雙碳目標(biāo)下成都市建筑減排路徑研究

王珂 楊芯巖 張時(shí)聰

[摘? 要]：城市在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的過(guò)程中扮演著關(guān)鍵的角色。成都市作為公園城市首提地和示范區(qū)，有條件成為“碳中和”先鋒城市。文章分析了影響成都市建筑運(yùn)行階段碳排放的主要因素及碳排放長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)，量化分析了成都市建筑部門相關(guān)減碳工作對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明：基準(zhǔn)情景下，建筑部門碳排放將于2040年后進(jìn)入平臺(tái)期，峰值為1 615萬(wàn)t CO2。通過(guò)新建建筑能效提升、既有建筑低碳改造和建筑電氣化等技術(shù)措施疊加，達(dá)峰時(shí)間可提前至2030年，峰值可降低至1 137萬(wàn)t CO2。由于四川省遠(yuǎn)電力排放因子低平均全國(guó)平均水平，建議將提升建筑能效與加快提升建筑電氣化率作為成都市建筑領(lǐng)域節(jié)能減排的主要技術(shù)措施。

[關(guān)鍵詞]：碳達(dá)峰; 碳中和; 建筑; 公園城市

TU201.5A

2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上鄭重承諾，中國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)峰，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。建筑領(lǐng)域的能源消耗是造成溫室氣體排放的重要因素之一，在“3060”雙碳目標(biāo)提出后，許多研究者探討了建筑部門的減碳技術(shù)措施。清華大學(xué)建筑節(jié)能中心提出了我國(guó)建筑領(lǐng)域能耗與碳排放的界定與核算方法和實(shí)現(xiàn)碳中和的技術(shù)路徑[1-2]。中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)能耗統(tǒng)計(jì)專委會(huì)測(cè)算了建筑運(yùn)行階段的碳排放趨勢(shì)，提出了十四五建筑碳排放25億t CO2總量控制的目標(biāo)建議[3]。徐偉等[4]提出了我國(guó)建筑部門碳達(dá)峰和碳中和戰(zhàn)略的目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)路徑。張時(shí)聰?shù)萚5]建立了基于LEAP框架分析的建筑運(yùn)行碳排放長(zhǎng)期預(yù)測(cè)模型，建議將2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，峰值為27～28億t CO2作為碳排放控制目標(biāo)。

城市是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)的重要載體，是能源消費(fèi)和二氧化碳排放的主要來(lái)源。龍惟定等[6]對(duì)我國(guó)城市建筑的碳排放作了測(cè)算，提出在控制規(guī)模、供暖系統(tǒng)電氣化和提升效率、實(shí)現(xiàn)能耗限額等基礎(chǔ)上，峰值比基礎(chǔ)情景可降低50%。張時(shí)聰?shù)萚7]研究了建筑節(jié)能和電網(wǎng)清潔化對(duì)城鎮(zhèn)建筑碳中和的貢獻(xiàn)率，以2060城市建筑碳中和為目標(biāo)，城鎮(zhèn)中建筑物能效提升對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)率為50.1%，建筑電氣化以及綠電貢獻(xiàn)率為49.9%。

公園城市是碳中和背景下城市建設(shè)過(guò)程中的一個(gè)必然結(jié)果[8]，從建筑部門來(lái)講，公園城市的核心是減少溫室氣體排放、更有效地利用資源、保護(hù)生物多樣性和自然環(huán)境3個(gè)目標(biāo)與低碳綠色建筑發(fā)展的整合。成都市作為公園城市首提地和國(guó)家批準(zhǔn)的低碳試點(diǎn)城市之一，近年來(lái)在開展降碳行動(dòng)等方面先行先試，取得突出成效。

本文以成都市建筑運(yùn)行能耗和碳排放為研究對(duì)象，首先對(duì)影響建筑運(yùn)行階段碳排放的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，結(jié)合適宜夏熱冬冷地區(qū)的低碳建筑技術(shù)發(fā)展，從更高建筑節(jié)能目標(biāo)入手，采用情景分析預(yù)測(cè)法尋求降低建筑碳排放的技術(shù)措施。

1 研究方法與工具

本文提出的計(jì)算模型旨在科學(xué)合理地預(yù)測(cè)成都市建筑運(yùn)行碳排放發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，量化建筑節(jié)能減排效果，并提出對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施（圖 1）。建筑類型包含公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑和農(nóng)村居住建筑，建筑類別又分為新建建筑與既有建筑。能耗和碳排放計(jì)算范圍包括建筑物內(nèi)為居住者或使用者提供暖通空調(diào)、照明、生活熱水、各類電器和炊事等建筑功能使用帶來(lái)的能耗和碳排放。

建筑運(yùn)行過(guò)程中的直接（煤、油、天然氣）和間接（電力、熱力）消費(fèi)的能源排放之和，可根據(jù)建筑領(lǐng)域消費(fèi)的各類能源與碳排放因子計(jì)算得到式（1）。

Cbuilding=∑ECjFj（1）

式中：Cbuilding為建筑領(lǐng)域碳排放量，kgCO2;EC為分類能源消費(fèi)量，kgce;F為碳排放因子 ，kgCO2/kgce 。

其中能源消費(fèi)需求可以根據(jù)能源活動(dòng)強(qiáng)度與建筑面積計(jì)算得到式（2）。

ECjz=∑i∑j∑kei，j，m+ei，j，d+ei，j，gAi，j（2）

式中：ECjz為建筑能源消費(fèi)量;eijm為建筑用煤能耗強(qiáng)度;eijd為建筑用電能耗強(qiáng)度;eijg為建筑用其他能耗強(qiáng)度;e代表建筑用能強(qiáng)度;A為建筑面積;（i=城鎮(zhèn)居住建筑，農(nóng)村居住建筑，公共建筑;j=新建，既有）。

2 建筑碳排放影響因素分析與基準(zhǔn)情景預(yù)測(cè)

2.1 關(guān)鍵因素分析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者大量研究，表明建筑運(yùn)行階段碳排放總量與人口總量及分布、建筑面積、城鎮(zhèn)化率和建筑用能相關(guān)[4， 9-12]。本節(jié)對(duì)影響我國(guó)建筑領(lǐng)域能耗和碳排放的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。

2.1.1 人口與城鎮(zhèn)化率

第七次人口普查結(jié)果表明，成都市常住人口2093.78萬(wàn)人，與2010年相比，增長(zhǎng)了38.49%，年平均增速達(dá)到3.31%。成都市的城鎮(zhèn)化水平較高，已經(jīng)從2000年的53.72%上升到了2019年的74.41%。根據(jù)世界整體及各國(guó)家城鎮(zhèn)化率增長(zhǎng)規(guī)律，預(yù)計(jì)成都未來(lái)城鎮(zhèn)化率將達(dá)到90%，與發(fā)達(dá)國(guó)家持平（圖2）。

2.1.2 建筑面積

采用人均建筑面積與人口相乘測(cè)算得到“十三五”末成都市建筑面積約11.3億m2左右，總體將在未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)[13]。本文按人均建筑面積線性增長(zhǎng)趨勢(shì)[14]對(duì)建筑面積進(jìn)行預(yù)測(cè)（成都市2060年人均住宅建筑面積約為50 m2/人，公共建筑約為18 m2/人，農(nóng)村人均住宅建筑面積維持不變52 m2/人）。結(jié)果表明，成都市建筑總量將在2050年前后達(dá)到峰值，12.8億m2，并穩(wěn)中有降，2060年成都市建筑總量約為12.4億m2（圖3）。

2.1.3 建筑用能強(qiáng)度與用能結(jié)構(gòu)

夏熱冬冷地區(qū)城鎮(zhèn)居住建筑能耗強(qiáng)度的增長(zhǎng)主要是由于生活熱水、空調(diào)、南方采暖、家電等用能需求的增長(zhǎng)。對(duì)于公共建筑，能耗強(qiáng)度受建筑類型的影響超過(guò)氣候區(qū)的影響，2001—2018年我國(guó)公共建筑能耗強(qiáng)度從17.2 kgce/m2上升到26 kgce/m2，呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。農(nóng)村商品能耗強(qiáng)度快速增長(zhǎng)，2019年相比2001年上漲了一倍。本文對(duì)既有研究中夏熱冬冷地區(qū)各項(xiàng)用能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析梳理后，結(jié)合歷史發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，已有研究成果，國(guó)際發(fā)展經(jīng)驗(yàn)等多個(gè)因素與限定條件，進(jìn)而對(duì)對(duì)未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行闡述，具體設(shè)定見表1。

城鄉(xiāng)規(guī)劃與環(huán)境建設(shè)王珂， 楊芯巖， 張時(shí)聰： 雙碳目標(biāo)下成都市建筑減排路徑研究

2.2 基準(zhǔn)情景碳排放發(fā)展趨勢(shì)

圖4為基準(zhǔn)情景下成都市建筑部門碳排放發(fā)展趨勢(shì)。由于建筑面積和用能強(qiáng)度的增長(zhǎng)，建筑部門碳排放持續(xù)增長(zhǎng)至2040年后進(jìn)入平臺(tái)期，峰值為1 615萬(wàn)t CO2。不同于全國(guó)建筑部門總體運(yùn)行碳排放先大幅上升再緩慢下降的趨勢(shì)，成都市建筑碳排放逐年上升后呈平穩(wěn)發(fā)展態(tài)勢(shì)。這主要是由于全國(guó)平均電網(wǎng)清潔度和建筑電氣化率存在較大提升空間，在電力排放因子平穩(wěn)下降的背景下，我國(guó)建筑部門運(yùn)行碳排放2040年后會(huì)緩慢下降[3-5]。而四川極低的電力排放因子減緩了建筑碳排放上行壓力，因此基準(zhǔn)情景下碳排放下降空間較小。

3 成都市建筑部門減排潛力與展望

3.1 技術(shù)措施與情景設(shè)置

自碳中和目標(biāo)提出后，中央文件陸續(xù)發(fā)布?！肮?jié)能增效”被放在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的突出位置，從建筑部門來(lái)看，各項(xiàng)中央文件均提出了城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)雙碳目標(biāo)的重點(diǎn)任務(wù)，主要包括提升建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、推進(jìn)城鎮(zhèn)既有建筑改造、深化可再生能源應(yīng)用與能源結(jié)構(gòu)[17]。2021年12月24日，四川省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳在黨組（擴(kuò)大）會(huì)議上提出要大力推動(dòng)建筑領(lǐng)域“雙碳”工作，加快編制《四川省城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰行動(dòng)方案》[18]。成都市委十三屆十次全會(huì)審議通過(guò)《中共成都市委關(guān)于以實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)為引領(lǐng)優(yōu)化空間產(chǎn)業(yè)交通能源結(jié)構(gòu)促進(jìn)城市綠色低碳發(fā)展的決定》[19]，《決定》指出，建筑領(lǐng)域要提高建筑能效水平，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，推動(dòng)節(jié)能改造全面融入城市有機(jī)更新。

基于上述各項(xiàng)政策文件提出的發(fā)展方向，本研究綜合考慮成都市氣候區(qū)劃、用能形式以及低碳/零碳建筑技術(shù)基礎(chǔ)與發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)置了4個(gè)技術(shù)情景進(jìn)行逐級(jí)疊加，具體分析與設(shè)置見表2。

（1）S1新建建筑能效提升。2019年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/51350-2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[20]頒布， 2020年11月1日，DBJ51/T 149-2020《四川省被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[21]正式實(shí)施。夏熱冬冷地區(qū)超低/近零能耗建筑技術(shù)日趨成熟。因此，可于十四五末、十五五末和十六五末對(duì)新建建筑強(qiáng)制性節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行3次提升，分別達(dá)到超低、近零、零能效水平。

（2）S2既有建筑低碳改造。雖然各氣候區(qū)節(jié)能建筑已超過(guò)城市建筑占比50%以上[5]，但仍有大量建筑具有節(jié)能低碳改造潛力。未來(lái)，建筑行業(yè)將由大規(guī)模建設(shè)開始向翻新改造過(guò)渡，假設(shè)成都市每年對(duì)既有建筑總量的1% （具有改造價(jià)值）進(jìn)行深度改造，達(dá)到超低/近零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)。

（3）S3農(nóng)村可再生能源大比例應(yīng)用。農(nóng)村地區(qū)豐富的可再生資源，如太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等清潔能源[22]。在農(nóng)村地區(qū)大規(guī)模推廣可再生能源利用，截至2060年可累計(jì)安裝光伏發(fā)電300萬(wàn)kW，（對(duì)應(yīng)1億m2建筑面積，0.33億m2屋頂面積）。

（4）S4建筑終端用能電氣化。從發(fā)電結(jié)構(gòu)來(lái)看，四川省水力發(fā)電占比84.13%[23]，2019年省級(jí)電力碳排放因子為0.12 kgCO2/kWh[24]，電網(wǎng)清潔程度遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平0.577 kgCO2/kWh。因此，提升建筑用能電氣化對(duì)降低碳排放有較大潛力。到2060年，建筑部門電氣化至90%以上。

3.2 減排潛力分析

圖5給出各技術(shù)情景對(duì)建筑部門碳排放的影響。通過(guò)疊加多個(gè)技術(shù)措施，建筑部門運(yùn)行碳排放將于2030年進(jìn)入平臺(tái)期，峰值為1 137萬(wàn)t CO2，較基準(zhǔn)情景達(dá)峰時(shí)間提前10年，峰值降低近30%。其中新建建筑能效提升和既有建筑低碳改造對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)率分別為21.42%和12.99%。由于四川省極低的電力排放因子，建筑電氣化對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)率較高，為26.9%。同時(shí)，農(nóng)村建筑光伏發(fā)電裝機(jī)對(duì)減少能源消耗有重要意義，但在減排中的貢獻(xiàn)率較低，主要是因?yàn)橄臒岫涞貐^(qū)本身較高的建筑電氣化率、極低的電力排放因子以及成都市較高的城鎮(zhèn)化率導(dǎo)致的農(nóng)村建筑裝機(jī)面積較小。城市地區(qū)建筑光伏發(fā)電技術(shù)已涵蓋在超低/近零/零能耗建筑的規(guī)模化推廣中，因此未單獨(dú)核算。

4 結(jié)論與建議

本文綜合考慮人口發(fā)展、城鎮(zhèn)化率、建筑存量、建筑用能強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素，分析了成都市建筑部門碳排放發(fā)展趨勢(shì)，量化分析了適用于成都市建筑部門減碳工作對(duì)雙碳目標(biāo)的貢獻(xiàn)率。主要結(jié)論：

（1）基準(zhǔn)情景下，成都市建筑運(yùn)行碳排放于2040年左右達(dá)峰，峰值為1 615萬(wàn)t CO2。由于四川省電網(wǎng)碳排放因子為0.12 kgCO2/kWh，遠(yuǎn)低于全國(guó)平均0.577 kgCO2/kWh，達(dá)峰后碳排放下降空間較小。

（2）通過(guò)新建建筑能效提升、既有建筑低碳改造和建筑電氣化等技術(shù)措施疊加，達(dá)峰時(shí)間可提前至2030年，峰值為1 137萬(wàn)t CO2。建筑節(jié)能減排措施對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)率為64%，剩余需由電網(wǎng)深度脫碳和CCUS技術(shù)貢獻(xiàn)。

（3） 結(jié)合成都市建筑未來(lái)碳排放水平及四川省電網(wǎng)清潔度，建議成都市建筑部門應(yīng)以提升建筑能效和加速提升建筑電氣化率為主要技術(shù)措施，制定建筑應(yīng)對(duì)雙碳目標(biāo)的重點(diǎn)任務(wù)。

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