探寻建筑领域的零碳路径

　　说到建筑领域碳达峰与碳中和目标，前提是量化建筑领域碳排放指标，而碳排放量则要首先明确建筑碳排放的边界。建筑领域碳排放的边界包括能源燃烧的直接排放、建筑运行的间接排放和建材生产、建筑施工的隐含碳排放，三者之和为建筑全寿命期碳排放。

　　碳中和与建筑领域的逻辑关系

　　尽管在IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）体系下的建筑碳排放仅包含直接排放，间接排放计算在能源领域，隐含碳排放计算在工业领域，但从我国碳达峰碳中和的实施操作来考量，建筑领域作为能源与资源的终端消费方，运行碳排放和隐含碳排放的减碳控制手柄也掌握在建筑行业手中。因此针对建筑领域的零碳路径要综合考虑上述3种排放，按照不同侧重分别提出策略。

　　2019年，我国碳排放总量101亿吨，其中建筑领域全寿命期碳排放39亿吨，包括运行碳22亿吨，隐含碳17亿吨。

　　能源燃烧是我国主要的二氧化碳排放源，在碳排放中占比88%，电力行业碳排放又占能源行业的41%，因此加速调整能源结构、实现电力生产减碳是碳中和在供给端的总路径。而消费端的交通、工业、建筑3大领域，交通领域低碳化路径明确，工业领域低碳化开始起步，而建筑领域低碳化则与另外两个领域均相关，如电动汽车充电与建筑的联动以及钢铁水泥的减量化应用。同时建筑领域自身的低碳化路径也逐渐明确，主要包括近零能耗建筑、建筑电气化、可再生能源利用、北方供热系统零碳化等几个方面。

　　总体来说，建筑部门各项需求都已经存在零碳解决方案，建筑领域应努力按路径达峰并尽早实现近零排放。

　　建筑领域碳中和的技术路径

　　建筑领域的碳中和场景是实现零碳建筑，也就是将占碳排放总量的21%的运行阶段碳排放实现零碳排放。具体的实现路径可以从需求减量、超高能效和能源替代3方面实现。

　　需求减量方面，可以借助超低能耗房屋减少能源需求，通过低碳、轻质、循环建材和工业化建造体系减少建材用量。超高能效方面，超低能耗的建筑设备和能源智能控制系统大幅提升能源利用效率。而能源替代，主要是与储能技术相结合的光伏建筑一体化和各种热泵技术使建筑脱离对化石能源的依赖。

　　具体到和建筑相关的3种排放，零碳路径也有不同的侧重。6亿吨的建筑领域直接排放，零碳路径是在建筑中减少煤、油、气等任何化石能源的使用，将直接排放减为零。实现途径为炊事电气化、生活热水电气化、燃气热水锅炉等用热泵等替代。

　　间接排放主要是建筑运行中使用的电力和热力，减少间接排放一方面取决于建筑自身需求，另一方面取决于供给侧低碳化程度。零碳路径是以近零能耗建筑为核心的建筑节能、配合零碳电力的建筑电气化以及零碳热源。2019年，我国间接碳排放为16亿吨，包括1.9万亿度运行用电的11亿吨碳排放和集中供热、燃煤燃气锅炉和热电联产的5亿吨碳排放。因此，提升节能减排标准是降低用能需求、减少间接排放的关键。

　　零碳电力要求建筑用电全部为风电、光电，一方面需要大力发展建筑表面光伏发电，另一方面用建筑消纳周边地区集中风电光电的零碳电力。此时的难点就变成了柔性用电，即如何让建筑弹性地消纳风电光电的波动性。依靠“光储直柔”建筑配电可以支持零碳建筑能源的实现。光是指光伏建筑一体化；储是储能，将建筑蓄电池连接充电桩，实现建筑与汽车的储放结合；直是指建筑直流配电；柔是指弹性负载，柔性用电，调节风电光电的波动性。“光储直柔”建筑可仅仅依靠零碳电力运行。

　　隐含碳排放主要来源是建材生产，我国建筑碳排放占比为38%，其中建材相关占比为17%。从全寿命期看，运行用能占比最高，建材占比第二，考虑建材生产建造周期短，其优化对建筑领域低碳化贡献更大。隐含碳的零碳路径包括：避免过量建设和大拆大建，从总量减碳；推动建筑工业化，从源头减碳；推广新型低碳结构体系和高性能材料，从建材减碳。

　　建筑领域碳中和的实施策略

　　建筑领域碳中和包含城市和建筑。作为建筑的集合体，城市层面碳中和的实施策略是把相关领域集成到城市中提出系统解决方案，包括城市能源网络、城市建筑和城市交通。城市层面碳中和实施策略依旧可以从隐含碳和运行碳两个角度出发。控制城市建设规模，减少空置率，避免大拆大建，可以从源头控制隐含碳；延长建筑寿命，提倡百年建筑，发展建筑工业化和装配式建筑则可以从建材消费端减少隐含碳。城市能源结构调整、城区可再生能源协调利用和区域级的低碳社区，则是减少城市运行碳的主要策略。

　　建筑层面的实施策略可以具体针对不同类别的碳排放。先通过超低能耗建筑减少运行阶段能源需求，然后通过用能结构调整即建筑电气化实现运行过程的零碳。建筑用电采用光伏等可再生能源实现电力系统零碳化。同时与电力系统配合，发掘余热资源，实现零碳供热。

　　总而言之，在建筑层面，减量化是前提，发展超低能耗建筑的同时提倡节约能源的消费观。将建筑从能源的纯消费端变为分布式的生产调节端，建筑在电力系统中的功能场景由消费者变为生产、消费、储存三位一体。

　　建筑领域双碳目标的思考与建议

　　第一，系统思维，源头减碳。

　　建筑领域碳中和目标需要将建筑与其他领域共同考虑，以系统化思维协同各个领域减碳。如建筑消费端减少建筑和城市的能源需求，可以同时助力能源领域减碳。发展装配式建筑及新型建筑材料，通过建材减量化减少建材生产碳排放，可以助力工业领域减碳及碳中和。

　　从源头控制建筑总量规模，减少过量建设和大拆大建，更是对碳达峰的重要支持。城市建设应该从大规模建设转变为城市更新、既有建筑改造和性能提升，从修建并重，转向修大于建。既有建筑以“精细修缮结合高性能节能提升”进行改造，因为改造碳排放量是拆除重建的1/10。

　　第二，规划与建筑，双线并重。

　　规划是建筑领域碳中和的起点，新建区域的规划应包含碳目标预测和碳预算分解，在设计中以限碳设计实现规划的碳排放目标。交通规划将公共交通与汽车交通综合统筹，将电动汽车交通规划与建筑能源、充电系统综合统筹考虑。资源规划采用分布式能源系统形成城市资源能源的微循环。

　　建筑层面节能是前提，实现路径可以总结为，一是在新建建筑中推广近零能耗建筑，推动以建筑设计为主导的技术方法创新，推进空间节能和设备效率提升节能的融合，实现低成本增量的零能耗建筑；二是可再生能源建筑一体化使建筑从能源消费方成为能源供应调节方；三是既有建筑节能改造实现存量减碳；四是农村住宅节能提升；五是建筑电气化。建筑层面的实施路径比较明确，针对碳达峰的行动可即刻着手实施。

　　第三，技术与机制，双面并举。

　　在技术层面加快研究推广相关减碳新技术与新模式。新技术如近零能耗建筑技术、热泵供暖技术、电动汽车与建筑能源融合应用技术等。新模式如“光储直柔”的分布式能源模式、共享交通模式、精细化城市更新模式等。

　　除了技术的发展应用，在机制方面，则应该走市场化道路。通过制定标准，借助市场化引导和市场倒逼机制，推动减碳以市场化方式进行。

　　第四，存量与增量，重塑理念。

　　虽然建筑总碳排放进入平台期，但随着新增建筑及生活水平提升，预测建筑规模从现在全国644亿平方米建筑面积将增加到750亿平方米达到峰值，建筑运行碳排放还在增长。因此需要以更先进的技术手段和强制性的政策措施，实现运行碳排放尽早达峰。

　　同时提倡节约型生活方式，避免建筑电气化过程中建筑用电大幅增长的情况。现在我国每年人均建筑用电量2500千瓦时左右，随着居民生活水平提高，用电量还会增长。如果由于建筑电气化带来人均用电大幅增长，即使建筑用电全部采用风电光电，也无法解决电力平衡与调节问题，所以需求端的节能与节约的生活方式是建筑领域碳中和的基石。

　　建筑领域碳达峰与碳中和目标需要我们以必达的信心和科学的方法来实现。

　　作者：任军   天津大学建筑学院教授

　　来源：中国建设报