建筑行業(yè)碳中和挑戰(zhàn)與實現(xiàn)路徑探討

1、建筑行業(yè)碳中和挑戰(zhàn)與實現(xiàn)路徑探討建筑行業(yè)用能全面電氣化是降低直接碳排放的關(guān)鍵。除此之外，仍需技術(shù)創(chuàng)新解決熱力間 接碳排放和電力間接碳排放問題，才可能實現(xiàn)碳中和。2020年9月22日，習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會上提出，中國“二氧化碳排放力爭于2030年 前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。當(dāng)前我國建筑行業(yè)運行碳排放（含直接 碳排放和間接碳排放）約為21億噸二氧化碳，占全國總量的20%左右。建筑行業(yè)如何快速 實現(xiàn)碳排放達(dá)峰并實現(xiàn)深度減排，不影響人居環(huán)境品質(zhì)的改善和人民群眾的幸福感和獲得 感，是我國應(yīng)對氣候變化目標(biāo)中的重要議題。為此，本文對建筑行業(yè)實現(xiàn)碳中和面臨的相 關(guān)挑戰(zhàn)和可能的實現(xiàn)路徑進(jìn)行

2、討論和分析。一、明確建筑行業(yè)碳排放定義和內(nèi)涵建筑行業(yè)的碳排放可以分為直接碳排放和間接碳排放，前者指的是在建筑行業(yè)發(fā)生的化石 燃料燃燒過程中導(dǎo)致的二氧化碳排放，主要包括建筑內(nèi)的直接供暖、炊事、生活熱水、醫(yī) 院或酒店蒸汽等導(dǎo)致的燃料排放；后者指外界輸入建筑的電力、熱力包含的碳排放。聯(lián)合 國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）體系下，一般將直接碳排放的部門劃分為工業(yè)、電 力、建筑和交通四個行業(yè)。這種語境下的建筑行業(yè)碳排放一般只包含直接碳排放。而我國 大部分研究和討論中涉及的碳排放則包括了直接與間接碳排放，甚至部分研究和討論中還 涉及了建材（如鋼鐵、水泥、玻璃等）在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放。在IPCC體

3、系下，這 部分排放應(yīng)該算在工業(yè)領(lǐng)域，但排放量的多少和未來房屋建設(shè)發(fā)展趨勢直接相關(guān)。此外， 建筑運行階段使用制冷產(chǎn)品，由于可能產(chǎn)生制冷劑泄露，也會產(chǎn)生非二氧化碳溫室氣體排 放，因此未來非二氧化碳的排放控制也會逐漸成為減排重點。只有明確了統(tǒng)一的建筑行業(yè) 碳排放語境和定義，才可能討論形成統(tǒng)一的行業(yè)碳減排實現(xiàn)路徑。二、把握我國建筑行業(yè)碳排放趨勢和特點從全球看，建筑行業(yè)運行用能導(dǎo)致的碳排放占比28%，全球建筑相關(guān)用能碳排放占比40% （包含建筑建造）。以2017年為例，中國和美國建筑運行用能相關(guān)的碳排放占比分別是 20%和36%。根據(jù)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗，伴隨我國城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，建筑行業(yè)的運行 碳排

4、放比重越來越大。根據(jù)中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2020，我國建筑碳排放總量整體呈現(xiàn)出持續(xù)增長 趨勢，2019年達(dá)到約21億噸，占總碳排放的21%（其中直接碳排放約占總碳排放的13%）， 較2000年6.68億噸增長了約3.14倍，年均增長6.96%。如圖1所示，其中北方供暖約排 放5.5億噸CO初步研究表明，對于我國建筑行業(yè)的總碳排放（直接+間接），其達(dá)峰時間很大程度上取 決于電力系統(tǒng)碳排放達(dá)峰時間，并且建筑行業(yè)的碳排放達(dá)峰必然先于電力系統(tǒng)碳排放達(dá)峰 時間。隨著電力系統(tǒng)的零碳化，間接排放量隨之減為0，能否實現(xiàn)碳中和目標(biāo)取決于直接 碳排放的情況。三、建筑行業(yè)碳中和路徑的幾個判斷全面電氣化是趨勢

5、建筑行業(yè)用能全面電氣化是降低直接碳排放的關(guān)鍵。這里面主要處理好非集中采暖地區(qū)建 筑供暖、炊事、生活熱水和特殊建筑蒸汽用能的全電氣化問題。建筑供暖導(dǎo)致的直接碳排放部分主要是指長江中下游地區(qū)的城鎮(zhèn)居民供暖或者是部分公共 建筑的供暖。公共建筑的供暖，基本上可以通過采用高效空氣源熱泵或地源水源熱泵解決。 關(guān)鍵在于長江流域（夏熱冬冷地區(qū)）住宅和小型辦公室、學(xué)校建筑的供暖。未來的碳排放 增長趨勢，取決于這一地區(qū)選用什么途徑解決：如果以家用熱泵空調(diào)為主，那么直接碳排 放量不會持續(xù)增長；如果改用燃?xì)忮仩t或者照搬北方地區(qū)的采暖方式，則會帶來化石燃料 需求的大幅度上升。國家重點研發(fā)計劃成果和市場上很多廠家產(chǎn)品應(yīng)用

6、表明，目前已經(jīng)有 足夠成熟的空調(diào)產(chǎn)品，解決了氣流組織、除霜等問題，能夠滿足居民冬季室內(nèi)供暖和舒適 需求，且全年空調(diào)供暖能耗低于30k Wh/平米年。如果未來繼續(xù)在這方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新 和推廣，不刻意引導(dǎo)居民采用壁掛爐或者大規(guī)模興建集中供暖設(shè)施，長江流域住宅供暖直 接碳排放不會持續(xù)增加。我國城鎮(zhèn)炊事的發(fā)展需求已基本穩(wěn)定，隨著炊事電氣化率的提升，炊事領(lǐng)域的化石燃料需 求已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢，這與歐洲趨勢基本一致。炊事領(lǐng)域要實現(xiàn)碳中和，主要考慮如何改 變居民長期以來“無火不成灶，無灶不成廚，無廚不成家”的明火烹飪習(xí)慣，推進(jìn)全電氣 化爐灶技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)零排放。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)一些智能變頻電氣灶，做菜效率高

7、、 速度快、方便快捷，完全可以擔(dān)當(dāng)起廚房主流灶具的大任，關(guān)鍵是以后要依靠政策標(biāo)準(zhǔn)加 以推進(jìn)。城鎮(zhèn)生活熱水方面，總體來看需求還在增長，但是燃?xì)鉄崴鞯恼急纫殉尸F(xiàn)下降趨勢，越 來越多的家庭傾向選用電熱水器和電動熱泵熱水器。熱泵熱水器具有高效節(jié)能的特點，制 造相同的熱水量是一般電熱水器的4-6倍，其年平均熱效比是電加熱的4倍，能源利用效 率高。對于醫(yī)院、酒店的蒸汽等特殊用途，可以考慮通過電驅(qū)動熱泵或者采用直接電熱來替代分 散的和集中的燃?xì)忮仩t。實踐表明，即使采用分散的電熱方式制取熱水或蒸汽，由于減少 了輸送過程中的熱損失，其能耗也低于集中的燃?xì)忮仩t（按照1m標(biāo)準(zhǔn)政策提升是關(guān)鍵 無論是建筑行業(yè)直接碳排

8、放還是間接碳排放，通過提升節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)來合理引導(dǎo)用能方式、 降低用能需求，或者通過政策設(shè)計加快高效減碳技術(shù)產(chǎn)品的推廣，都是實現(xiàn)建筑行業(yè)綜合 碳減排、實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。2018年，我國建筑運行用電量為1.7萬億k Wh；未來如果 認(rèn)真推進(jìn)建筑節(jié)能，耗電量可以控制在3.5萬億k Wh左右；如果不控制用電量，則可能 增長到約5萬億k Wh。這部分碳排放什么時候達(dá)峰，取決于用電量增長和電力碳排放因子 下降的相對速度。如前所述，我國完全可以在長江流域居民供暖、炊事和生活熱水方面推行全面電氣化，關(guān) 鍵是標(biāo)準(zhǔn)和政策的提升。為此，需要建立完備的低碳、碳中和導(dǎo)向下的建筑節(jié)能和綠色建 筑標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)各氣候區(qū)、各

9、類型全過程全覆蓋，合理降低用能需求。此外，我國農(nóng)村地區(qū)要滿足采暖、炊事以及生活熱水需求，目前主要還在采用傳統(tǒng)的生物 質(zhì)和散煤。如果農(nóng)村地區(qū)不再推廣“煤改氣”，而是發(fā)展煤改可再生能源，那么這部分碳 排放可以進(jìn)一步降低。事實上，我國農(nóng)村地區(qū)具有大量的可再生零碳能源：一是農(nóng)村具有 足夠的空間，可以大規(guī)模發(fā)展光伏電力；二是農(nóng)村具有充足的生物質(zhì)資源，通過一定的加 工后可以被高效清潔地利用。這兩類能源目前也都有成熟的技術(shù)，關(guān)鍵是需要通過標(biāo)準(zhǔn)和 政策進(jìn)行合理替代和引導(dǎo)推廣，甚至可能率先實現(xiàn)零碳村鎮(zhèn)的示范建設(shè)。技術(shù)創(chuàng)新是根本建筑用能全面電氣化只是把13%的直接碳排放轉(zhuǎn)移到電力行業(yè)。要實現(xiàn)2060年碳中和，仍

10、需技術(shù)創(chuàng)新解決熱力間接碳排放和電力間接碳排放問題。首先，需要通過技術(shù)創(chuàng)新，大力發(fā)展新型低碳北方供暖系統(tǒng)，包括充分利用核電、火電、 工業(yè)生產(chǎn)余熱，區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、集中供熱，解決70%80%的北方地區(qū)供暖需求。由于工業(yè)余熱 產(chǎn)地與需要供熱的建筑地理位置的不匹配，工業(yè)余熱生產(chǎn)變化與建筑供熱需求的變化不一 致，如何保證供熱可靠保民生，都需要技術(shù)創(chuàng)新。可能的解決方案是，開發(fā)跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)， 多熱源聯(lián)合供熱，末端燃?xì)庹{(diào)峰新技術(shù)。目前推進(jìn)大溫差大容量區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供熱技術(shù)已經(jīng)在 多個地區(qū)實現(xiàn)，其實現(xiàn)成本低于燃?xì)夤嵝履Ｊ降耐茝V。其次，我國黃渤海周邊地區(qū)傳統(tǒng)上屬嚴(yán)重缺水區(qū)，單獨依靠南水北調(diào)、引黃濟(jì)冀等工程不 能完全解決缺水問

11、題。而沿海地區(qū)有大量的核電站、火電站和鋼鐵企業(yè)，每年排放1.5億 k W熱量。在我國北方東部沿海長達(dá)1500公里的海岸線上，目前已建成裝機容量為8000 萬千瓦的核電和火電。根據(jù)規(guī)劃，未來將建成約1億千瓦的核電和調(diào)峰火電。如果全部按 照水熱聯(lián)供技術(shù)創(chuàng)新的方式回收這些電廠的發(fā)電余熱，則可形成1.2億千瓦的供熱能力和 日產(chǎn)淡水2246萬噸/日的海水淡化能力，實現(xiàn)零能耗海水淡化。同時單管送熱水到沿海核 電和火電廠150公里半徑區(qū)域，實現(xiàn)“水熱同送”，在周邊城市入口實現(xiàn)“水熱分離”， 同時為城市提供淡水和供熱熱源。第三，建筑領(lǐng)域除集中供暖之外的用能降低和實現(xiàn)碳中和，更需要技術(shù)創(chuàng)新。首先，由于 建筑設(shè)計是引導(dǎo)建筑用能行為的關(guān)鍵，為此需要通過技術(shù)創(chuàng)新，推動以建筑設(shè)計為主導(dǎo)的 技術(shù)方法創(chuàng)新，推進(jìn)空間節(jié)能和設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能的融合，大幅降低供暖、空調(diào)、照明、電梯 等用能需求，促進(jìn)部分時間、部分空間的低碳用能理念落實。其次，需要開發(fā)高性能圍護(hù) 結(jié)構(gòu)新材料和新產(chǎn)品，同時根據(jù)各地氣候特點確定不同圍護(hù)