探尋建築領域的(de)零碳路徑

說到建築領域碳達峰與碳中和(hé)目标，前提是量化(huà)建築領域碳排放指标，而碳排放量則要首先明(míng)确建築碳排放的(de)邊界。建築領域碳排放的(de)邊界包括能源燃燒的(de)直接排放、建築運行的(de)間接排放和(hé)建材生産、建築施工的(de)隐含碳排放，三者之和(hé)爲建築全壽命期碳排放。

碳中和(hé)與建築領域的(de)邏輯關系

盡管在IPCC（聯合國政府間氣候變化(huà)專門委員(yuán)會）體系下(xià)的(de)建築碳排放僅包含直接排放，間接排放計算(suàn)在能源領域，隐含碳排放計算(suàn)在工業領域，但從我國碳達峰碳中和(hé)的(de)實施操作來(lái)考量，建築領域作爲能源與資源的(de)終端消費方，運行碳排放和(hé)隐含碳排放的(de)減碳控制手柄也(yě)掌握在建築行業手中。因此針對(duì)建築領域的(de)零碳路徑要綜合考慮上述3種排放，按照(zhào)不同側重分(fēn)别提出策略。

2019年，我國碳排放總量101億噸，其中建築領域全壽命期碳排放39億噸，包括運行碳22億噸，隐含碳17億噸。

能源燃燒是我國主要的(de)二氧化(huà)碳排放源，在碳排放中占比88%，電力行業碳排放又占能源行業的(de)41%，因此加速調整能源結構、實現電力生産減碳是碳中和(hé)在供給端的(de)總路徑。而消費端的(de)交通(tōng)、工業、建築3大(dà)領域，交通(tōng)領域低碳化(huà)路徑明(míng)确，工業領域低碳化(huà)開始起步，而建築領域低碳化(huà)則與另外兩個(gè)領域均相關，如電動汽車充電與建築的(de)聯動以及鋼鐵水(shuǐ)泥的(de)減量化(huà)應用(yòng)。同時(shí)建築領域自身的(de)低碳化(huà)路徑也(yě)逐漸明(míng)确，主要包括近零能耗建築、建築電氣化(huà)、可(kě)再生能源利用(yòng)、北(běi)方供熱(rè)系統零碳化(huà)等幾個(gè)方面。

總體來(lái)說，建築部門各項需求都已經存在零碳解決方案，建築領域應努力按路徑達峰并盡早實現近零排放。

建築領域碳中和(hé)的(de)技術路徑

建築領域的(de)碳中和(hé)場(chǎng)景是實現零碳建築，也(yě)就是将占碳排放總量的(de)21%的(de)運行階段碳排放實現零碳排放。具體的(de)實現路徑可(kě)以從需求減量、超高(gāo)能效和(hé)能源替代3方面實現。

需求減量方面，可(kě)以借助超低能耗房(fáng)屋減少能源需求，通(tōng)過低碳、輕質、循環建材和(hé)工業化(huà)建造體系減少建材用(yòng)量。超高(gāo)能效方面，超低能耗的(de)建築設備和(hé)能源智能控制系統大(dà)幅提升能源利用(yòng)效率。而能源替代，主要是與儲能技術相結合的(de)光(guāng)伏建築一體化(huà)和(hé)各種熱(rè)泵技術使建築脫離對(duì)化(huà)石能源的(de)依賴。

具體到和(hé)建築相關的(de)3種排放，零碳路徑也(yě)有不同的(de)側重。6億噸的(de)建築領域直接排放，零碳路徑是在建築中減少煤、油、氣等任何化(huà)石能源的(de)使用(yòng)，将直接排放減爲零。實現途徑爲炊事電氣化(huà)、生活熱(rè)水(shuǐ)電氣化(huà)、燃氣熱(rè)水(shuǐ)鍋爐等用(yòng)熱(rè)泵等替代。

間接排放主要是建築運行中使用(yòng)的(de)電力和(hé)熱(rè)力，減少間接排放一方面取決于建築自身需求，另一方面取決于供給側低碳化(huà)程度。零碳路徑是以近零能耗建築爲核心的(de)建築節能、配合零碳電力的(de)建築電氣化(huà)以及零碳熱(rè)源。2019年，我國間接碳排放爲16億噸，包括1.9萬億度運行用(yòng)電的(de)11億噸碳排放和(hé)集中供熱(rè)、燃煤燃氣鍋爐和(hé)熱(rè)電聯産的(de)5億噸碳排放。因此，提升節能減排标準是降低用(yòng)能需求、減少間接排放的(de)關鍵。

零碳電力要求建築用(yòng)電全部爲風電、光(guāng)電，一方面需要大(dà)力發展建築表面光(guāng)伏發電，另一方面用(yòng)建築消納周邊地區(qū)集中風電光(guāng)電的(de)零碳電力。此時(shí)的(de)難點就變成了(le)柔性用(yòng)電，即如何讓建築彈性地消納風電光(guāng)電的(de)波動性。依靠“光(guāng)儲直柔”建築配電可(kě)以支持零碳建築能源的(de)實現。光(guāng)是指光(guāng)伏建築一體化(huà)；儲是儲能，将建築蓄電池連接充電樁，實現建築與汽車的(de)儲放結合；直是指建築直流配電；柔是指彈性負載，柔性用(yòng)電，調節風電光(guāng)電的(de)波動性。“光(guāng)儲直柔”建築可(kě)僅僅依靠零碳電力運行。

隐含碳排放主要來(lái)源是建材生産，我國建築碳排放占比爲38%，其中建材相關占比爲17%。從全壽命期看，運行用(yòng)能占比最高(gāo)，建材占比第二，考慮建材生産建造周期短，其優化(huà)對(duì)建築領域低碳化(huà)貢獻更大(dà)。隐含碳的(de)零碳路徑包括：避免過量建設和(hé)大(dà)拆大(dà)建，從總量減碳；推動建築工業化(huà)，從源頭減碳；推廣新型低碳結構體系和(hé)高(gāo)性能材料，從建材減碳。

建築領域碳中和(hé)的(de)實施策略

建築領域碳中和(hé)包含城(chéng)市和(hé)建築。作爲建築的(de)集合體，城(chéng)市層面碳中和(hé)的(de)實施策略是把相關領域集成到城(chéng)市中提出系統解決方案，包括城(chéng)市能源網絡、城(chéng)市建築和(hé)城(chéng)市交通(tōng)。城(chéng)市層面碳中和(hé)實施策略依舊(jiù)可(kě)以從隐含碳和(hé)運行碳兩個(gè)角度出發。控制城(chéng)市建設規模，減少空置率，避免大(dà)拆大(dà)建，可(kě)以從源頭控制隐含碳；延長(cháng)建築壽命，提倡百年建築，發展建築工業化(huà)和(hé)裝配式建築則可(kě)以從建材消費端減少隐含碳。城(chéng)市能源結構調整、城(chéng)區(qū)可(kě)再生能源協調利用(yòng)和(hé)區(qū)域級的(de)低碳社區(qū)，則是減少城(chéng)市運行碳的(de)主要策略。

建築層面的(de)實施策略可(kě)以具體針對(duì)不同類别的(de)碳排放。先通(tōng)過超低能耗建築減少運行階段能源需求，然後通(tōng)過用(yòng)能結構調整即建築電氣化(huà)實現運行過程的(de)零碳。建築用(yòng)電采用(yòng)光(guāng)伏等可(kě)再生能源實現電力系統零碳化(huà)。同時(shí)與電力系統配合，發掘餘熱(rè)資源，實現零碳供熱(rè)。

總而言之，在建築層面，減量化(huà)是前提，發展超低能耗建築的(de)同時(shí)提倡節約能源的(de)消費觀。将建築從能源的(de)純消費端變爲分(fēn)布式的(de)生産調節端，建築在電力系統中的(de)功能場(chǎng)景由消費者變爲生産、消費、儲存三位一體。

建築領域雙碳目标的(de)思考與建議(yì)

第一，系統思維，源頭減碳。

建築領域碳中和(hé)目标需要将建築與其他(tā)領域共同考慮，以系統化(huà)思維協同各個(gè)領域減碳。如建築消費端減少建築和(hé)城(chéng)市的(de)能源需求，可(kě)以同時(shí)助力能源領域減碳。發展裝配式建築及新型建築材料，通(tōng)過建材減量化(huà)減少建材生産碳排放，可(kě)以助力工業領域減碳及碳中和(hé)。

從源頭控制建築總量規模，減少過量建設和(hé)大(dà)拆大(dà)建，更是對(duì)碳達峰的(de)重要支持。城(chéng)市建設應該從大(dà)規模建設轉變爲城(chéng)市更新、既有建築改造和(hé)性能提升，從修建并重，轉向修大(dà)于建。既有建築以“精細修繕結合高(gāo)性能節能提升”進行改造，因爲改造碳排放量是拆除重建的(de)1/10。

第二，規劃與建築，雙線并重。

規劃是建築領域碳中和(hé)的(de)起點，新建區(qū)域的(de)規劃應包含碳目标預測和(hé)碳預算(suàn)分(fēn)解，在設計中以限碳設計實現規劃的(de)碳排放目标。交通(tōng)規劃将公共交通(tōng)與汽車交通(tōng)綜合統籌，将電動汽車交通(tōng)規劃與建築能源、充電系統綜合統籌考慮。資源規劃采用(yòng)分(fēn)布式能源系統形成城(chéng)市資源能源的(de)微循環。

建築層面節能是前提，實現路徑可(kě)以總結爲，一是在新建建築中推廣近零能耗建築，推動以建築設計爲主導的(de)技術方法創新，推進空間節能和(hé)設備效率提升節能的(de)融合，實現低成本增量的(de)零能耗建築；二是可(kě)再生能源建築一體化(huà)使建築從能源消費方成爲能源供應調節方；三是既有建築節能改造實現存量減碳；四是農村(cūn)住宅節能提升；五是建築電氣化(huà)。建築層面的(de)實施路徑比較明(míng)确，針對(duì)碳達峰的(de)行動可(kě)即刻著(zhe)手實施。

第三，技術與機制，雙面并舉。

在技術層面加快(kuài)研究推廣相關減碳新技術與新模式。新技術如近零能耗建築技術、熱(rè)泵供暖技術、電動汽車與建築能源融合應用(yòng)技術等。新模式如“光(guāng)儲直柔”的(de)分(fēn)布式能源模式、共享交通(tōng)模式、精細化(huà)城(chéng)市更新模式等。

除了(le)技術的(de)發展應用(yòng)，在機制方面，則應該走市場(chǎng)化(huà)道路。通(tōng)過制定标準，借助市場(chǎng)化(huà)引導和(hé)市場(chǎng)倒逼機制，推動減碳以市場(chǎng)化(huà)方式進行。

第四，存量與增量，重塑理(lǐ)念。

雖然建築總碳排放進入平台期，但随著(zhe)新增建築及生活水(shuǐ)平提升，預測建築規模從現在全國644億平方米建築面積将增加到750億平方米達到峰值，建築運行碳排放還(hái)在增長(cháng)。因此需要以更先進的(de)技術手段和(hé)強制性的(de)政策措施，實現運行碳排放盡早達峰。

同時(shí)提倡節約型生活方式，避免建築電氣化(huà)過程中建築用(yòng)電大(dà)幅增長(cháng)的(de)情況。現在我國每年人(rén)均建築用(yòng)電量2500千瓦時(shí)左右，随著(zhe)居民生活水(shuǐ)平提高(gāo)，用(yòng)電量還(hái)會增長(cháng)。如果由于建築電氣化(huà)帶來(lái)人(rén)均用(yòng)電大(dà)幅增長(cháng)，即使建築用(yòng)電全部采用(yòng)風電光(guāng)電，也(yě)無法解決電力平衡與調節問題，所以需求端的(de)節能與節約的(de)生活方式是建築領域碳中和(hé)的(de)基石。

建築領域碳達峰與碳中和(hé)目标需要我們以必達的(de)信心和(hé)科學的(de)方法來(lái)實現。

作者爲天津大(dà)學建築學院教授