基于LMDI的中國建筑碳排放增長影響因素研究

馬曉明 郇洵 谷碩 計軍平

摘要：建筑是中國碳排放的重要部門之一。文章利用LMDI方法，對1996年-2014年中國建筑運行相關(guān)的碳排放進行因素分解。結(jié)果表明，公共建筑和城鎮(zhèn)住宅是建筑碳排放增長的主要來源。第三產(chǎn)業(yè)增加值、居民人均收入是建筑排放的主要增長因素，單位面積能耗、單位收入住宅面積是建筑排放的主要減緩因素。

關(guān)鍵詞：建筑運行能耗；公共建筑；城鎮(zhèn)住宅建筑；農(nóng)村住宅建筑

對數(shù)平均迪氏指數(shù)法（LMDI， Logarithmic Mean Divisia Index）是研究能源消費和碳排放變化影響因素的常用方法。Donglan等對1991年～2004年中國城鄉(xiāng)住宅碳排放進行LMDI研究，發(fā)現(xiàn)收入效應(yīng)和能源密度效應(yīng)分別是最大增排和減排因素。Nie和Kemp針對2002年～2010年北京居住能源消費量進行因素分解，發(fā)現(xiàn)能源消費增長是能源消費增加的主要因素，而單位人均面積增加是第二大驅(qū)動因素。Lin和Liu對1995年～2012年中國各省市的商業(yè)和居住建筑的碳排放進行LMDI分解，結(jié)果顯示生活標準的提高是主要碳排放驅(qū)動因素。上述文獻僅針對我國部分建筑類型或部分地區(qū)的建筑能耗或碳排放開展研究，并未從全國整體及所有主要建筑類型角度全面地分析我國建筑碳排放增長的主要影響因素。

為解決上述問題，本文基于宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)估算了1996年～2014年中國公共建筑、城鎮(zhèn)住宅建筑及農(nóng)村住宅建筑的運行能耗及碳排放。利用LMDI方法，對1996年～2014年各類建筑碳排放進行因素分解，識別影響碳排放變化的主要因素。

一、 方法與數(shù)據(jù)

1. LMDI分解法。參考清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心對建筑的劃分方法，本文將建筑分為公共建筑和住宅建筑兩大類?？紤]到我國城鄉(xiāng)住宅的巨大差異，將住宅建筑進一步細分為城鎮(zhèn)住宅和農(nóng)村住宅，見公式（1）。各類建筑排放包含的影響因素見公式（2）至公式（4）。

其中，C為建筑碳排放總量，C公、C城及C農(nóng)分別為公共建筑、城鎮(zhèn)住宅建筑及農(nóng)村住宅建筑碳排放量；、E公i、E城i及E農(nóng)i為各類建筑對第i類能源的消耗量，C公i、C城i及C農(nóng)i是與上述能耗相對應(yīng)的碳排放量，E公、E城及E農(nóng)為各類建筑的總能耗，S公、S城及S農(nóng)為各類建筑總面積，G公為第三產(chǎn)業(yè)增加值，G城為城鎮(zhèn)居民可支配收入總額（簡稱“城鎮(zhèn)居民總收入”），G農(nóng)為農(nóng)村居民純收入總額（簡稱“農(nóng)村居民總收入”），P城和P農(nóng)分別為城鎮(zhèn)總?cè)丝诤娃r(nóng)村總?cè)丝?；Ui表示第i類能源的碳排放因子，D公i、D城i及D農(nóng)i表示第i類能源占各類建筑總能耗的比重，I公、I城及I農(nóng)表示各類建筑單位面積能耗，A公、A城及A農(nóng)表示單位增加值或單位收入的建筑面積，Q城和Q農(nóng)分別表示城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（簡稱“城鎮(zhèn)人均收入”）以及農(nóng)村居民人均純收入（簡稱“農(nóng)村人均收入”）。

此處以公共建筑碳排放的分解為例說明LMDI分解方法，其他兩類建筑碳排放的分解方法與此類似?；诠剑?），報告期內(nèi)公共建筑碳排放的變化可以分解為各因素碳排放變化之和，見公式（5），各因素碳排放的變化通過公式（6）至公式（10）計算。

其中，上標t代表報告期末年，0代表報告期初始年；？駐C公為公共建筑在報告期內(nèi)的碳排放變化量；？駐CU公為能源碳排放因子效應(yīng)，由于化石能源排放因子保持不變，因此該效應(yīng)主要歸因于電力排放因子變化，即由發(fā)電效率和發(fā)電結(jié)構(gòu)引起的排放變化；？駐CD公為能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)，即由各類能源占公共建筑總能耗百分比的變化引起的排放變化；？駐CI公為能源密度效應(yīng)，即由單位面積能耗變所引起的排放變化，衡量的是能源消費密度對碳排放的影響，是節(jié)能效率和能源利用效率共同決定的綜合指標；？駐CA公為面積效應(yīng)，即單位增加值對應(yīng)的建筑面積變化所引起的排放變化，衡量的是產(chǎn)出效率對碳排放的影響；？駐CG公為產(chǎn)出效應(yīng)，由于公共建筑主要用于第三產(chǎn)業(yè)，所以該式衡量的是第三產(chǎn)業(yè)增加值變化對排放的影響。此外，對于城鎮(zhèn)住宅建筑和農(nóng)村住宅建筑碳排放的變化，還受到人均收入效應(yīng)（？駐CQ城和？駐CQ農(nóng)）以及人口效應(yīng)（？駐CP城和？駐CP農(nóng)）的影響。前者表示人均收入變化引起的排放變化，后者表示人口數(shù)量的變化引起的排放變化。

2. 數(shù)據(jù)來源。對于建筑能耗及碳排放數(shù)據(jù)，雖然我國建筑主管部門于2010年發(fā)布了《民用建筑能耗和節(jié)能信息統(tǒng)計報表制度》，但是詳細統(tǒng)計數(shù)據(jù)難以從公開渠道獲取。為此，本文參考《2010中國低碳發(fā)展報告》以及《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2007》的方法，利用最新修訂的《中國能源統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，估算了公共建筑、城鎮(zhèn)住宅建筑以及農(nóng)村住宅建筑的能耗。涉及的能源類型為煤、焦炭、焦爐煤氣、其他煤氣、煤油、液化石油氣、天然氣、電力、柴油以及汽油。采用IPCC 參考法估算與能源消費相對應(yīng)的碳排放。由于數(shù)據(jù)可獲取性問題，僅估算了1996年～2014年的能耗及碳排放數(shù)據(jù)。

第三產(chǎn)業(yè)增加值、居民人均收入及人口數(shù)據(jù)取自《中國統(tǒng)計年鑒2015》，采用增加值指數(shù)以及收入指數(shù)將相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一至2005年可比價。公共建筑、城鎮(zhèn)住宅建筑以及農(nóng)村住宅建筑的面積參考《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告，2007》估算。

二、 結(jié)果與討論

1. 建筑碳排放增長趨勢分析。1996年～2014年，中國建筑碳排放總量增長了14.322億tCO2，年均增速達到6.78%。其中，2002年～2007年的年均增速高達11.10%。從各類建筑的排放增量看，公共建筑和城鎮(zhèn)住宅分別占1996年～2014年總增量的45.03%和36.64%，是碳排放增長的主要建筑類型。從各類能源的排放增量看，煤炭和電力排放分別占總增量的37.08%和51.88%，是碳排放增長的主要能源類型。煤炭排放的增長主要與北方城鎮(zhèn)公共和住宅建筑集中采暖有關(guān)，而電力排放的增長主要與人民生活水平提高、人均用電需求增長有關(guān)，主要用電活動包括照明、空調(diào)、家電及炊事等。

2. 公共建筑碳排放增長因素分析。公共建筑碳排放在1996年～2014年增長了6.449億tCO2，占建筑碳排放總增量的45.03%。公共建筑碳排放總體上呈加速上升趨勢，年均排放增速由1996年～2000年的2.32%增至2010年～2014年的10.04%。

第三產(chǎn)業(yè)增加值是各階段公共建筑碳排放的主要增長因素。在1996年～2000年、2000年～2005年、2005年～2010年及2010年～2014年四個階段，產(chǎn)出效應(yīng)占排放變化合計的比重分別達到393.84%、107.13%、140.60%及84.16%。其中，2010年～2014年的產(chǎn)出效應(yīng)比前一階段減少了0.426億tCO2，主要原因是這一階段的第三產(chǎn)業(yè)增加值年均增速有所下降，由2005年～2010年的11.93%降至2010年～2014年的8.39%。

單位面積能耗是各階段公共建筑碳排放的重要減緩因素，其能源密度效應(yīng)占各階段排放變化合計的比重分別為-105.43%、-16.25%、-14.96%及-20.91%。這主要得益于能效提高和節(jié)能技術(shù)應(yīng)用引起的單位面積能耗持續(xù)下降，從1996年的35.2 kgce/m2降至2014年的25.7 kgce/m2，累計下降了26.99%。

單位增加值面積因素在不同階段對碳排放的影響存在差異。在1996年～2000年、2005年～2010年，該因素是公共建筑碳排放的首要減緩因素，其面積效應(yīng)占排放變化合計的比重分別為-191.46%和-19.28%。在2000年～2005年、2010年～2014年，該因素則是僅次于第三產(chǎn)業(yè)增加值的碳排放增長因素，面積效應(yīng)占排放變化合計的比重達到12.43%及40.20%。面積效應(yīng)的上述變化主要與公共建筑面積增速、第三產(chǎn)業(yè)增加值增速的相對變化有關(guān)。例如，2005年～2010年公共建筑面積年均增長10.21%，而第三產(chǎn)業(yè)增加值年均增長11.93%，因此單位增加值面積從2005年的7.4 m2/萬元降至2010年的6.8 m2/萬元，由此減少的碳排放為0.379億tCO2。然而，2010年～2014年面積和增加值的增速情況則與2005年～2010年相反，導(dǎo)致單位增加值面積由6.8 m2/萬元增至8.0 m2/萬元，由此增加了1.117億tCO2。

電力碳排放因子和能源結(jié)構(gòu)總體上屬于公共建筑碳排放的減緩因素，但影響較小。由于我國電力部門不斷提高火電發(fā)電效率，同時增加水電、核電和風電等低排放發(fā)電方式的比重，因此電力碳排放因子從1996年的0.976 kgCO2/kWh下降至2014年的0.710 kCO2/kWh，累計下降了27.25%。此外，公共建筑的能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，煤炭占總能耗的比重由1996年的51.68%下降至2014年的40.39%。上述兩個因素的持續(xù)優(yōu)化減緩了公共建筑碳排放的增長。

3. 城鎮(zhèn)住宅建筑碳排放增長因素分析。城鎮(zhèn)住宅建筑碳排放在1996年～2014年增長了5.248億tCO2，占建筑碳排放總增量的36.64%。年均排放增速從1996年～2000年的3.85%迅速增至2000年～2005年的10.72%，后穩(wěn)定在5.50%左右。

城鎮(zhèn)人均收入是城鎮(zhèn)住宅碳排放最主要的增長因素。人均收入效應(yīng)占1996年～2014年四個階段排放變化合計的比重分別達到159.27%、90.02%、176.41%及142.34%。這主要是由于城鎮(zhèn)人均收入從1996年的0.52萬元/人增至2014年的2.26萬元/人，收入的快速增長推動了照明、采暖、空調(diào)及家電等用能活動的增長，導(dǎo)致碳排放快速增加。2010年～2014年的人均收入效應(yīng)比前一階段減少了0.405億tCO2，這與我國宏觀經(jīng)濟增速放緩、城鎮(zhèn)人均收入增速下降密切相關(guān)。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展步入中高速增長的新常態(tài)，預(yù)計人均收入效應(yīng)將有所下降。

城鎮(zhèn)總?cè)丝谑浅擎?zhèn)住宅碳排放的第二大增長因素，人口效應(yīng)占各階段排放變化合計的比重達到39.69%～137.26%。1996年～2014年，我國城鎮(zhèn)人口比重從30.48%快速增至54.77%，新增城鎮(zhèn)人口3.76億人，年均增速達到3.95%。隨著我國二胎政策的開放以及城鎮(zhèn)化水平的進一步提高，預(yù)計城鎮(zhèn)總?cè)丝谌詫⑹俏磥沓擎?zhèn)住宅碳排放的重要增長因素。

除2000年～2005年外，單位收入住宅面積是城鎮(zhèn)住宅碳排放的主要減緩因素。面積效應(yīng)占各階段排放變化合計的比重分別為-124.47%、45.28%、-131.79%及-74.05%。當城鎮(zhèn)居民總收入增速高于城鎮(zhèn)住宅總面積增速時，面積效應(yīng)為負值，減緩碳排放增長。反之，則加速碳排放增長。2000年～2005年是我國房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展的黃金期，城鎮(zhèn)住宅總面積年均增速達到19.55%，遠超城鎮(zhèn)居民總收入增長速度，由此推動了碳排放增長。2005年～2010年、2010年～2014年，面積年均增速降至6.50%左右，低于收入增速，減緩了排放增長。

單位面積能耗僅在2000年～2005年表現(xiàn)為城鎮(zhèn)住宅碳排放的主要減緩因素，在其他階段的影響較小。由于2000年～2005年城鎮(zhèn)住宅總面積年均增速高達19.55%，而對應(yīng)能耗的年均增速為10.83%，因此單位面積能耗從27.82 kgce/m2迅速降至19.04 kgce/m2，由此減排1.423億tCO2。不過，2005年～2010年、2010年～2014年單位面積能耗維持在19.00 kgce/m2左右，因此能源密度效應(yīng)的減排作用不大。此外，與公共建筑類似，能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)和排放因子效應(yīng)總體上也屬于減緩效應(yīng)，但影響較小。

4. 農(nóng)村住宅建筑碳排放增長因素分析。農(nóng)村住宅碳排放在1996年～2014年增長了2.444億tCO2，占建筑碳排放總增量的18.33%。農(nóng)村住宅碳排放91.04%的增量大致均勻分布在2000年～2014年的三個階段。與城鎮(zhèn)住宅建筑類似，農(nóng)村人均收入和單位收入住宅面積分別是農(nóng)村住宅建筑碳排放最主要的增長因素和減緩因素。不過，與城鎮(zhèn)住宅建筑顯著不同的是，單位面積能耗是農(nóng)村住宅建筑碳排放的第二大增長因素，而農(nóng)村總?cè)丝谑堑诙鬁p緩因素。這里對后兩個因素進行分析。

除1996年～2000年外，能源密度效應(yīng)達到0.665億tCO2至0.919億tCO2，占排放變化合計的82.07%～102.08%。1996年～2000年，農(nóng)村住宅單位面積能耗從3.23 kgce/m2降至3.08 kgce/m2，由此減排0.065億tCO2。2000年～2014年，單位面積能耗穩(wěn)步增長至7.31 kgce/m2，推動了碳排放的大幅增長。2000年后農(nóng)村住宅單位面積能耗的快速增長主要是由于隨著農(nóng)村生活水平不斷提高，照明、空調(diào)及家電等用電量大幅增加。2000年～2014年，農(nóng)村住宅用電量增長了2 717.98億kWh（約0.908億tce），而煤炭僅增長0.163億tce。

人口效應(yīng)占1996年～2014年各階段排放變化合計的-19.11%至-182.74%。這主要是由于我國大力推進城鎮(zhèn)化發(fā)展，農(nóng)村人口比重從1996年的69.52%降至2014年的45.23%，農(nóng)村總?cè)丝跍p少了2.32億人，由此減緩了農(nóng)村住宅碳排放的增長。隨著我國新一輪城鎮(zhèn)化的推進，農(nóng)村總?cè)丝趯⑦M一步減少，預(yù)計人口效應(yīng)仍將是未來農(nóng)村住宅碳排放的重要減緩因素。

三、 結(jié)論與展望

本文基于宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對1996年～2014年中國建筑碳排放的增長趨勢及主要影響因素進行了分析。主要結(jié)論為：

1. 從排放增量看，中國建筑碳排放總量在1996年～2014年增長了14.322億tCO2。公共建筑和城鎮(zhèn)住宅是碳排放增長的主要建筑類型，分別占上述增量的45.03%和36.64%。煤炭和電力是碳排放增長的主要能源類型，分別占上述增量的37.08%和51.88%。

2. 從排放增長因素看，第三產(chǎn)業(yè)增加值、單位面積能耗分別是公共建筑碳排放的主要增長因素和減緩因素；城鎮(zhèn)人均收入和城鎮(zhèn)總?cè)丝谑浅擎?zhèn)住宅碳排放的兩個主要增長因素，單位收入住宅面積是主要減緩因素；農(nóng)村人均收入和單位面積能耗是農(nóng)村住宅建筑碳排放的兩個主要增長因素，單位收入住宅面積和農(nóng)村總?cè)丝谑莾蓚€主要減緩因素。電力碳排放因子和能源結(jié)構(gòu)總體上屬于各類建筑碳排放的減緩因素，但影響較小。

本研究的不足之處主要體現(xiàn)在建筑能耗的估算方面，即僅基于宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)估算，未與微觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行校對。這主要是由于我國雖然發(fā)布了《民用建筑能耗和節(jié)能信息統(tǒng)計報表制度》，但尚未真正建立起相關(guān)制度，目前建筑主管部門未發(fā)布詳細的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。隨著我國建筑能耗統(tǒng)計制度的逐步完善以及第三方研究的開展，本文作者將結(jié)合權(quán)威的微觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)不斷提高建筑能耗和碳排放估算精度，完善研究結(jié)果。

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基金項目：能源基金會項目“關(guān)于碳交易對深圳經(jīng)濟、能源、環(huán)境影響的研究”（項目號：G-1311-19359）。

作者簡介：馬曉明（1962-），男，漢族，黑龍江省齊齊哈爾市人，北京大學(xué)深圳研究生院教授、博士生導(dǎo)師，研究方向為環(huán)境金融及環(huán)境管理；郇洵（1988-），女，漢族，黑龍江省齊齊哈爾市人，北京大學(xué)深圳研究生院碩士生，研究方向為環(huán)境金融；谷碩（1991-），男，漢族，北京市人，北京大學(xué)深圳研究生院碩士生，研究方向為環(huán)境金融；計軍平（1983-），男，漢族，江蘇省蘇州市人，北京大學(xué)深圳研究生院博士后，研究方向為應(yīng)對氣候變化政策。

收稿日期：2016-09-11。