建筑业碳减排与建材业协同发展

　　为了应对气候变化、推动实现“双碳”目标，香山科学会议于近日召开了“实现建筑碳中和的挑战与应对技术路线”学术研讨会，与会专家就“建筑部门实现低碳发展”等诸多议题进行了广泛交流和深入讨论，共同认为建材行业是基础设施建设必不可少的支撑，建筑业碳中和会对建材行业低碳发展提出更新、更高的要求。建材行业在实现“双碳”目标的同时，需要协同支持建筑业的碳减排。

　　据悉，建筑业是世界上最大的终端能源消耗及温室气体排放的主要产业之一。

　　根据《中国建筑节能年度发展研究报告2021》披露的信息，2019年建筑业建造能耗和建筑运行能耗分别为14亿吨和10.2亿吨标煤，分别约占全国能源消费总量的29%和21%;建筑业全产业链二氧化碳排放量约为50亿吨，占全国排放比例超过50%。由此可见，建筑领域低碳转型对我国实现“双碳”目标至关重要，对世界实现净零排放也非常重要。

　　我国已公布碳达峰碳中和的“1+N”政策体系，但我国建筑业实现碳达峰碳中和的障碍及路径尚未得到充分研究。

　　建筑业为什么要实现零碳

　　建筑业实现零碳的根本目标是改变能源结构，由目前采用的化石能源转变为可再生能源，实质目的不仅是为了缓解气候变化，更是为了实现永续发展。通过破解能源安全问题，即由依赖进口国外油气转变为利用国内风、光等空间资源;通过破解大气污染难题，即由深度净化转变为消除污染源，彻底解决污染问题。随之而来的能源革命则是一场更深刻的大变革，将全面改变能源的生产、转换、传输、终端应用的全过程。

　　建筑业相关碳排放包括建材生产，工程建造、维修及拆除，建筑物运行三大部分。建筑工程的新建、改造、维修都需要大量的建材，而建材生产过程中的碳排放占我国工业生产碳排放的25%左右。节省建材用量，回收利用废弃建材产品及研发新的低碳、零碳建材是目前需开展的工作，而研究建材的改变对建筑结构体系的影响和建筑结构体系变化对建筑形态的影响也有重要作用。

　　工程运行过程如何实现碳减排

　　建筑工程运行过程中有化石燃料燃烧产生的直接排放、输入电力导致的间接排放及外部供热导致的间接排放。以零碳为目标的建筑能源革命就是要彻底取消建筑工程中化石能源的使用，全面实现以绿电为基础的电气化。建筑工程由单纯的电力消费端转变为“产、储、消”三位一体，进而助力零碳电力发展。通过新建建筑节能设计与既有建筑节能改造，实现节能需求与追求美好生活的统一。

　　电气化的实现必须依靠新能源的发展，包括未来能源中风力发电、光伏发电比例的提高，这需要约1亿亩以上的安装空间，还要解决发电与用电空间和时间不同步的问题。建筑工程是连接充电桩和电网的桥梁，新能源汽车充电和用电有助于储能和调峰。另一方面，终端用能单元从传统的刚性负载变为新型的柔性负载，也有助于电力系统的调节。

　　如何为建筑提供能源供给系统

　　能源供给以零碳为目标，包括电力、热力和充电桩，对既有建筑进行性能改造和机电系统改造，对新建建筑要求实现零碳化。具体内容有：以安装和消纳光伏电力为目标的改造，即城乡建筑可全面实施光伏化;以适应新能源汽车发展的社区充电桩系统的建设，即新型充电系统的同步建设;全面实现以零碳热源为目标的新型供热系统;针对北方地区老旧建筑，进行降低热量需求的既有建筑围护结构的保温改造;科学规划、分布实施城镇建筑机电系统提效和配电光储直柔改造;规划600亿平方米既有建筑和未来100亿平方米新建建筑的零碳化。

　　建筑领域碳排放量核算方法

　　建筑碳排放计算与核算工作是建筑行业实现碳达峰碳中和目标的刚性需求。伴随着节能降碳工作逐渐细化，关于未来建筑能耗限额管理、能效标识、碳交易与绿色金融等相关讨论引起政府和相关机构的广泛关注，建筑碳排放计算的重要性会愈加凸显。

　　国家标准《建筑碳排放计算》GB 51366提出了建材生产及运输阶段、建造及拆除阶段和运行阶段的碳排放计算，从建筑物全生命周期规范了碳排放量的计算范围和方法。

　　此外，国家标准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB 55015对节能设计、节能改造及可再生能源应用提出了具体要求和性能指标。

　　但是，我国减排进程及人口、经济发展的动态变化，会给建筑业碳预算测算带来挑战，复杂变化的建筑内涵碳也会给碳预算测算带来技术挑战。

　　目前建筑碳排放的计算核算有狭义、广义之分。狭义的建筑运行碳排放讲的是建筑运营碳排放;广义的建筑运行碳排放通常讲全生命期的碳排放，涉及建材生产、建造过程以及建筑运行、维护、拆除、回收等各环节。

　　有专家认为，计算碳排放一般有两个目标，一是为了算明单体项目、园区项目或新技术是否真的减排了，这就需要进行建筑全生命周期的碳排放计算。另一个目标是为满足碳交易和碳排放管理需求，明确每年的碳排放究竟是多少，这就只需要计算建筑实际运行导致的碳排放。此外，现有的碳排放核算体系不能体现年内和日内不同时刻碳排放因子的差异，在大比例可再生能源应用的背景下，关键问题是给出逐时碳排放因子，动态核算全年逐时碳排放量和碳排放责任，评估建筑蓄能和调节对电力系统供需匹配的积极作用。

　　应该指出的是，尽管《建筑碳排放计算》GB 51366提出了建材生产碳排放计算一般规定，但还不够准确和完善。建议标准可引用建材行业制定的各种建材产品二氧化碳排放计算标准，以便算清建筑部门的碳排放量，进而解决建筑业低碳发展的基本问题。

　　建筑规模与碳排放

　　我国城市房屋建筑总量和人均占有量随着社会经济发展而持续增加。根据12个大城市统计数据表明，人均建筑面积在45平方米/人—70平方米/人，平均为56平方米/人，与发达国家相比尚处在较低水平。按城市建设用地开发容积率测算，未来人均建筑面积可达70平方米/人—100平方米/人。

　　房屋和基础设施建设投资在GDP中的占比很高，多年来一直是推动GDP增长的重要动力。一方面要防止房屋供应量盲目增长，避免“大拆大建”的城市开发方式造成既有建筑没有得到充分利用、建筑寿命短、拆建造成大量的资源消耗和碳排放;另一方面要提高住房的居住属性，减少住房保值的投资品属性，使住房供应和持有总量与实际需求基本持平。随着城市经济结构转型，经济体制改革深化，城市增长模式必然从基建投资导向型转向居民消费导向型，城市建筑总量和人均拥有水平必然会保持在一个相对合理的水平。

　　城镇化“下半场”出现了越来越多的城市间人口迁移，尤其是中等收入群体和受过良好教育的人才及家庭从中小城市向中心城市迁居，在大城市产生了新的住房需求，而后使中小城市住房出现部分闲置。城镇化人口流动是一个多元、多次、多向流动的过程，会持续影响住宅的需求与供给关系。

　　城镇化进程给建筑碳达峰碳中和带来三大挑战：一是城镇化进程与建筑碳锁定风险，二是城镇化发展不平衡与省级建筑碳排放梯次达峰问题，三是住宅供需时空错配与碳排放浪费问题。考虑城镇化所处阶段，有序推进省级建筑碳排放梯次达峰。我国不同省市城镇化发展差异巨大，最低的城镇化率不到40%，最高的超过80%。因此，在制定省级建筑碳达峰目标时，应充分考虑城镇化所处阶段，避免“一刀切”，做到上下联动，在确保全国建筑领域碳排放达峰时间和峰值目标实现的前提下，有序推进各地建筑碳排放梯次达峰。

　　绿色建造与低碳建材

　　绿色建造是我国建筑工程行业在“可持续发展”“循环经济”“低碳经济”等大背景下提出的一种建造理念。绿色建造是指按照绿色发展要求，着眼于建筑全寿命期，通过科学管理和技术创新，采用有利于节约资源、保护环境、减少排放、提高效率、保障品质的建造方式，实现人与自然和谐共生的工程建造活动。

　　从工程建造全过程来看，建造阶段包含策划、设计、采购、生产和施工环节，对建材供应链的选择具有决定权。从全生命期角度出发，要将绿色低碳发展理念贯穿工程建造全过程和上下游产业链，大量采用新型绿色建造方式，全面采用绿色建材，大力推广近零能耗建筑，建筑垃圾现场排放量大幅减少，最终排放量大幅降低，以实现工程建造全产业链的绿色低碳发展。

　　建材产品主要包括水泥和混凝土。水泥行业作为二氧化碳排放大户，这是由水泥生产和应用特性所决定的。水泥生产制备各工艺过程都有电力消耗，产生的间接二氧化碳排放量约为60千克/吨水泥;水泥熟料煅烧通常是采用煤炭进行燃烧，产生的直接二氧化碳排放量约为170千克/吨熟料;水泥熟料生产的主要原料是石灰石，经高温煅烧后会分解、释放出大量的二氧化碳，即产生过程二氧化碳排放量约为300千克/吨水泥。

　　建筑施工过程和建筑物应用中的碳减排与水泥生产及品种有直接关系，应从全生命周期分析“零碳建筑”的实施路径，同时也要注重分析建筑工程中水泥基材料的碳吸附功能、预测水泥基材料碳化转化趋势。

　　分析表明，我国建筑业碳排放超全国总排放量的一半，而仅水泥、混凝土结构建设碳排放占比就高达20%。因此，推动水泥、混凝土材料的低碳发展，挖掘混凝土的低碳潜力，大力发展再生混凝土，成为实现建筑碳中和目标达成的关键任务。

　　建筑零碳运行

　　建立在建筑全生命周期基础上，建筑综合碳排放为零的零碳建筑逐渐成为建筑业实现绿色可持续发展的重要手段。这就需要在工程设计阶段将降低碳排放纳入考量，新建零碳建筑，从源头处减碳降碳。对于新建建筑，在建设阶段需要控制用材，应选择高质量、长寿命的建筑材料，以推进建筑材料的再生循环与利用，减少资源浪费。

　　在结构选择上，应选用可装配式模块化生产的轻型结构，要去除冗余装饰，推进标准化生产，以减少施工污染，提高劳动效率，降低能源消耗。在建设阶段，还要控制建筑本体的用能需求。在建筑内部，应打造高效、低碳、智慧的运维管理模式，以智慧手段实现建筑全生命周期的绿色低碳管理。

　　在控制用材、控制用能的同时，还应控制建筑的碳排放。要推进都市森林、都市农业建设，增加建设用地绿量。

　　在实现建筑零碳运行过程中，应充分进行数字技术的创新应用。从设计阶段结合数字手段对设计开发建设方案进行实时优化，到在建筑施工过程中采用智慧管理平台，以及在运营时通过实时收集碳排放数据来进行减碳策略的规划，人工智能及大数据技术都是实施建筑减碳方案的重要举措。

　　零碳能源供给系统

　　建筑零碳路径是以节能为中心，通过全面实现绿色电气化，不再使用化石燃料，同时实现零碳电力供给和供热系统零碳化，这也是未来城市能源供给系统要达到的目标。预计到2060年，我国发电量将达到13万亿kWh，新能源发电量可达到11.5万亿kWh，而燃煤发电量仅为0.5万亿kWh，约为总发电量的3.85%，仅用于电力系统的调峰。

　　城市建筑用能首先要考虑风电、光电安装空间。初步估计，我国城市建筑屋顶可安装8.7亿kW光伏发电系统，年发电量达1万亿kWh，可提供建筑用电量的四分之一，但由于时间差导致电源侧与用电侧变化的不协调，可以通过建筑储能、充电桩等来缓解。未来的零碳电力系统，是建筑集发电、用电、储电和调节功能于一体的。

　　此外，我国农村拥有充足的屋顶面积可转化为巨大的光伏发电潜力。据初步测算，农村可安装屋顶光伏20亿kW，年发电量2.5万亿kWh。通过大量的乡村调研发现，农户全年用电量一般不超过3000kWh，有的甚至不到500kWh。因此，农村的光伏发电潜力远大于其自身用电需求，有可能通过合理的配置，实现真正的自发自用、余电上网，使整个村庄成为一个绿色发电厂。

　　建材行业既是国家社会经济重要的工业门类，又是建筑业不可或缺的基础。建材行业在实现“双碳”目标的同时，需要协同支持建筑业的碳减排，这就需要基于建筑业的低碳发展需求，研究开发更多的低碳建材新产品，进而促进建材行业绿色低碳和可持续发展。(作者系绿色建材国家重点实验室学术带头人、教授 汪澜)