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建筑领域“双碳”技术路径探析

发布时间:2023-04-27 16:59
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2020年9月22日,习近平主席在出席联合国大会一般性辩论上郑重承诺:我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和[1]。此后,习近平主席先后在联合国生物多样性峰会、巴黎和平论坛、气候雄心峰会等20余次的国际会议上重申了这一宏伟目标,并在中央经济工作会议、中央政治局会议等重要会议上多次强调这一战略目标。当前,碳达峰碳中和工作已纳入我国生态文明建设总体布局,将成为促进我国经济社会发展全面绿色转型、推动实现高质量发展的重要举措。

 

我国建筑领域碳排放现状

建筑行业发展现状

快速城镇化带动了建筑业持续发展,我国建筑业规模不断扩大。2007年–2019年,我国建筑建设的速度增长迅速,新增净建筑面积从7亿平方米快速增长至当前的每年17亿平方米左右。每年大量建筑的竣工使得我国建筑面积的存量不断高速增长,2019年我国建筑面积总量约646亿平方米,其中,城镇住宅建筑面积为282亿平方米、农村住宅建筑面积228亿平方米、公共建筑面积136亿平方米。

建筑领域能耗现状

建筑领域能耗主要分为建造阶段能耗和运行阶段能耗,根据《中国建筑节能年度发展研究报告2021》,2019年我国建筑领域建造能耗为5.4亿吨标准煤,占全国能源消费总量的11%,高于全球5%的比例,其中,城镇住宅、农村住宅、公共建筑分别占比为69%、7%和23%。

我国民用建筑历年建造能耗变化趋势图(2004年–2019年)

 

我国民用建筑历年面积变化趋势图(2007年–2019年)

 

我国民用建筑运行能耗(2019年)

建筑领域碳排放现状

根据《建筑碳排放计算标准》(GB/T51366–2019),建筑的碳排放包含运行阶段、建造及拆除阶段、建材生产及运输阶段[4]。

 

我国民用建筑历年建筑施工碳排放(1999年–2019年)

随着建筑需求的不断攀升、城镇化水平的不断提高,我国每年新增建筑面积约20亿平方米,加之在南方供暖市场逐渐扩大、人们对美好生活追求不断增长的情况下,我国建筑领域的碳排放量在未来10年内仍会持续攀升。

建筑领域碳达峰技术路径

提升新建建筑能效水平

为尽快实现建筑领域碳达峰与碳中和目标,提升新建建筑能效水平是首要任务。据测算,如我国新建建筑能效按照“低能耗建筑→超低能耗建筑→近零能耗建筑→零能耗建筑”的路径稳步推进,我国建筑领域碳达峰时间预计将提前到2030年;如新建建筑能效按照“超低能耗建筑右→近零能耗建筑→零能耗建筑”的路径快速推进,我国建筑领域碳达峰时间则有望提前至2027年。

随着近年来建筑节能、绿色建筑和超低能耗公共建筑工作的不断推进,提升新建建筑的能效水平发展出了一套“被动式技术降需求+主动式技术降消耗”的技术路径:通过自然通风、自然采光、遮阳、保温隔热等被动式技术,降低建筑的能源需求;通过高能效空调机组、节能灯具、节水器具等主动式技术,降低建筑能源资源消耗;以热、电、气等能源资源的综合互补式利用,提升能源系统效率,进而实现新建建筑显著的能效提升和碳排放降低。

 

建筑能效提升技术路径

绿色建筑提质增效

绿色建筑工作历经十余年的发展,已逐步从理念普及、试点项目推进走向全面推广、提质增效的阶段。2022年3月,住房和城乡建设部发布《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》,提出要提升绿色建筑发展质量,通过推进绿色建筑标准实施,加强规划、设计、施工和运行管理;到2025年,城镇新建建筑全面执行绿色建筑标准,建成一批高质量绿色建筑项目;采取“强制+自愿”推广模式,适当提高政府投资公益性建筑、大型公共建筑以及重点功能区内新建建筑中星级绿色建筑建设比例[5]。

既有建筑绿色节能改造

既有建筑相对于新建建筑而言,最为关键的问题是其节能水平低、规模体量大。近年来,国家大力推行城市更新和老旧小区改造工作,故可以此为契机不断推进既有建筑绿色节能改造和公共建筑节能管理工作,以实现大规模既有建筑的运行碳排放降低。

可再生能源建筑应用

建筑存在大量的供冷、供热、卫生热水及用电需求,不同的能源供应方式产生不同的能耗强度和碳排放强度。太阳能、风能、地热能、生物质等自然、可再生的能源因其具有明显的节能减碳效益,越来越受到我国乃至全世界的关注,并不断加以推广应用。

建筑领域的可再生能源应用主要包括生产电力和生产热力两种形式。

可再生能源的两类建筑应用,一方面可通过生产电力替代燃煤电厂排放的污染物,间接降低了建筑的碳排放;另一方面可通过生产热力替代燃煤/燃油/燃气锅炉、燃气热水器等建筑产生的直接碳排放,对建筑领域尽早实现碳达峰与碳中和具有重大意义。

建筑电气化及电力脱碳

对于建筑领域而言,其直接碳排放主要源自燃油或燃气锅炉供暖、燃气热水器供卫生热水和炊事用燃气灶具,推动建筑电气化,用各类热泵替代锅炉或燃气热水器、使用电气化炉灶,可有效减少建筑的直接碳排放;通过大力发展低碳甚至零碳的可再生能源电力,降低电力供应的碳排放因子,可进一步减少建筑的间接碳排放。

因此,调整能源结构,大力发展可再生能源,推行建筑电气化是我国建筑领域碳达峰碳中和的重要举措[6]。

建筑领域碳中和技术路径

立体绿化及绿化碳汇

基于自然的碳中和路径主要体现在“保护森林、改进农田管理办法、农业生产办法以及保护和再造湿地”三个方面[8],因此,利用生态系统的碳吸收抵消生活生产中的碳排放,通过基于自然途径吸收或进行减排是实现碳中和目标不可或缺的,也是高效快速的途径之一。

建筑材料吸附固碳

建筑在建造和使用的过程中通常会产生能源资源消耗和碳排放,但如采用木结构建材或带吸附二氧化碳功能的建材,也可实现建筑的吸附固碳,为建筑领域的碳中和作出相应的贡献。

建筑全过程碳排放中建材生产阶段碳排放占比较高,因此,如能从建筑材料生产阶段加以减碳固碳方面的考虑,将对我国建筑领域实现碳达峰碳中和目标起到巨大的推动作用。根据王峥、郭振伟[11]的调查研究,当前具备量产和规模化的固碳建材技术包括以下几种:

一是混凝土固碳技术。

二是混凝土添加剂技术(二氧化钛)。

三是镁质水泥。

结语

在当前建筑行业仍然处于快速发展和人们对生活水平要求越来越高的背景下,建筑领域在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和任重而道远,需要广大建筑从业人员一起努力,从规划设计阶段源头控制到建造运行环节提升管理水平来实现。

关键词:建筑,领域,双碳,技术,路径,探析,2020年,9月,22日