各國(guó)政府對(duì)于氣候問(wèn)題逐漸重視起來(lái)，意識(shí)到環(huán)境問(wèn)題是事關(guān)子孫后代、人類生存的大事。在聯(lián)合國(guó)的推動(dòng)下，將近 200 個(gè)國(guó)家的參與，達(dá)成了《巴黎協(xié)定》。

這一協(xié)定意義巨大，給了各個(gè)國(guó)家更大的自主性，各國(guó)可以根據(jù)實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r制定目標(biāo)，更加具有可操作性、延續(xù)性。使節(jié)能減排成為了世界各國(guó)的共識(shí)。在這樣的全球大環(huán)境的背景下，碳中和的概念被提出。碳中和是指地球上所產(chǎn)生的所有的溫室氣體，包括各種生物呼吸和生產(chǎn)活動(dòng)等產(chǎn)生的 CO2等溫室氣體的總和，與地球上所有吸收、固化的溫室氣體的總量相平衡。碳中和是一種空氣中溫室氣體總量和濃度不再升高的平衡的穩(wěn)定的狀態(tài)。

1 各國(guó)碳排狀況及碳中和目標(biāo)

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在 2010 年之前，已經(jīng)有近 50 個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰，占當(dāng)時(shí)全球碳排放總量的 1/3 以上?！栋屠鑵f(xié)定》達(dá)成之后，全球絕大多數(shù)國(guó)家都形成了普遍的共識(shí)—人類命運(yùn)共同體（保護(hù)地球環(huán)境是全人類共同的責(zé)任）。至 2021 年底，全球已有約 200 個(gè)國(guó)家簽署了這一協(xié)定，近 200 個(gè)國(guó)家做出承諾，各國(guó)家根據(jù)自身發(fā)展現(xiàn)狀制定了不同的實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的時(shí)間。實(shí)際上已經(jīng)有幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了碳中和目標(biāo)，對(duì)此他們將持續(xù)深化，繼續(xù)深耕；大部分發(fā)展中國(guó)家也都制定了切實(shí)可行的方案，這類國(guó)家大都將實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)設(shè)定在 21 世紀(jì)中葉。

2 我國(guó)碳排現(xiàn)狀及碳中和目標(biāo)

我國(guó)作為一個(gè)有責(zé)任有擔(dān)當(dāng)?shù)拇髧?guó)，也做出了相關(guān)承諾。2020 年 9 月底，中國(guó)承諾，中國(guó) CO2排放量力爭(zhēng)在今后 10 a 內(nèi)達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取在此后 40 a 內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。此時(shí)中國(guó)的 GDP 能源強(qiáng)度比世界平均水平高出50%，比歐盟高出 2 倍多。GDP 碳強(qiáng)度比世界平均水平高出 2 倍多，比歐盟高出 5 倍多。中國(guó)的人口眾多，幅員遼闊，碳排現(xiàn)狀極不樂(lè)觀，節(jié)能減排之路任重道遠(yuǎn)。

實(shí)現(xiàn)碳中和的本質(zhì)是發(fā)展方式和生活方式的轉(zhuǎn)型升級(jí)，告別資源依賴， 走向技術(shù)依賴，由資源推動(dòng)型發(fā)展模式向技術(shù)推動(dòng)型發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

3 各國(guó)碳中和路徑舉措

全球各國(guó)雖然實(shí)際情況各有不同，但在節(jié)能減排的碳中和之路上，大家目標(biāo)相同，所以相關(guān)舉措還是可以相互借鑒的。

3.1 節(jié)能減碳相關(guān)領(lǐng)域

首先，節(jié)能減碳行為主體肯定是人。人類社會(huì)快速的生存發(fā)展造成了自然界生態(tài)失衡的現(xiàn)狀，導(dǎo)致了氣候的變化。所以，節(jié)能減碳相關(guān)領(lǐng)域即對(duì)應(yīng)人類生產(chǎn)生活的范圍，生產(chǎn)主要指各行各業(yè)的制造業(yè)，制造業(yè)的升級(jí)優(yōu)化之路也是節(jié)能減碳的必經(jīng)之路，生產(chǎn)生活都是圍繞衣、食、住、行、玩進(jìn)行。

衣、食、住、行、玩中又以住、行、玩 3 個(gè)方面耗能最高、碳排量最高。各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析顯示，建筑的能耗最高。建筑的全生命周期非常長(zhǎng)，一般都有幾十年到上百年不等，所以建筑的優(yōu)化具有非常長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。

在建筑優(yōu)化之路上，被動(dòng)式超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑等概念被相繼提出，業(yè)內(nèi)人士不斷探索深化，穩(wěn)步前行。

3.2 幾個(gè)重要城市的相關(guān)舉措

3.2.1 哥本哈根

曾被聯(lián)合國(guó)人居署選為“最適合居住的城市”的哥本哈根，在能源消耗方面的舉措有：優(yōu)化區(qū)域供熱及能源設(shè)施的運(yùn)營(yíng)管理，翻新供能設(shè)施來(lái)提高能源效率，安裝光伏模塊來(lái)補(bǔ)充區(qū)域供熱，監(jiān)控能源消耗和優(yōu)化建筑運(yùn)營(yíng)。①能源生產(chǎn)方面：轉(zhuǎn)變天然氣、區(qū)域供熱供冷方式，提高能效；優(yōu)化給排水的輸送方式；架設(shè)風(fēng)力渦輪機(jī)和光伏系統(tǒng)。②交通方面：減少交通部門（陸、海）的溫室氣體排放；2025 年之前全部更換為零排放公交車；提供充氣和充電站及電動(dòng)車免費(fèi)停車位；修建完善自行車綠色線路及自行車停車場(chǎng)。③城市管理方面：在市政建筑物、車輛和市政采購(gòu)上示范綠色解決方案；加強(qiáng)哥本哈根郊外的綠地建設(shè)；推廣氣候相關(guān)的知識(shí)和資源（以兒童和年強(qiáng)人為主）；市政府自身建筑物中將率先進(jìn)行能源系統(tǒng)的節(jié)能改良。

3.2.2 阿姆斯特丹

氣候宜人，高度城市化的港口城市阿姆斯特丹，政策更加細(xì)化。①建筑方面：開展“無(wú)天然氣城市計(jì)劃”，天然氣逐步從城市街區(qū)撤出；市政項(xiàng)目先行實(shí)施；在地產(chǎn)招標(biāo)中納入能源中性的指標(biāo)要求；啟動(dòng)大型研究項(xiàng)目探索地?zé)峁┡目赡苄裕徽彰鳠籼鎿Q為 LED 節(jié)能燈等。②交通方面：市政車輛在 2025 年之前全部實(shí)現(xiàn)零排放；推進(jìn)充電站安裝；通過(guò)優(yōu)先使用電動(dòng)出租車等方式加快向電動(dòng)交通方式的轉(zhuǎn)換，并提供無(wú)排放車輛補(bǔ)助；推廣公共交通加強(qiáng)自行車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。③能源方面：有計(jì)劃地安裝風(fēng)力渦輪機(jī)，并把風(fēng)能的安裝利用納入國(guó)家區(qū)域能源戰(zhàn)略；按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的使用量，與租房公司達(dá)成協(xié)議向租戶提供太陽(yáng)能股份分紅。④工商業(yè)方面：迅速制定能源轉(zhuǎn)換計(jì)劃和可替代方案；創(chuàng)造有利于吸引創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的良好商業(yè)環(huán)境；敦促政府基于“污染者付費(fèi)”原則實(shí)現(xiàn)公平的能源過(guò)度，引入 CO2定價(jià)等措施；盡快關(guān)閉高污染高碳排的工廠。

3.2.3 紐 約

紐約市的碳中和舉措較為寬泛。①建筑方面:制定規(guī)則規(guī)定建筑的能源利用。②交通方面：推動(dòng)電動(dòng)車輛等可持續(xù)出行方式。③能源方面：先在政府部門實(shí)現(xiàn) 100% 可再生電力，再在社區(qū)、部門跨地理跨政府保證 100% 清潔能源電力。④管理方面：采取可持續(xù)生活方式，實(shí)踐智慧城市規(guī)劃。在政府部門實(shí)現(xiàn)垃圾的零廢棄。

3.2.4 其他城市

還有一些其他城市。瀕臨波羅的海的芬蘭首都赫爾辛基主要是提升建筑建造和運(yùn)行能效，控制運(yùn)輸土方量；通過(guò)用地規(guī)劃提升碳匯。加拿大西部太平洋沿岸的溫哥華表示所有新建建筑要實(shí)現(xiàn)碳中和；既有建筑的碳排放要減少 20%。澳大利亞南部的港市阿德萊德要加大節(jié)能投資；通過(guò)增加對(duì)潔凈空間和開敞空間的綠化來(lái)提升碳匯；鼓勵(lì)分布式可再生能源的供應(yīng)和儲(chǔ)存。

3.3 案 例

北歐建筑及家具多以木材為主，木結(jié)構(gòu)建筑本身與混凝土建筑相比碳排放量就少很多。某辦公樓外墻均采用低碳排的玻璃和巖板，外墻和屋頂均裝光伏電池并重點(diǎn)優(yōu)化采光。有些按被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)建造的建筑，有熱回收系統(tǒng)、雨水收集系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池、綠色屋頂。瑞典林德堡療養(yǎng)院農(nóng)場(chǎng)中的“生態(tài)谷倉(cāng)”使用附近木材重建翻新的建筑，設(shè)置了太陽(yáng)能電池，菜園，花卉草地等，設(shè)置了生物水處理系統(tǒng)、生物炭生產(chǎn)系統(tǒng)。全球以“生態(tài)”為主題的建筑不勝枚舉，因地制宜，各有千秋。中國(guó)的“生態(tài)建筑、生態(tài)小鎮(zhèn)、生態(tài)城”自2010 年起也是遍地開花，蓬勃發(fā)展。

由以上可以看出，已制定明確減碳方案的全部都是非常發(fā)達(dá)、高度城市化的城市，優(yōu)化方案主要為建筑、交通、能源、管理幾個(gè)方面。并且港口城市比較適合風(fēng)力發(fā)電這種清潔能源，氣候也適合自然通風(fēng)來(lái)保持舒適的生活環(huán)境。世界各國(guó)均已意識(shí)到了減碳環(huán)保的重要性并開始付出行動(dòng)了。

4 我國(guó)建筑在節(jié)能減碳方面的舉措及現(xiàn)狀

4.1 建筑領(lǐng)域碳排構(gòu)成結(jié)構(gòu)

建筑領(lǐng)域碳排結(jié)構(gòu)，按照建筑周期分，建筑產(chǎn)生的碳排分為建造階段產(chǎn)生的和運(yùn)行階段產(chǎn)生的，其實(shí)如果按照真正的產(chǎn)品全生命周期看的話，還應(yīng)該包括建筑廢料的回收再利用；目前僅考慮建造階段和運(yùn)行階段的。從直接與間接上分，建造階段直接碳排主要為施工時(shí)產(chǎn)生的碳排，間接碳排主要為各類建材生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的碳排；運(yùn)行階段直接碳排為供暖、制冷、生活熱水、日常電器的使用等，間接碳排就是電力和熱力的供應(yīng)源頭的碳排。

4.2 建筑領(lǐng)域大致減碳方向及措施

建筑方面為節(jié)能減碳只能從以上幾個(gè)方面制定方法措施，減碳路徑也只能是減少碳排放和增加碳吸收兩種。

為降低施工時(shí)的碳排放，可盡量減少施工時(shí)的作業(yè)工序、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)難度，推廣裝配式建筑，模塊化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化施工。

為降低建材生產(chǎn)時(shí)的碳排放，可使用新材料、新技術(shù)、新科技，生產(chǎn)線升級(jí)改造等，比如使用碳回收、碳固化技術(shù)，能源回收重復(fù)利用等。

對(duì)于建筑運(yùn)行階段的碳排放，新建建筑可通過(guò)合理布局增加綠化面積的方式提高固碳能力，使用太陽(yáng)能電池板、雨水收集、熱回收等使建筑成為能源的生產(chǎn)者和儲(chǔ)蓄者；同時(shí)系統(tǒng)的智能控制整體運(yùn)行使建筑成為能源的調(diào)配者；此類超級(jí)碳排的建筑被稱為“超低能耗建筑”或者“近零能耗建筑”，這些建筑還經(jīng)常使用大面積的天窗和風(fēng)塔來(lái)提供建筑內(nèi)部的采光和通風(fēng)。

實(shí)際上建筑的全生命周期還包括達(dá)到設(shè)計(jì)周期后拆除回收階段的碳排放，拆除方案，回收方案等在前期設(shè)計(jì)中也應(yīng)該全面考慮，因?yàn)榻ㄖ旧砭褪莻€(gè)非常龐大而且影響周期很長(zhǎng)的事物。前期設(shè)計(jì)階段的統(tǒng)籌規(guī)劃，全生命周期式設(shè)計(jì)能有效降低整體的實(shí)際碳排量，降低因設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生的返工、整改等。

早在 2007 年，我國(guó)就展開了第一批生態(tài)城項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)。此后我國(guó)對(duì)于“近零能耗建筑”的探索與研究不斷加深，各地相關(guān)政策及標(biāo)準(zhǔn)也不斷出臺(tái)、更新。建筑領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)、系統(tǒng)化發(fā)展，被動(dòng)房及其相關(guān)的高科技與集成系統(tǒng)必定是實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域碳中和的最有效的路徑。

自 2013 年，我國(guó)首棟超低能耗示范項(xiàng)目建成落地，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展探索，相關(guān)技術(shù)現(xiàn)已趨于成熟，“以室內(nèi)環(huán)境健康舒適為前提的，最大限度地利用可再生能源，降低整體建筑能耗”已成為行業(yè)共識(shí)。超低能耗建筑必將如雨后春筍，欣欣向榮，在全國(guó)各地落地生根，開出不同的艷麗花朵，為祖國(guó)的減碳事業(yè)開疆?dāng)U土、加油助力。

5 結(jié) 語(yǔ)

從愛(ài)爾蘭約翰·廷德?tīng)栍?1860 年得出大氣中某些氣體的增加導(dǎo)致了氣候的升溫的結(jié)論，到后來(lái)人們意識(shí)到氣候變化對(duì)人類生存造成的危害，并且明確 CO2對(duì)于地球升溫的影響最大，再到現(xiàn)在全球達(dá)成“節(jié)能減碳”共識(shí)并制定明確時(shí)間節(jié)點(diǎn)及舉措，人類已經(jīng)走過(guò)了一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間。各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示建筑產(chǎn)生的碳排占比很大，就我國(guó)而言，目前現(xiàn)有建筑每年運(yùn)行產(chǎn)生碳排放約占全國(guó)總碳排量的 1/5 以上。對(duì)此各個(gè)國(guó)家都進(jìn)行了探索與研究，我國(guó)也在不斷地進(jìn)行探索分析。為改善人類居住環(huán)境，一些優(yōu)秀的項(xiàng)目案例為我們的建筑碳中和之路提供了更多有效的方法，主要是將“一次性能源”用“可再生能源”代替，采用“能源回收系統(tǒng)”以減少能源浪費(fèi)，采用增加綠植等方式將建筑本身從“碳排者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮烫嘉颊摺薄４祟惤ㄖ寂帕窟_(dá)到很低時(shí)被稱為“低碳建筑”或者“近零能耗建筑”，碳排量達(dá)到零時(shí)被稱為“零能耗建筑”，統(tǒng)稱為“被動(dòng)式建筑”。發(fā)展被動(dòng)式建筑及相關(guān)技術(shù)必定是實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域碳中和的最有效的路徑。