基于“雙碳”視角對我國建筑降能減排的研究

黎燦煒，王子煊，宋璇

（中南林業(yè)科技大學(xué)，長沙 410004）

1 引言

“雙碳”即為碳達(dá)峰與碳中和的簡稱。從國際形勢上看，為了應(yīng)對因全球氣候變化而帶來的持續(xù)增加的節(jié)能減排的壓力，各國普遍將發(fā)展綠色建筑和提升建筑的能效作為其建筑領(lǐng)域未來發(fā)展的價值導(dǎo)向[1]。我國也已經(jīng)于2020 年的9 月，鄭重向國際社會做出力爭在2030 年使二氧化碳的排放量到達(dá)峰值，并于2060 年前爭取實現(xiàn)碳中和的承諾。

在具體建筑工程項目的全壽命周期中，特別是在項目的施工階段到應(yīng)用階段，不可避免地會消耗大量的資源和能源。自20 世紀(jì)90 年代至今，全球范圍內(nèi)的能源消耗年增長率已達(dá)30%之多，其中，建筑領(lǐng)域的能耗占比在不斷急劇上升。通過對建筑材料在生產(chǎn)過程消耗的能源進(jìn)行統(tǒng)計可知，國內(nèi)的建筑能耗占比仍然達(dá)到了總能耗的27%之多[2]。由此看來，開展持續(xù)性和發(fā)展性的建筑節(jié)能工作以降低能源的消費總量和強(qiáng)度已迫在眉睫[3]。

2 我國建筑節(jié)能減排體系的建設(shè)現(xiàn)狀

真正具有現(xiàn)代意義的建筑首先出現(xiàn)于19 世紀(jì)的歐洲，在近兩個世紀(jì)的發(fā)展中，西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在建筑工程的管理實踐和低碳發(fā)展中有了相當(dāng)成熟的經(jīng)驗。而我國對建筑節(jié)能減排的推動建設(shè)相對國外而言起步較晚，我國從歐美的建筑節(jié)能技術(shù)和相關(guān)政策中得到了很多的啟示，但這也導(dǎo)致我國在實踐發(fā)展中容易陷入“言必提歐美”的困境。歐美國家的低碳建筑雖然已經(jīng)走出了一條較為成熟且為國際認(rèn)可的技術(shù)路線，但是考慮到我國同歐美發(fā)達(dá)國家的實際情況有著很大的差別，如氣候條件、人口密度及城鎮(zhèn)化程度等，盲目照搬歐美路線只會造成國內(nèi)低碳建筑發(fā)展生態(tài)的“水土不服”。因此，在借鑒歐美經(jīng)驗時，要保證相關(guān)技術(shù)和推廣思路在具體應(yīng)用過程中的實用性和適用性[4]。

我國現(xiàn)今的綠色建筑發(fā)展屬于 “政策推動企業(yè)普及，觀念推動技術(shù)革新”的雙向帶動模式。同歐美國家的節(jié)能減排觀念側(cè)重于對既有建筑的節(jié)能改造不同的是，我國對建筑的節(jié)能減排理念覆蓋更廣、縱深更深，貫穿于從規(guī)劃到運營階段的全壽命周期。對此，需對以下方面進(jìn)行考慮：在規(guī)劃階段，通過對節(jié)地、節(jié)能和能源利用的統(tǒng)籌，降低對能源和資源的消耗；在設(shè)計階段，通過對建筑方案采光、采暖、結(jié)構(gòu)形體與自然生態(tài)的設(shè)計，并充分考慮建筑單元結(jié)構(gòu)、內(nèi)部布局及功能分區(qū)的隔斷情況對建設(shè)環(huán)境承荷和室內(nèi)能源效用的影響，實現(xiàn)后期能源利用最大化的目標(biāo)；在施工階段，通過科學(xué)的組織管理，實現(xiàn)施工現(xiàn)場資源利用的最大化和污染、浪費的最小化；在施工技術(shù)方面，將綠色、可再生材料的可替代方案充分運用到各分部分項工程中，從減浪費、降污染和綠色材料的運用3 個方面完成降能耗和減排的目標(biāo)[5]；在運營階段，可以通對既有建筑的節(jié)能改造并合理延長相關(guān)建筑的使用壽命，來最大限度地將建筑的能源消耗和污染排放維持在一個相對較低的水平[6]。

3 強(qiáng)化組織管理，減少施工浪費

部分施工單位在編制預(yù)算階段，由于各方面的原因，往往容易出現(xiàn)預(yù)算工程量失真，使得材料預(yù)算的數(shù)量偏大的現(xiàn)象。在分部分項工程結(jié)束后，如果剩余的建筑材料沒辦法及時退庫，便會造成極大的浪費，并且會增加建筑材料在制造、運輸和裝配階段的碳排放。此外，在施工中，大型施工機(jī)械設(shè)備的進(jìn)場和使用也會不可避免地造成能源消耗和污染排放，需要結(jié)合實際施工狀況和施工規(guī)模，以及設(shè)備運送的具體線路進(jìn)行精細(xì)的統(tǒng)籌和計算，以精準(zhǔn)確定需用施工設(shè)備的實際數(shù)量、耗時最短或里程最短的運送路線以及在施工現(xiàn)場的合理布置和施工規(guī)劃，在合理壓縮財力物力的同時，將施工實際的能耗和排放控制在相對較低的水平。在避免施工浪費的同時，也要考慮施工現(xiàn)場可以循環(huán)利用和周轉(zhuǎn)使用的構(gòu)部件和材料的組織管理，如對腳手架和梁柱模板的管理，確保在工程結(jié)束拆除后，各構(gòu)部件能夠有序回收并妥善存放，以確保后續(xù)的周轉(zhuǎn)使用，減少丟棄和再投入的現(xiàn)象。總而言之，企業(yè)應(yīng)該在日常的組織管理中樹立綠色建筑工程的價值取向，并且完善企業(yè)內(nèi)部的評估和監(jiān)督體系，在規(guī)范化的審核標(biāo)準(zhǔn)中加強(qiáng)工程運營的管理質(zhì)量，提升對施工資源的運籌水平，踐行節(jié)能減排理念，減少浪費和污染。

4 采用綠色材料

在對建筑全壽命周期進(jìn)行碳排放的敏感性分析中，可以得到各種建筑材料在物化階段對建筑全壽命周期碳排放的影響程度大小依次為：鋼材＞混凝土＞水泥＞鋼筋＞涂料＞石材＞玻璃。其中，對混凝土綠色材料的等效替換在實際應(yīng)用中有著較大的實用性?；炷潦怯伤?、骨料和水泥組成的，其中，水泥在生產(chǎn)過程中不僅會釋放大量的粉塵和污染氣體，還會消耗大量的能源；骨料在開采和后處理的過程中除了會釋放粉塵和污染氣體之外，還會對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。由此看來，要真正達(dá)到建筑節(jié)能減排的目標(biāo)，在滿足工程實際需要的前提下減少對水泥和天然骨料的使用量很有必要[7]。

經(jīng)過相關(guān)研究和近來建筑實際應(yīng)用認(rèn)證，證明硅灰、礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢料對水泥都有很好的替代作用，而且在不同的使用環(huán)境中摻加的不同工業(yè)廢料也能很好地起到相應(yīng)的效果。人造骨料和再生骨料通常是以固體廢棄物為原材料，經(jīng)特殊設(shè)備打碎后作為骨料使用，對天然骨料有很好的等同替代效果。在對舊建筑和廢棄建筑進(jìn)行拆除的過程中，會不可避免地產(chǎn)生大量的建筑垃圾和廢棄混凝土，若將這些廢棄混凝土經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化成再生骨料，并直接將其投入新建工程中，不僅可以減少建筑工程對天然骨料的依賴，還可以充分節(jié)約資源能源，實現(xiàn)建筑領(lǐng)域資源的循環(huán)[8]。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)

建筑的降能減排策略在狹義上可以直接理解為建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，其主要有以下3 個指向：第一，基于節(jié)能的目標(biāo)對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計；第二，應(yīng)用節(jié)能技術(shù)提高建筑在使用過程中的能源轉(zhuǎn)換率，以降低能源消耗；第三，引入新技術(shù)、新理念，最大限度地彌補(bǔ)傳統(tǒng)施工技術(shù)在節(jié)能上的不足。

5.1 建筑形體與內(nèi)部構(gòu)造對建筑節(jié)能的影響

建筑形體和內(nèi)部隔斷對高層建筑，特別是對寒區(qū)高層建筑環(huán)境承荷和能源消耗的影響非常明顯。在高層建筑中，風(fēng)壓系數(shù)一般是隨著建筑高度的增加而增加的，若此時建筑的迎風(fēng)面為平面或者凹面，其所承受的風(fēng)荷載往往要比曲面筒體結(jié)構(gòu)大得多。

除了氣候條件對結(jié)構(gòu)外部直接產(chǎn)生的作用，空氣滲透對建筑內(nèi)部耗能有極大的影響。在夏季，建筑內(nèi)部的流暢通風(fēng)可以有效降低室溫，采用自然通風(fēng)和間歇空調(diào)制冷的方式可以在保證人體舒適的前提下很好地降低建筑內(nèi)部的能源消耗。在冬季，建筑滲風(fēng)會使室內(nèi)的溫度迅速下降，對室內(nèi)的采暖耗能產(chǎn)生消極的影響。建筑內(nèi)部的空間隔斷系數(shù)和滲風(fēng)系數(shù)一般呈反比關(guān)系，這就意味著建筑內(nèi)部隔斷門對外部空氣的滲透有明顯的抑制作用。在多層和高層建筑中，樓梯間的隔斷門對空氣滲透的抑制作用尤為顯著，若在建筑中采用封閉樓梯間的構(gòu)造，并且將所有房門關(guān)閉，此時測得的滲風(fēng)耗能僅為開敞型建筑的5.2%，節(jié)能高達(dá)94.8%[9]。

5.2 被動式超低能耗建筑

在20 世紀(jì)的70 年代，德國的沃爾夫?qū)し扑固厥状翁岢隽吮粍邮匠湍芎慕ㄖ母拍?，歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，被動式房屋在節(jié)能減排中的效果得到了充分的驗證，并在世界范圍內(nèi)成為低能耗建筑的主要推廣技術(shù)。這種被動式房屋摒棄了傳統(tǒng)的供暖和空調(diào)降溫的方式，用保溫和隔熱性能更為良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)替代建筑外墻，并利用特殊的空間構(gòu)造使建筑通過高效率的采光、采暖和通風(fēng)，將室內(nèi)溫度恒定在20 ℃以上的效果，從技術(shù)上實現(xiàn)了房屋使用的零能耗。被動式超級能耗建筑整體的保溫性能、隔熱性能和氣密性能都高于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，其還能通過高效的新風(fēng)熱回收系統(tǒng)對可再生資源進(jìn)行充分利用，使建筑全年的采暖供冷需求遠(yuǎn)小于一般水平，達(dá)到顯著的節(jié)能效果。

5.3 裝配式建筑

近年來，在國家政策的推動和硬性指標(biāo)的控制下，我國的裝配式建筑得到了很好的發(fā)展。裝配式結(jié)構(gòu)建筑天然具有綠色裝配的特點，并且可以部分化解現(xiàn)今鋼鐵產(chǎn)業(yè)過剩的產(chǎn)能，就目前而言，裝配式建筑是最理想、最適合我國國情的住宅節(jié)能減排建筑。裝配式建筑的基礎(chǔ)元件為鋼筋混凝土預(yù)制板，一般由建筑企業(yè)按規(guī)格和需用量在工廠集中預(yù)制，再統(tǒng)一運送到施工現(xiàn)場，通過起吊設(shè)備吊裝拼接，建成完全具備生產(chǎn)和使用功能的裝配式建筑。裝配式建筑的構(gòu)件通過工廠預(yù)制不僅可以確保其質(zhì)量和強(qiáng)度，而且極大地減少了傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土施工現(xiàn)場的排放和噪聲污染；其輕型便捷、空間布置靈活的特點不僅提升了建筑施工冬雨期等不良?xì)夂颦h(huán)境的適應(yīng)性，也在保證施工質(zhì)量的前提下極大地縮短了施工工期。裝配式建筑在我國擁有極大的發(fā)展優(yōu)勢，其不僅節(jié)約了資源和能源，降低了污染排放，部分構(gòu)件還能進(jìn)行循環(huán)利用，在很大程度上契合了我國綠色環(huán)保及雙碳的發(fā)展理念，具有良好的應(yīng)用前景[10]。

6 健全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實施多元化補(bǔ)貼

為了推動綠色建筑的深入發(fā)展，健全相關(guān)的評價標(biāo)準(zhǔn)和審核規(guī)范，并實施多元化的補(bǔ)貼政策很有必要。在后續(xù)的發(fā)展與建設(shè)中，應(yīng)將碳排放指標(biāo)逐步落實到每一個建筑企業(yè)當(dāng)中，將節(jié)能減排理念貫穿到建筑物從物化階段對低碳建材到低碳施工再到低碳運營的整個過程，既要守住建筑節(jié)能減排的底線，又要提高建筑自身低碳性能的上限?？梢酝ㄟ^直接和間接的形式對一般低碳建筑進(jìn)行補(bǔ)貼。對一般的低碳建筑材料和節(jié)能減排設(shè)備等可以直接給予資金資助，也可以針對當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況和發(fā)展現(xiàn)狀，為企業(yè)和消費者提供一定的稅收優(yōu)惠、貸款優(yōu)惠和容積率優(yōu)惠，以此來形成消費者有所求、企業(yè)有所應(yīng)的良性局面，打造覆蓋面更廣、縱深更長的低碳建筑布局，以確保雙碳政策在后續(xù)的穩(wěn)步實施。

7 結(jié)語

建筑領(lǐng)域的耗能量在我國總能耗中占比較大，因而急需將綠色觀念和節(jié)能理念融入建筑的全壽命周期中，并引起一定的示范效應(yīng)和帶動效應(yīng)，使各行各業(yè)直至全體國民都為此行動起來。