低碳建筑：我國(guó)低碳城市建設(shè)的重點(diǎn)

于成東

低碳城市是以低碳經(jīng)濟(jì)為發(fā)展模式及方向、市民以低碳生活為理念和行為特征、政府公務(wù)管理層以低碳社會(huì)為建設(shè)目標(biāo)和藍(lán)圖的城市。在“碳達(dá)峰、碳中和”的大背景下，低碳城市已成為城市品牌的新目標(biāo)。城市是現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的聚集地，是國(guó)民收入主體，城市碳排放為城鄉(xiāng)碳排放總量的70%～80%。近年來(lái)，隨著城市建設(shè)步伐加快，城市中為人們提供工作和生活空間的建筑，其建造過(guò)程和維護(hù)運(yùn)行過(guò)程能耗巨大，碳排放已達(dá)城市碳排放總量的40%以上。由此可見(jiàn)，低碳建筑是我國(guó)低碳城市建設(shè)的重點(diǎn)。下面，筆者就低碳建筑問(wèn)題談?wù)剛€(gè)人粗淺看法——

大力推進(jìn)建筑綠色節(jié)能普及化

綠色建筑是低碳城市的重要組成部分。綠色建筑建設(shè)包括：建筑節(jié)能政策與法規(guī)的建立；建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)技術(shù)；供熱計(jì)量控制技術(shù)研究；可再生能源等新能源和低能耗、超低能耗技術(shù)與產(chǎn)品在住宅建筑中的應(yīng)用；推廣建筑節(jié)能，促進(jìn)政府部門(mén)、設(shè)計(jì)單位、房地產(chǎn)企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)等形成合力。

為進(jìn)一步加大建筑節(jié)能減排力度，2020年7月住建部、國(guó)家發(fā)展改革委等多部門(mén)發(fā)布《綠色建筑創(chuàng)建行動(dòng)方案》要求：到2022年城鎮(zhèn)新建建筑中綠色建筑的面積占比達(dá)70%，進(jìn)一步提高既有建筑能效水平和推廣綠色建材應(yīng)用。與此同時(shí)，部分地方政府先后出臺(tái)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，新建建筑中綠色建筑的比例大幅提升，全國(guó)多地超低能耗、近零能耗綠色建筑相繼建成，并呈現(xiàn)出從綠色建筑試點(diǎn)向區(qū)域示范發(fā)展的良好勢(shì)頭。

近年來(lái)，國(guó)家在綠色建筑政策上支持力度較大，形成較為完善的目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)管體系，取得迅猛發(fā)展。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍處于發(fā)展階段，需要進(jìn)一步提升建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)性能，具備條件的地區(qū)可率先達(dá)到近零能耗建筑，最終實(shí)現(xiàn)零能耗建筑。對(duì)于既有老舊建筑，應(yīng)通過(guò)完善稅收補(bǔ)貼獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，采取市場(chǎng)化運(yùn)作模式，加大改造力度，提升建筑節(jié)能水平，以推動(dòng)“零碳”建筑時(shí)代早日來(lái)到。

努力推進(jìn)建筑用能設(shè)備電氣化

能源供給側(cè)向綠色電力轉(zhuǎn)變是“雙碳”目標(biāo)背景下的必然抉擇，所以能源需求側(cè)降碳脫碳首先意味著終端電氣化。根據(jù)國(guó)網(wǎng)能源研究院（國(guó)家電網(wǎng)公司的綜合性能源研究智庫(kù)）2019年12月的研究成果，我國(guó)終端電氣化率2050年需達(dá)到50%以上，其中工業(yè)、建筑、交通部門(mén)分別達(dá)到52%、65%、35%。

民用建筑分公共建筑和居民建筑，建筑運(yùn)行能耗主要包括供熱取暖、制冷、熱水供應(yīng)、炊事、照明、家電、電梯、通風(fēng)等方面的能耗。目前，居民建筑的制冷、照明、家電、電梯、通風(fēng)已實(shí)現(xiàn)100%電氣化，但居民建筑的供熱取暖、熱水供應(yīng)、炊事以及公共建筑的供熱取暖、制冷、熱水供應(yīng)、炊事等的電氣化率仍然較低。

我國(guó)北方城鎮(zhèn)普遍實(shí)行集中供熱取暖，主要熱源為燃煤（燃?xì)猓犭娐?lián)產(chǎn)和燃煤（燃?xì)猓╁仩t。2017年我國(guó)大力推行北方地區(qū)清潔取暖工作，一些城市對(duì)區(qū)域集中供熱采暖熱源實(shí)施了“煤改電”替代工程，在推動(dòng)我國(guó)建筑供熱取暖用能電氣化方面進(jìn)行了有益嘗試。

在炊事方面，我國(guó)城市居民、單位食堂和餐飲業(yè)多數(shù)采用燃?xì)庠罹?。根?jù)清華大學(xué)建筑電氣化接受程度調(diào)研結(jié)果顯示：一方面，住宅炊事正在逐步向公建炊事轉(zhuǎn)移，今后不但要關(guān)注住宅炊事電氣化，更要關(guān)注單位食堂和餐飲業(yè)炊事電氣化問(wèn)題，這將是今后城市炊事碳排放的大頭。另一方面，炊事電氣化替代技術(shù)已基本成熟，各類炊事電器設(shè)備不斷出現(xiàn)，從家用小型的蒸蛋器到大食堂的電蒸鍋、炒鍋，在技術(shù)上完全可以實(shí)現(xiàn)炊事電器全覆蓋。因此，實(shí)現(xiàn)炊事電氣化，取消化石能源的難點(diǎn)主要在于烹調(diào)文化和生活習(xí)慣。今后，隨著炊具電器不斷創(chuàng)新和低碳科普教育不斷展開(kāi)，我國(guó)城市實(shí)現(xiàn)零碳炊事應(yīng)無(wú)較大障礙。

總之，城市建筑用能電氣化需綜合考慮公共建筑與居民住宅，也要考慮南北方氣候差異。隨著人民生活水平提高，家用電器的數(shù)量和使用強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。未來(lái)區(qū)域性供熱取暖和自采暖的電氣化也將逐步替代區(qū)域性燃煤燃?xì)忮仩t，炊事電氣化應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注餐廳電氣化和居民炊事習(xí)慣問(wèn)題。

同時(shí)，應(yīng)繼續(xù)完善家電能效標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)簽計(jì)劃，大力推廣智能家電的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智慧管控，提高系統(tǒng)能效。

積極推進(jìn)建筑“用產(chǎn)蓄”能一體化

3月27日，中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能中心主任江億，在第17屆清華大學(xué)建筑節(jié)能學(xué)術(shù)周“中國(guó)低碳城鎮(zhèn)住宅發(fā)展”公開(kāi)論壇上指出，基于我國(guó)建筑部門(mén)碳中和實(shí)現(xiàn)路徑的需要，建筑功能也應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，即：由過(guò)去單純的能源消費(fèi)者，轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模風(fēng)電、光電接入的貢獻(xiàn)者，集用能、產(chǎn)能、蓄能于一體，協(xié)助消納風(fēng)電、光電，解決風(fēng)電、光電的間歇性、波動(dòng)性所帶來(lái)的問(wèn)題。

充分利用建筑的屋頂空間和其他可接受太陽(yáng)輻射的外表面安裝光伏電池，通過(guò)這種分布式光伏發(fā)電的形式，可以在很大程度上解決大規(guī)模發(fā)展光電的時(shí)間、空間資源不足的問(wèn)題，盡可能充分利用建筑表面安裝光伏，應(yīng)該成為建筑設(shè)計(jì)的重要追求，外表面的光伏利用率也應(yīng)成為今后評(píng)價(jià)綠色建筑或節(jié)能建筑的重要指標(biāo)。除了光伏發(fā)電，在零碳能源系統(tǒng)中，建筑還要承擔(dān)又一重要使命，即協(xié)助消納風(fēng)電、光電。建筑自身的光伏電力的特點(diǎn)是一天內(nèi)根據(jù)太陽(yáng)輻射的變化而變化。中東部地區(qū)和海上的風(fēng)電、光電基地的發(fā)電量也是在一天內(nèi)根據(jù)天氣條件隨時(shí)變化。這些變化與用電側(cè)的需求變化并不匹配，需要有蓄能裝置來(lái)平衡電源和需求的變化。

發(fā)展建筑表面的光伏發(fā)電，這是未來(lái)大勢(shì)所趨。目前，光伏組件的成本越來(lái)越低，整體看，我國(guó)光伏發(fā)電的平均每度電成本已低于煤電。發(fā)展光伏也不會(huì)給建筑本身帶來(lái)負(fù)面影響，發(fā)展光伏的主要困難是接入和消納，在建筑內(nèi)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)“光儲(chǔ)直柔”（光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、直流、柔性調(diào)節(jié)能力）技術(shù)改造?！肮鈨?chǔ)直柔”新型配電系統(tǒng)具體包括：利用建筑表面，發(fā)展光伏發(fā)電；連接鄰近停車(chē)場(chǎng)的智能充電樁，并在建筑內(nèi)部配置部分蓄電池，形成較大儲(chǔ)電能力；建筑內(nèi)部采用直流配電，通過(guò)直流電壓變化傳遞對(duì)負(fù)載用電的需求；變過(guò)去剛性用電方式為柔性，使建筑用電與風(fēng)電、光電聯(lián)動(dòng)。當(dāng)風(fēng)光發(fā)電多時(shí)就多用，并儲(chǔ)存多余電力。在發(fā)電少或不發(fā)電的情況下，則靠蓄電裝置、電動(dòng)汽車(chē)的電池和負(fù)載調(diào)節(jié)維持建筑運(yùn)行。由此，構(gòu)成一個(gè)容量巨大的分布式虛擬蓄能系統(tǒng)，以達(dá)到電源側(cè)與需求側(cè)之間的平衡。當(dāng)前，可以先建設(shè)建筑周邊停車(chē)場(chǎng)的光伏直流充電樁，由電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)慢充方式消納光伏電力。這樣既有利于電動(dòng)車(chē)的推廣，又與未來(lái)建筑的“光儲(chǔ)直柔”配電改造相銜接，既是通向建筑碳中和路徑中間的重要節(jié)點(diǎn)，又是長(zhǎng)遠(yuǎn)方向與近期任務(wù)有機(jī)結(jié)合的發(fā)展方式。

扎實(shí)推進(jìn)建筑建造維護(hù)綠色化

我國(guó)制造業(yè)用能占全國(guó)能源消費(fèi)總量的 65%，制造業(yè)用能中，80%為鋼鐵、有色、化工和建材這四個(gè)行業(yè)。2019 年我國(guó)鋼產(chǎn)量超過(guò) 10億噸，排世界第一。我國(guó)水泥、玻璃等產(chǎn)量達(dá)世界總量50%以上，形成巨大的碳排放。

大量的房屋和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來(lái)對(duì)鋼鐵、建材和有色金屬的旺盛需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品的70%，建材產(chǎn)品的90%，有色產(chǎn)品的20%都用于房屋和基礎(chǔ)設(shè)施建造，其中用于房屋建造占一半以上。而這些產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸又形成巨大的碳排放。

我國(guó)民用建筑建造由于建材生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工過(guò)程導(dǎo)致的二氧化碳排放量已達(dá)16億噸，接近建筑運(yùn)行的22億噸的二氧化碳排放量。兩者之和幾乎達(dá)到我國(guó)碳排放總量的40%，成為全社會(huì)二氧化碳排放占比最大的部門(mén)。

我國(guó)建筑業(yè)過(guò)去主要模式是“大拆大建”，這在特定時(shí)期有其積極意義，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和能耗上看，應(yīng)更加重視老舊建筑的更新和改造。當(dāng)不涉及結(jié)構(gòu)主體時(shí)，通過(guò)建筑加固、維修和改造也可以滿足功能提升的需要，與大拆大建相比，就不需要大量鋼材和水泥等，同此導(dǎo)致的碳排放要遠(yuǎn)小于大拆大建。建筑產(chǎn)業(yè)應(yīng)實(shí)行轉(zhuǎn)型，從造新房轉(zhuǎn)為修舊房。這一轉(zhuǎn)型將大大減少房屋建設(shè)對(duì)鋼鐵、水泥等建材的大量需求，從而實(shí)現(xiàn)這些行業(yè)的減產(chǎn)和轉(zhuǎn)型。

加大新型低碳建材和配套的結(jié)構(gòu)體系及建造方式的科研力度，是未來(lái)建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳的重要任務(wù)。利用從煙氣中分離出來(lái)的二氧化碳生產(chǎn)新型建材，使建筑成為固碳的載體，可以使建筑業(yè)從目前的高碳行業(yè)轉(zhuǎn)為負(fù)碳行業(yè)，為碳中和事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

穩(wěn)步推進(jìn)建筑電力熱力零碳化

我國(guó)以煤炭為主要能源，需加速推進(jìn)清潔能源替代和減排整治，隨著碳中和的推進(jìn)，我國(guó)未來(lái)將減少煤炭依賴。

中國(guó)幅員遼闊，化石能源儲(chǔ)量較為豐富，其中以煤炭資源為主，石油、天然氣等資源儲(chǔ)量相對(duì)少一些。我國(guó)能源利用仍然以化石燃料為主，其中煤炭占絕對(duì)主導(dǎo)地位，其次是石油、水能、核能、風(fēng)能和天然氣。我國(guó)能源長(zhǎng)期依賴煤炭等化石燃料，也給我國(guó)的生態(tài)環(huán)境造成極大壓力。我國(guó)的碳排放量長(zhǎng)期居于世界首位，且遠(yuǎn)高于第二、三、四名的美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。

2019年全球二氧化碳排放量為341.7億噸，中國(guó)是98.26億噸。隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)氣候變化的日益重視，我國(guó)所面臨的碳減排壓力不斷增加。

“十四五”規(guī)劃對(duì)于優(yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)提出了一系列建議，在此基礎(chǔ)上，各地區(qū)結(jié)合自身的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和資源儲(chǔ)備情況分別制定了符合地區(qū)實(shí)際的政策目標(biāo)，多個(gè)地區(qū)宣布將減少煤炭等化石能源消費(fèi)，增加水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能、核能等清潔能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用。

其中，上海市計(jì)劃在2025年前實(shí)現(xiàn)煤炭消費(fèi)總量占一次能源消費(fèi)比重下降至30%，并將本地可再生能源占全社會(huì)用電量比重提高到8%；

廣東省提出到2025年，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.0250億千瓦（包含核電裝機(jī)1850萬(wàn)千瓦，氣電裝機(jī)4200萬(wàn)千瓦，風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)4200萬(wàn)千瓦），并使天然氣供應(yīng)能力達(dá)到700億立方米以上，制氫規(guī)模達(dá)到8萬(wàn)噸，新增風(fēng)電1100萬(wàn)千瓦左右；

江蘇省計(jì)劃到2025年底，實(shí)現(xiàn)全省光伏發(fā)電裝機(jī)達(dá)到2600萬(wàn)千瓦，風(fēng)電新增約1100萬(wàn)千瓦，新增投資約1200億元……

隨著新型能源的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，煤炭占我國(guó)能源消費(fèi)的比重逐年下降。截至2020年，我國(guó)煤炭消費(fèi)量占總能源消費(fèi)量的比重由2017年的60.4%下降為57%左右。同時(shí)，我國(guó)的非化石能源消費(fèi)占比由13.8%上升至 15.8%左右，總體能源結(jié)構(gòu)有所改善。

實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)仍需要很大的整治力度和措施。隨著國(guó)家政策的不斷推進(jìn)，我國(guó)能源利用結(jié)構(gòu)已經(jīng)有所改善。以電廠為例，從目前來(lái)看，我國(guó)電廠仍主要依賴火力發(fā)電，清潔能源和可再生能源的占比較低。2019年，我國(guó)煤炭發(fā)電比重高達(dá)64.6%，而光伏發(fā)電占比僅為3.0%，風(fēng)力發(fā)電占比為5.4%。因此要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)非一朝一夕之事，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，需要不斷完善消費(fèi)綠色能源的鼓勵(lì)政策，科學(xué)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，優(yōu)化能源市場(chǎng)。

目前看來(lái)，對(duì)于提高能源效率、促進(jìn)低碳化發(fā)展，我國(guó)仍然需要付出很大的整治力度。我國(guó)不斷提升能源綠色低碳消費(fèi)水平，推進(jìn)電能替代，在各個(gè)領(lǐng)域推行以電代煤、以電代油，提升電氣化水平。加大分散燃煤治理，提高燃煤鍋爐的運(yùn)行效率，加大污染治理力度。根據(jù)大氣環(huán)境改善要求，嚴(yán)格規(guī)定燃料禁燃區(qū)；推進(jìn)北方取暖方式清潔化，2019年北方清潔取暖達(dá)到55%，與2016年相比，提高21%。

目前，我國(guó)北方城鎮(zhèn)建筑有約150億平方米的冬季供暖面積，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)一步發(fā)展和居民對(duì)建筑環(huán)境的需求不斷提高，未來(lái)北方城鎮(zhèn)冬季供暖面積將達(dá)到200億平方米。

現(xiàn)在，我國(guó)北方城鎮(zhèn)采暖建筑的冬季平均耗熱量為0.3吉焦/平方米，這就需要每年42億吉焦的熱量來(lái)滿足供暖需求。目前，這些熱量中約有40%是由各種規(guī)模的燃煤燃?xì)忮仩t提供，50%則由熱電聯(lián)產(chǎn)電廠提供，其余10%主要是通過(guò)不同的電動(dòng)熱泵，從空氣、污水、地下水及地下土壤等各種低品位熱源提取熱量來(lái)滿足供熱需求。燃煤、燃?xì)忮仩t造成約10億噸二氧化碳的排放，熱電聯(lián)產(chǎn)和電動(dòng)熱泵供熱也需要分?jǐn)傠姀S所排放二氧化碳的一部分責(zé)任。

核電是未來(lái)零碳電力系統(tǒng)中的重要電源。按照規(guī)劃，未來(lái)將在東部沿海建設(shè)核電。核電排出的余熱都排入海中，若有效回收這部分熱量，將會(huì)有效緩解北方地區(qū)供熱熱源不足問(wèn)題。如果采用跨季節(jié)蓄熱，使核電全年都按照熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行，幾乎可滿足80%的北方地區(qū)供熱需求。所以，核能具有巨大的深度開(kāi)發(fā)利用潛力。

推進(jìn)建筑電力和熱力綠色化，絕非一朝一夕就可實(shí)現(xiàn)，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施。既要保證建筑電力和熱力的民生需求，又要積極穩(wěn)步推進(jìn)，逐步進(jìn)行零碳替代，這也是我國(guó)建筑領(lǐng)域最終實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵所在。