基于STIRPAT 模型的福建省建筑領(lǐng)域碳排放影響因素研究

陳定藝

（1 福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建福州 350108 2 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建福州 350108）

0 引言

工業(yè)革命以來，人類向大氣中排放的過量的CO2和其他溫室氣體造成了地球溫度不斷地升高。為控制全球變暖幅度，世界各國均采取了相關(guān)的措施。相關(guān)研究表明［1-3］，為實(shí)現(xiàn)控制住1.5 ℃的增幅，需要實(shí)現(xiàn)2030 年比2005 年減少45%的CO2排放。我國在2020 年9 月22 日對全世界做出了承諾：中國二氧化碳排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，減碳任務(wù)艱巨。工業(yè)、交通業(yè)和建筑業(yè)是我國碳排放主要的三大領(lǐng)域。福建省建筑領(lǐng)域隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷地?cái)U(kuò)張，建筑領(lǐng)域碳排放也隨之增長，如不對其進(jìn)行控制，很難完成國家2030 年碳達(dá)峰的目標(biāo)。因此通過研究福建省建筑領(lǐng)域碳排放影響因素，提出針對性的減碳建議。

1 模型建立

1.1 STIRPAT 模型

在20 世紀(jì)70 年代，美國人口學(xué)家Ehrlich 提出IPAT 模型。該模型結(jié)構(gòu)簡單，常用于研究能耗與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)間的量化關(guān)系。碳排放可以分解為與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)的經(jīng)濟(jì)、人口、技術(shù)等各種影響因素，按式（1）計(jì)算。

式中：I 表示環(huán)境影響或環(huán)境負(fù)荷，包含資源、能源等的消耗，溫室氣體排放等；P 表示人口數(shù)量；A 表示富裕程度，即經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平；T 表示技術(shù)水平。

IPAT 模型具有一定的局限性，主要體現(xiàn)在模型認(rèn)為各因素對環(huán)境影響的貢獻(xiàn)是一樣的。因此國內(nèi)外的學(xué)者都對其進(jìn)行了大量的研究，并提出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，比較具有代表性的為STIRPAT 模型，按式（2）計(jì)算。

式中：a 為模型系數(shù)；b、c、d 分別表示P、A、T 的彈性系數(shù)；e 為隨機(jī)誤差項(xiàng)。對模型取對數(shù)，式（2）調(diào)整為式（3）計(jì)算。

已有研究表明［4］，人口、人均GDP、城鎮(zhèn)化率、萬元生產(chǎn)總值能耗和第三產(chǎn)業(yè)占比等5 個(gè)因素廣泛應(yīng)用于碳排放相關(guān)研究中，并且均能顯著影響碳排放。因此，本文選取這5 個(gè)因素作為碳排放的影響因素，構(gòu)建擴(kuò)展的STIRPAT 模型，按式（4）計(jì)算。

式中：I 為碳排放量；P 為人口；A 為人均GDP；T 為萬元生產(chǎn)總值能耗；U 為城鎮(zhèn)化率；B 為第三產(chǎn)業(yè)占比；a 為模型系數(shù)；b、c、d、e、f 分別表示人口、人均GDP、萬元生產(chǎn)總值能耗、城鎮(zhèn)化率和第三產(chǎn)業(yè)占比的彈性系數(shù)；g 為隨機(jī)誤差項(xiàng)。數(shù)值越高，代表相應(yīng)因素對建筑碳排放的影響力越大。

1.2 多元線性回歸

本文采用多元線性回歸分析計(jì)算構(gòu)建擴(kuò)展的STIRPAT 模型的各個(gè)參數(shù)。多元線性回歸方程為式（5）。

式中：β0為常數(shù)項(xiàng)（也稱回歸常數(shù)）；β0，β1，…，βp為回歸系數(shù)；ε為隨機(jī)誤差；y 為因變量；x1，x2，…，xp為自變量；P 為自變量個(gè)數(shù)。

為獲取最優(yōu)的β0，β1，…，βp，δ2等未知參數(shù)，需對變量進(jìn)行n 次觀測，則線性回歸模型可調(diào)整為式（6）。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 福建省建筑碳排放計(jì)算

相關(guān)文獻(xiàn)中提到的建筑領(lǐng)域碳排放計(jì)算邊界主要包括［5］：建筑業(yè)，批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)，其他行業(yè)和居民消費(fèi)，具體見表1。根據(jù)《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，2005—2019 年福建省建筑碳排放的計(jì)算如圖1 所示。

圖1 2012—2019 年福建省建筑碳排放總量

表1 建筑領(lǐng)域能耗分類

2.2 福建省建筑碳排放影響因素?cái)?shù)據(jù)收集

根據(jù)福建省統(tǒng)計(jì)年鑒，2005—2019 年的常住人口、人均GDP、生產(chǎn)總值能耗等數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 STIRPAT 模型相關(guān)數(shù)據(jù)

3 福建省建筑碳排放影響因素分析

3.1 模型預(yù)測結(jié)果

本文采用多元線性回歸的方法來擬合曲線，選取2005—2017 年的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，2018 年和2019 年的數(shù)據(jù)作為測試集，用于驗(yàn)證模型的精度。具體情況見表3。

表3 線性回歸檢驗(yàn)結(jié)果

模型的R2為0.995，表明數(shù)據(jù)與擬合函數(shù)吻合程度高。模型的F 值為143.907＞F 0.05（12，5）=3.03，表明在α 的顯著性水平上回歸方程具有顯著的線性關(guān)系。線性回歸的參數(shù)如表4 所示。

表4 線性回歸結(jié)果

3.2 模型驗(yàn)證

本文采用2018 和2019 年作為模型的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，代入模型后的的誤差如表5 所示。

由表5 可知，2018 年的誤差為2.8%，2019 年的誤差為5.8%，平均誤差為4.3%，低于工程誤差10%，因此認(rèn)為建立的模型合理可靠。

表5 模型驗(yàn)證結(jié)果

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)STIRPAT 模型的結(jié)果：常住人口、城鎮(zhèn)化率、人均GDP、萬元生產(chǎn)總值能耗和第三產(chǎn)業(yè)占比的對數(shù)回歸系數(shù)分別為-2.201，1.083，0.605，0.330 和-0.176。因此，福建省建筑領(lǐng)域碳排放驅(qū)動(dòng)因素驅(qū)動(dòng)程度由高到低依次為常住人口、城鎮(zhèn)化率、人均GDP、萬元生產(chǎn)總值能耗和第三產(chǎn)業(yè)占比。

常住人口規(guī)模和城鎮(zhèn)化率對碳排放影響效果顯著。隨著社會(huì)的高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)快速增長帶來碳排放大量增加，一方面人口的增加直接拉動(dòng)了碳排放，另一方面人口結(jié)構(gòu)對碳排放的影響作用逐漸加大。城鎮(zhèn)化率的升高不僅帶動(dòng)了居民能源消費(fèi)總量，而且城市居民的消費(fèi)會(huì)引導(dǎo)農(nóng)村居民的消費(fèi)，二者共同促進(jìn)總體碳排放的增長。萬元生產(chǎn)總值能耗受節(jié)能技術(shù)水平、行為人節(jié)能意識(shí)等多方面因素的影響，其變化不確定性程度較高。建筑節(jié)能技術(shù)能有效地提高建筑能源使用效率，從而減少碳排放。福建省采取了一系列的建筑節(jié)能措施，積極推廣綠色建筑、可再生能源和裝配式建筑等，其節(jié)能措施成效顯著。

通過對福建省建筑領(lǐng)域碳排放影響因素的分析，有針對性地提出以下2 點(diǎn)建議。

（1）人口增長和人口結(jié)構(gòu)是影響建筑碳排的主要因素，然而面對人民日益增長的物質(zhì)需求、城鎮(zhèn)化率的逐步提升，約束與降低經(jīng)濟(jì)增長和人民生活水平發(fā)展是不可取的方法。建議從可控的層面為著力點(diǎn)，如穩(wěn)步發(fā)展裝配式建筑，推廣裝配化裝修。推進(jìn)綠色建材產(chǎn)品認(rèn)證和采信應(yīng)用，鼓勵(lì)相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)及檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)申請綠色建材產(chǎn)品認(rèn)證資質(zhì)，建立綠色建材采信應(yīng)用工作機(jī)制，鼓勵(lì)綠色建筑、裝配式建筑優(yōu)先采用綠色建材產(chǎn)品。

（2）技術(shù)水平對福建省建筑碳排放有重要影響。建議持續(xù)開展建筑空調(diào)、照明、電梯等重點(diǎn)用能設(shè)備運(yùn)行調(diào)適，提高建筑機(jī)電系統(tǒng)的總體能效水平。推進(jìn)建筑太陽能光伏一體化建設(shè)，引導(dǎo)建筑供暖、生活熱水、炊事等向電氣化發(fā)展，推動(dòng)開展新建公共建筑全電氣化，推廣生產(chǎn)用電動(dòng)汽車和機(jī)械設(shè)備，積極推進(jìn)中深層、淺層地?zé)崮軕?yīng)用，推廣空氣源等各類電動(dòng)熱泵技術(shù)。

4 結(jié)語

本文通過分析福建省建筑碳排放的現(xiàn)狀，收集了福建省建筑碳排放影響因素的數(shù)據(jù)，通過STIRPAT 模型分析得出了常住人口、城鎮(zhèn)化率、人均GDP、萬元生產(chǎn)總值能耗3 個(gè)影響因素均對福建省建筑碳排放量影響顯著，并根據(jù)福建省建筑領(lǐng)域碳排放的現(xiàn)狀，給出了推廣裝配式建筑、推廣綠色建材、推廣太陽能光伏一體化等建議，為福建省碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)自己應(yīng)有的力量。