綠色建筑全周期減碳路徑研究

程如華

(江蘇省科技咨詢協(xié)會, 江蘇 南京 210042)

0 引言

2020年，中共中央提出“3060雙碳”目標，即力爭在2030年前實現(xiàn)碳達峰，在2060年前實現(xiàn)碳中和[1]?！半p碳”目標的提出具有一定的政治內涵和經濟內涵，同時，對生態(tài)文明建設和社會發(fā)展也具有重要意義。

我國碳排放量約占世界碳排放總量的30%，是世界上碳排總量最大的國家。90%的二氧化碳排放量產生于煤炭發(fā)電、制造業(yè)、交通運輸和建筑業(yè)等傳統(tǒng)領域。建筑的建造和運行使用會消耗大量的資源和能源，產生巨大的碳排放量。數(shù)據(jù)表明，建筑在建設和使用過程中的碳排放量約占我國碳排放總量的40%[2]。因此，建筑領域低碳、減碳、零碳甚至負碳已成為研究熱點，是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的重點關注領域和研究對象。

隨著全球共同應對氣候變化的新形勢，推動實現(xiàn)“雙碳”目標刻不容緩。建筑產業(yè)傳統(tǒng)作業(yè)模式轉型升級、大力發(fā)展綠色建筑是現(xiàn)階段適應經濟社會全面綠色轉型、實現(xiàn)“雙碳”目標的必然要求。為推動綠色建筑產業(yè)高質量發(fā)展，促進建筑節(jié)能減排提檔升級，我國已經制定多項相關政策，并在“十四五”規(guī)劃文件中大力倡導科學設計，鼓勵開展建筑近零能耗、近零碳排放等重大項目示范。

目前，在確保建筑健康宜居、舒適安全的基礎上，各地針對建筑領域的建造和運行等流程中的直接碳排放環(huán)節(jié)，從把控源頭、消減存量、強化技術等措施出發(fā)，通過節(jié)能管控，降低建筑能耗和碳排放，大力推廣綠色建筑，倡導綠色低碳生活方式，促進城市邁向“雙碳”目標。

1 綠色建筑發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 綠色建筑概念

綠色建筑是有別于傳統(tǒng)建筑的一種新理念。20世紀60年代，建筑領域出現(xiàn)生態(tài)建筑的新理念后，綠色建筑的理念逐漸浮出。人們突破傳統(tǒng)建筑的使用功能，追求在建筑全壽命期內，賦予建筑健康、適用、高效的使用價值，同時要求建筑具有保護環(huán)境、節(jié)約資源、減少污染的功能，使建筑成為生活共同體而不是簡單的住所[3]。綠色建筑理念內嵌在建筑的各個階段：產業(yè)上游主要是綠色建筑科技服務，包括地質勘察、規(guī)劃設計、風險評價等；產業(yè)中游主要是綠色建筑制造，包括建材、施工、管理等；產業(yè)下游主要是綠色運維管理服務，包括物業(yè)、維修、使用管理等。產業(yè)的上游、中游和下游形成了一條關于綠色建筑的完整產業(yè)鏈。

發(fā)達國家的綠色建筑產業(yè)萌芽早、發(fā)展快、科技含量高，而我國綠色建筑起步晚，發(fā)展進程相對較慢。經過長期的發(fā)展累積，我國綠色建筑在2004年進入全面爆發(fā)性發(fā)展階段，建設部鼓勵建筑領域向綠色、生態(tài)建筑發(fā)展。經過長期探索和經驗總結，綠色建筑形成5類穩(wěn)定的評價指標，主要包含居住的健康舒適性、生活的安全便利性，環(huán)境的舒適宜居性，以及針對建筑本身的安全耐久和資源節(jié)約問題[4]。評價需要遵循因地制宜、科學規(guī)劃、健康適用等原則，并結合建筑所在地域的自然氣候和社會經濟情況，對建筑全壽命期內的5類指標性能進行綜合評價。

2006年，我國出臺第一部有關綠色建筑的國家標準，即《綠色建筑評價標準》，并在2019年對此標準進行了修改。這個文件成為規(guī)范綠色建筑發(fā)展的根本性技術標準，使綠色建筑的公平、公正評價具有可參考性、可量化性。2021年，住建部印發(fā)《綠色建造技術導則(試行)》，文件明確要求，要在建造工程的策劃、設計、施工、交付、運維過程中融入綠色發(fā)展理念和實踐，落實環(huán)保節(jié)能設施設備應用，有效減少碳排放。

1.2 我國綠色建筑規(guī)模和分布

近年來，我國發(fā)布多項政策推動綠色建筑發(fā)展，政策明確提出，要大力推動綠色低碳發(fā)展，加快發(fā)展綠色建筑。因此，全國各地響應號召，綠色建筑產業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)模與日俱增。截至2019年，我國綠色建筑面積總量超過50億平方米，當年綠色建筑新建面積占城鎮(zhèn)新建建筑比例達65%。按照《綠色建筑創(chuàng)建行動方案》的要求，到2022年，這一比例要達到70%。

在全國范圍內，綠色建筑的分布很不均衡，這與區(qū)域經濟發(fā)展和文化發(fā)展有關。在長江三角洲、環(huán)渤海地區(qū)和珠江三角洲等東部和東南沿海地區(qū)，發(fā)達城市集聚，社會經濟發(fā)展迅速，綠色建筑如雨后春筍拔地而起，不僅建筑規(guī)模增速快，而且綠色環(huán)保理念深入建筑設計，建筑的創(chuàng)新創(chuàng)意發(fā)展也較好，整體水平可與國際接軌。而中部和西部地區(qū)綠色建筑發(fā)展緩慢，整體水平有待進一步加強。

2 綠色建筑減碳路徑研究的必要性和重要性

在實現(xiàn)“雙碳”目標，倡導節(jié)能、降耗、綠色、智能的生產生活方式背景下，深入探究綠色建筑減碳路徑具有重要意義。

2.1 是促進建筑全周期綠色轉型的需要

建筑的建材生產、建設規(guī)劃、建筑施工、建筑運維等環(huán)節(jié)需要消耗大量的資源和能源，并產生大量溫室氣體。在世界范圍內，建筑行業(yè)的能源消耗占全球能源消耗的30%以上，碳排放量占全球碳排放總量的40%。在我國，建筑碳排放量約為50億噸(2018年)，占全國碳排放量的一半以上，碳排放量非常大[5]。建筑能耗約占全社會總能耗的43%，占比較高。其中，建造過程和建材能耗約占20%，建筑運維使用能耗約占23%。在建筑建造過程中，鋼筋、水泥、砂石等建材生產運輸階段碳排放占建造全過程的65%，主要建材水泥的生產工藝過程碳排放占比30%。要降低建筑碳排放量，必須在各環(huán)節(jié)進行低碳化切入，因此，綠色建筑減碳研究與應用可以促進既有建筑和新建建筑綠色轉型，促使建筑建造的產前、產中、產后都達到綠色建筑標準。

過去10年，建筑業(yè)和房產發(fā)展迅速，每年新增建筑面積約20億平方米，致使我國既有建筑規(guī)模逐年增加。建筑規(guī)模大，建造時間長，使用和維護頻繁，造成建筑全過程中能耗高、資源消耗量大的現(xiàn)象。要實現(xiàn)“雙碳”目標，必須提高建筑低碳化水平，因此，建筑綠色低碳轉型升級是關鍵，建筑需要從傳統(tǒng)的建造模式和生產工藝向綠色、生態(tài)、節(jié)能方向發(fā)展，從而降低能耗，減少碳排，節(jié)約資源。

2.2 是推動建筑全方位節(jié)能減排升級的需要

建筑繁雜的建設過程和全壽命周期內多個環(huán)節(jié)和多種指標可以升級，從而達到節(jié)能減排的目標。綠色建筑的減碳路徑研究，有利于促進建筑產業(yè)高質量發(fā)展；綠色建筑的標準和減碳要求從根本上推動建筑向環(huán)保、節(jié)能、減排方向進行升級。綠色建筑與碳排放直接相關的評價指標有：減少建筑運維能耗、降低采暖空調使用負荷、采用節(jié)能降耗電氣設備、采取能耗監(jiān)測、采用可再生能源等。與碳排放間接相關的評價指標有：提升建筑適變性和建材耐久性以延長建筑使用壽命，采用全裝修減少裝修材料的浪費，采用天然采光、優(yōu)化自然通風、設置可調節(jié)遮陽、降低熱島強度等措施以降低建筑運行能耗。這些評價指標反應在建筑各個方面，可以直接或者間接優(yōu)化建筑的結構和使用，促進建造過程和運維過程中能耗降低，達到節(jié)能環(huán)保的目的。例如，綠色建筑在規(guī)劃設計時會對當?shù)氐淖匀画h(huán)境、社會環(huán)境以及文化背景進行分析，結合地理位置和地形，充分利用自然通風和天然采光，采用高科技圍護結構、保溫隔熱等技術措施，配套使用太陽能發(fā)電板、排風扇、保溫玻璃等高效能源設備，大幅度降低建筑使用過程中對供暖和空調的依賴，降低空調、供暖、照明的能耗。在保證建筑傳統(tǒng)使用功能的前提下，逐漸轉向綠色超低能耗建筑、近零能耗建筑及零能耗建筑。

2.3 是推動建筑現(xiàn)代化一體化發(fā)展的需要

傳統(tǒng)建筑建造模式粗放，不僅污染高、能耗高、效率低，而且建筑品質低，當規(guī)模迅速發(fā)展后，建筑逐漸形成標準產業(yè)，并實現(xiàn)現(xiàn)代化甚至工業(yè)化的跨越。綠色建筑減碳路徑的研究針對建筑各個環(huán)節(jié)和生命周期中多個維度進行探索。在建筑設計上采用高標準、科學化設計，使設計形成標準化方案；在建材生產上，采用規(guī)?；凸I(yè)化生產，批量生產高品質綠色建材；在施工模式上，采用裝配式施工和一體化裝修，達到高效、快速建設，降低施工成本；在后期運維管理上，采用信息化、智能化管理，提高建筑使用價值[6]。因此，綠色建筑低碳化研究成為推動建筑現(xiàn)代化一體化發(fā)展的推手。

采用規(guī)?；b配式建造是建筑現(xiàn)代化的典型模式之一，其特點主要包括：第一，采用的構件可模塊化、大批量加工生產，生產成本降低。第二，標準統(tǒng)一，產品質量穩(wěn)定性高，這不僅體現(xiàn)在生產過程的標準化，而且在裝配使用方面也表現(xiàn)出了高度的標準化。第三，規(guī)?；?，批量生產可以讓資源配置得到進一步優(yōu)化，從而可大幅降低能耗，減少建筑廢棄物。此外，在生產和裝配施工過程中大量采用先進的機械，空氣、噪聲、廢水和固體廢棄物等污染排放得到很大程度的降低，據(jù)有關研究報道碳排放在綠色建筑全生命周期內可降低40%以上。因此，綠色建筑減碳研究推動以裝配式建筑為代表的新型建筑現(xiàn)代化發(fā)展，從根本上解決長期阻礙傳統(tǒng)建筑業(yè)進一步發(fā)展的難題，促進建筑一體化系統(tǒng)形成，符合建筑可持續(xù)發(fā)展的需要。

3 綠色建筑減碳實現(xiàn)路徑

3.1 通過創(chuàng)新型科學設計實現(xiàn)

建筑設計決定著建筑的建設過程、材料使用以及后期運維等多個環(huán)節(jié)，是建筑建設的綱領。科學合理、具有創(chuàng)意和特色的建筑設計，不僅能保障建筑的成本、安全和美學需求，還能提升建筑的使用價值和經濟效益[7]。

在新建建筑設計方面，可通過生態(tài)化、節(jié)能化和高科技設計方法，使建筑達到綠色、生態(tài)、節(jié)能、降耗的目標。例如，上海世博中心在設計方案實施過程中，對南北兩側的立面玻璃幕墻分別進行了設計。在南側立面玻璃幕墻中，將折線形玻璃安裝在石材上，在兩層材料中間鑲入金屬絲網(wǎng)，充入惰性氣體。這種新型設計加工出來的立面玻璃幕墻不僅結構強度高、通透性好，而且遮陽，能夠節(jié)能降耗。北側的立面玻璃幕墻采用了雙銀中空透明玻璃設計，可以實現(xiàn)自然采光、保溫的目的。此外，建筑設計方案中大量采用了具有減量化、可循環(huán)利用的新型環(huán)保材料，以及高新環(huán)保技術，在規(guī)劃方案中已經將局部循環(huán)水蓄冷、區(qū)域內的雨水收集等功能納入。因此，新建建筑的現(xiàn)代化設計十分重要，關系到建筑的全壽命期能耗水平，通過創(chuàng)新型科學設計可實現(xiàn)建筑減碳降能、綠色運維的目標。

在既有建筑改造設計方面，可將現(xiàn)代化、高科技、生態(tài)化、信息化技術應用到設計中，以降低既有建筑的能耗，提高使用效率。數(shù)據(jù)顯示，存量建筑是建筑運行階段碳排放量大的根本原因。由于建成年代的標準低、維修不及時等原因，一半以上的建筑是不節(jié)能建筑?，F(xiàn)行《既有建筑綠色改造評價標準》從設計規(guī)劃與建筑施工、結構設計與原材料選擇、暖通空調制冷、給水與排水、電氣、施工管理以及運營管理等多個方面對既有建筑綠色改造提出了綠色低碳的要求。碳排放控制多集中在供暖制冷、電氣照明、可再生能源以及生活熱水等方面[8]。與新建建筑相比，既有建筑綠色改造碳減排的潛力更大。例如，南京市江北新區(qū)的公租房項目，將科技含量高、生活便捷等200多項綠色建筑技術指標融入設計，從項目的設計建造到交付使用，全過程執(zhí)行綠色標準，嚴格把控環(huán)境污染與能源消耗問題，提升了建筑品質和住宅舒適度。

3.2 通過管控建筑材料實現(xiàn)

綠色建材具有無害化原材料使用、低碳化生產過程、循環(huán)使用、多功能等特點，是建設綠色建筑的物質基礎，是支撐“雙碳”目標實現(xiàn)的根本保障。例如，在墻壁建設中采用含有礦棉和交叉層壓木材的建筑，不僅可以確保建筑內部隔熱，減少供暖和制冷負荷，而且交叉層壓木板中大量的木纖維也具有碳匯作用。

目前，大力推廣使用的綠色建材主要有：具有保溫功效的圍護結構、半成品混凝土、門窗幕墻及裝飾裝修材料、給排水設施設備、暖通空調設備和照明產品等，不僅可以降低建筑能耗，而且屬于節(jié)能、減排、可循環(huán)使用的環(huán)保產品。根據(jù)有關規(guī)定，綠色建材在新建建筑中的應用要達到30%，在綠色建筑中的應用要達到50%，在試點示范工程中的應用要達到70%，在既有建筑改造中的應用要達到80%，可見，綠色建材的應用十分重要，是后期建筑綠色評價的重點。因此，建材生產的產前、產中、產后以及運輸和使用環(huán)節(jié)的環(huán)保節(jié)能是管控重點。

首先，統(tǒng)一完善建材生產相關標準體系，規(guī)范建筑材料產品和制造流程，完善建材產品可追溯系統(tǒng)，保障建材原料、生產工藝、生產過程健康、低碳、環(huán)保、可控，讓產業(yè)鏈可視化、可追溯、可管控，達到綠色生產標準。

其次，針對建筑材料供應商企業(yè)加強管理，建立符合環(huán)保和綠色建筑資質要求的企業(yè)庫和數(shù)據(jù)庫，將企業(yè)和產品對應，形成完整的供應鏈系統(tǒng)，確保供應鏈生產與交付的產品符合綠色、健康、環(huán)保、低耗能要求。在產品研發(fā)方面，鼓勵加大科研投入，多渠道吸納研發(fā)資金，重點突破綠色建材在新材料、新工藝、新應用方面的研究[9]。在研發(fā)模式方面，倡導企業(yè)與科研院所、專業(yè)院校聯(lián)合，形成產學研創(chuàng)新聯(lián)合體，合力開發(fā)更加低碳、綠色、環(huán)保的建筑材料和建材使用方式，從源頭上控制資源的消耗。

最后，完善綠色建材認證體系，推廣使用綠色建材產品。鼓勵更多創(chuàng)新型節(jié)能降耗的新產品、新材料、新設備申請認證。2020年，國家將光伏組件、太陽能光伏系統(tǒng)、建筑門窗及配件等產品納入綠色建材產品認證實施范圍。在建筑建設中，鼓勵使用綠色建材產品認證材料，包括光伏產品、節(jié)能產品、高強度耐久性建材、可循環(huán)可回收建材、綠色裝飾裝修材料、綠色部品部件、節(jié)水節(jié)能建材等綠色建材產品。推廣低耗能新型建材取代傳統(tǒng)高耗能建材，實現(xiàn)綠色建材可持續(xù)發(fā)展。

目前，綠色建材減碳產業(yè)鏈還處于探索階段，尚不成熟。其中，“互聯(lián)網(wǎng)”環(huán)保建材探索項目——廣東青筑商城，將行業(yè)標準、產品標準和技術標準等多種標準有機融合，集合生產廠家、設計研發(fā)人員及消費客戶等多方資源，確保產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)產品質量，完善產品溯源系統(tǒng)，形成建材行業(yè)“標準化”“個性化”“定制化”的新平臺，成為建材產業(yè)減碳探索階段一種創(chuàng)新模式。

3.3 通過綠色施工工藝實現(xiàn)

為加快實現(xiàn)“雙碳”目標，全國多地推進建筑產業(yè)化發(fā)展，推廣成品住房和裝配式裝修。數(shù)據(jù)表明，建筑產業(yè)采用現(xiàn)代生產方式生產建造可大量節(jié)約工程資源和建設時間。比如，減少施工現(xiàn)場常用的模板用量85%以上，減少腳手架搭建用量50%以上，減少墻體抹灰工程量50%，減少建造工程用水量40%以上，減少用電量10%以上，減少木材、砂石等材料浪費20%，減少建造垃圾和生產生活垃圾80%，減少建造綜合能耗70%以上。同時，建筑工期可縮短30%～70%，并增加實際建筑面積。2020年春，新冠疫情突然暴發(fā)，武漢迅速組織建設醫(yī)院，10天建成占地3.39萬平方米的火神山醫(yī)院，11天建成建筑面積7.99萬平方米的雷神山醫(yī)院，都是利用現(xiàn)代化裝配式建設方式實現(xiàn)的。

裝配式建筑是建筑現(xiàn)代化轉型升級的重要模式之一，通過信息化設計、工業(yè)化制造、多元化組合實現(xiàn)個性化建設，推動建筑綠色化、智能化發(fā)展[10-11]。其中，采用預制底下連續(xù)墻技術，碳排放量相對傳統(tǒng)工藝減少30%左右；使用免共振錘施工技術，可實現(xiàn)無泥漿生產，可減少泥漿排放和用水量，效果明顯；使用建筑工程逆作法施工技術，以永久結構梁板代替臨時水平支撐體系，省去大量臨時支撐結構，節(jié)約人力物力資源。裝配式建筑模式不僅在建造過程中節(jié)約資源和降低能耗，在建筑運維和使用中也具有較高性價比[12]。如武漢中建壹品瀾郡項目，作為黃陂區(qū)首個全產業(yè)鏈裝配式地產項目，利用裝配式方式建造，使每平方米建筑面積節(jié)約用地37%，節(jié)約木材76%，水耗降低65%，傳統(tǒng)鋼管架體的投入節(jié)約93%，人工減少47%，垃圾減少60%，實現(xiàn)建筑大幅度減碳目標。

為推動綠色建筑低碳發(fā)展，國家大力提倡裝配化建造模式，鼓勵建筑業(yè)穩(wěn)步提高裝配式建造占比。同時，針對不同建筑類型的裝配式混凝土進行區(qū)分，完善建筑結構體系和供應庫數(shù)據(jù)，倡導裝配式建造模式在住宅設計、生產、施工等方面的應用；鼓勵建設單位將裝配式混凝土結構應用在保障性住房和商品住宅中，鼓勵醫(yī)院、學校等公共建筑優(yōu)先采用鋼結構進行建設。

3.4 通過智能管控實現(xiàn)

綠色建筑不僅要滿足居住性、安全性和實用性，同時，要創(chuàng)造有益于人類健康的生活、工作環(huán)境，要成為人類生活的共同體，要與時俱進，提高、改善，甚至引領人們的生活。在科技和網(wǎng)絡發(fā)達的今天，建筑智能化是發(fā)展綠色建筑的必然要求。能夠體現(xiàn)高科技、高技術含量的智能化設施設備的運用，可以提高建材資源的使用效率和降低能源消耗，可以減少廢棄物產生，可以減少建筑自身的運營成本和時間，可以提高建筑的使用價值和經濟效益[13]。采用基于人工智能和圖像識別的損傷數(shù)字化查勘技術，用于老建筑的維修保護，利用AI圖像算法獲取損傷的狀態(tài)，節(jié)省人工和材料，提高功效。采用建筑整體移位及智能檢測技術，解決整體位移難度大、精度高的要求；基于BIM的建筑智能化和主動式運維技術，通過大數(shù)據(jù)挖掘建筑運行規(guī)律，實現(xiàn)智能化、主動式運維，提高效率，保障運營安全。例如，新華醫(yī)院智慧運維，單位面積建筑報修減少50%，節(jié)約一半維修人員，提高維修效率5%，減少維護成本5%。

智能化建筑采用多系統(tǒng)的統(tǒng)一集成管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，對建筑內智能化的多個系統(tǒng)實現(xiàn)設備的運行監(jiān)測與控制、運行報警、維護保養(yǎng)、資產管理、能源管理等功能[14]。如采用智能管控設備，人們能隨時查看建筑內的供暖情況、照明系統(tǒng)和門禁控制等設施設備的運行狀態(tài)。采用自動開關窗系統(tǒng)可以遠程調節(jié)室內的亮度和舒適度，采用新風系統(tǒng)可以適時地保持室內空氣新鮮度，通過控制和調優(yōu)居住環(huán)境，達到降低能耗、減少碳排的目的。例如，采用綠色智慧建筑模式，通過遠程主動式模式對既有建筑進行智能化管理，能效提升最高可達50%。

騰訊總部濱海大廈是集數(shù)字化、智能化于一體的現(xiàn)代化智慧建筑，通過應用物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術，內部所有設施設備均植入具有騰訊信息的QQ SDK和微信SDK，其數(shù)據(jù)可以在智慧化管理平臺上進行交互。員工直接“刷臉”進入；可在微信上預約電梯和到達樓層，再到指定電梯門等待；大廈墻體按照當?shù)厝照找?guī)律設計，全落地玻璃窗自帶遮陽系統(tǒng)；回收IT機房熱量來維持恒溫游泳池；室內精準定位技術準確到1米內；可通過手機與AR，VR設備進行互動?，F(xiàn)代化智能設施設備不僅降低建筑運維過程中的碳排放量，且增加了科技成果體驗感，提升建筑實用性和價值感。

4 結語

“雙碳”目標將促使各行各業(yè)提高節(jié)能減排要求，加快節(jié)能減排進度。綠色建筑低碳化是建筑業(yè)的深刻革命。過去多年的發(fā)展使得綠色建筑在標準體系、人才培養(yǎng)、產業(yè)聯(lián)動方面具備了明顯的技術和成本優(yōu)勢，邁入了高質量發(fā)展階段，綠色建筑減碳路徑將成為建筑業(yè)“雙碳”目標達成的最優(yōu)路徑之一。要實施建筑領域“碳達峰、碳中和”行動：一方面要加強綠色建筑設計、施工、運行、管理各個環(huán)節(jié)的管控，提高綠色建筑全產業(yè)鏈全生命周期的低碳化，降低產業(yè)源頭碳減排；另一方面，要加強財政、金融、規(guī)劃、建設等政策支持，從各個角度，各個方位，全面推動高質量綠色建筑規(guī)?；l(fā)展，鼓勵多樣化創(chuàng)新發(fā)展，激發(fā)市場主體的積極性和創(chuàng)造性。