雙碳背景下某市建筑運(yùn)行階段減排路徑研究

分析了影響該市建筑運(yùn)行階段碳排放的影響因素，預(yù)測(cè)了不同情景下該市建筑運(yùn)行碳排放情況，量化分析了各項(xiàng)技術(shù)措施的節(jié)能減排能力。結(jié)果表明：基準(zhǔn)情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將于2028年達(dá)峰，達(dá)峰值為196.54 t CO2；到2060年，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將下降至48.81 t CO2。在新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)+既有建筑節(jié)能改造+可再生能源應(yīng)用這3種技術(shù)措施進(jìn)行疊加的強(qiáng)化情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將于2028年達(dá)峰，達(dá)峰值為177.72 t CO2，到2060年，該市建筑運(yùn)行碳排放將下降至14.41 t CO2，相比于基準(zhǔn)情景可減少34.4 t CO2排放。建議該市主要技術(shù)措施推廣執(zhí)行的順序?yàn)榭稍偕茉磻?yīng)用gt;新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)gt;既有建筑節(jié)能改造。

建筑運(yùn)行階段； 碳排放； 碳達(dá)峰； 碳中和

TU201.5A

建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)

［定稿日期］2024-01-07

［基金項(xiàng)目］四川華西集團(tuán)科技項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：HXKX2021/024）

［作者簡(jiǎn)介］徐佳（1995—），女，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)榻ㄖ?jié)能與綠色建筑。

0" 引言

2020年9月22日第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)，習(xí)近平主席強(qiáng)調(diào)中國(guó)碳排放量將努力實(shí)現(xiàn)在2030年前完成達(dá)峰，在2060年前爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)碳中和［1］。在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的道路上建筑領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，根據(jù)《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告（2022）》，2020年全國(guó)建筑全過(guò)程（建材生產(chǎn)+建筑施工+建筑運(yùn)行）碳排放總量為50.8億t CO2，占全國(guó)碳排放總量的50.9%，其中建筑運(yùn)行階段碳排放總量為21.6億t CO2，占全國(guó)碳排放總量的21.7%，建材生產(chǎn)階段碳排放總量為28.2億t CO2，占全國(guó)碳排放總量的28.2%，建筑施工階段碳排放總量為1.0億t CO2，占全國(guó)碳排放總量的1.0%［2］。與此同時(shí)，據(jù)該報(bào)告預(yù)測(cè)2021年全國(guó)建筑全過(guò)程碳排放總量將超過(guò)2020年，達(dá)到52.2億t CO2，同比2020年將增長(zhǎng)2.7%，其中建材生產(chǎn)階段、建筑施工階段、建筑運(yùn)行階段的碳排放量將分別達(dá)到28.7億t CO2、1.0億t CO2、22.4億t CO2［2］。因此，建筑領(lǐng)域的碳中和、碳達(dá)峰是實(shí)現(xiàn)國(guó)家層級(jí)“雙碳”目標(biāo)的重要保障。

本文以某市建筑運(yùn)行階段碳排放為研究對(duì)象。首先，對(duì)建筑運(yùn)行階段碳排放的關(guān)鍵影響因素進(jìn)行預(yù)測(cè)分析；其次，對(duì)該市基準(zhǔn)情形下的建筑運(yùn)行碳排放進(jìn)行預(yù)測(cè)；最后，根據(jù)政策基礎(chǔ)預(yù)測(cè)3種情景疊加的強(qiáng)化情景下該市建筑運(yùn)行階段碳排放情況，為該市建筑領(lǐng)域“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)參考。

1" 建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)模型

目前，建筑碳排放預(yù)測(cè)模型主要通過(guò)自上而下的方法和自下而上的方法建立，其中自上而下的方法是通過(guò)預(yù)估的建筑總能耗和碳排放量，再進(jìn)行時(shí)間及空間的降尺度分析，該方法下的主要模型有STIRPAT模型、IPAT模型、基于Kaya恒等式的預(yù)測(cè)模型等［3］。自下而上的方法是先通過(guò)計(jì)算單體建筑的逐時(shí)能耗和碳排放量，再放大到區(qū)域尺寸進(jìn)行建筑總體能耗和碳排放量的分析［4］。

為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該市各類型建筑運(yùn)行碳排放，本文將該市建筑運(yùn)行階段拆分為城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑和公共建筑分別進(jìn)行預(yù)測(cè)。依據(jù)Kaya恒等式預(yù)測(cè)，各類型建筑運(yùn)行碳排放模型公式［5］：

建筑運(yùn)行碳排放=公共建筑碳排放+城鎮(zhèn)居住建筑碳排放+農(nóng)村居住建筑碳排放

城鎮(zhèn)居住建筑碳排放=人口×城鎮(zhèn)化率×城鎮(zhèn)人均居住建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

農(nóng)村居住建筑碳排放=人口×（1-城鎮(zhèn)化率）×農(nóng)村人均居住建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

公共建筑碳排放=人口×人均公共建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

其中：?jiǎn)挝荒芎奶寂欧? 2.66×煤消費(fèi)比例+1.73×油消費(fèi)比例+1.56×天然氣消費(fèi)比例+電力排放因子×電氣化比例。

2" 建筑運(yùn)行階段碳排放影響因素分析

基于國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)建筑運(yùn)行階段碳排放影響因素的研究，表明影響建筑運(yùn)行階段碳排放的主要因素有人口總量及分布、建筑面積、城鎮(zhèn)化率、能源結(jié)構(gòu)等［4、6-8］，徐偉等［9］指出人口總量、建筑面積、建筑運(yùn)行能耗強(qiáng)度是分析建筑運(yùn)行碳排放的基礎(chǔ)條件。本文將分別對(duì)該市的人口總量、城鎮(zhèn)化率、人均建筑面積、單位面積能耗、單位能耗碳排放進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

2.1" 人口總量

通過(guò)年鑒數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，“十三五”期間該市人口逐漸減少，至2020年該市擁有人口316.1萬(wàn)人，“十三五”期間人口年增長(zhǎng)率為-1.33%，導(dǎo)致該市人口出現(xiàn)逐漸減少的原因主要是因?yàn)檗r(nóng)村人口大量外出務(wù)工所致。結(jié)合該市的經(jīng)濟(jì)等因素的發(fā)展情況，本文對(duì)該市的人口做出了預(yù)測(cè)，如圖1所示，2010—2029年該市人口將逐漸減少，預(yù)計(jì)到2025年該市人口為312.6萬(wàn)人，2030年該市將擁有310.9萬(wàn)人口，在2030年后該市人口將逐漸上漲，到2060年該市人口預(yù)計(jì)將達(dá)到380.1萬(wàn)人，同比2030年將增長(zhǎng)22.26%，并在2060年之后保持上漲趨勢(shì)，這將成為2060年該市建筑領(lǐng)域在2060年完成碳中和的最不利因素之一。

2.2" 城鎮(zhèn)化率

由于該市山區(qū)涵蓋范圍廣，該市逐年城鎮(zhèn)化率普遍低于全國(guó)城鎮(zhèn)化率，盡管“十三五”期間該市城鎮(zhèn)化率已由46.72%增長(zhǎng)至53.11%，但仍然低于全國(guó)城鎮(zhèn)化率。結(jié)合該市的經(jīng)濟(jì)、文化教育、社會(huì)保障等因素，本文對(duì)該市的城鎮(zhèn)化率進(jìn)行了預(yù)測(cè)，如圖2所示。預(yù)計(jì)到2025年該市城鎮(zhèn)化率將達(dá)到64.0%，2030年將達(dá)到66%，至2060年城鎮(zhèn)化率將增長(zhǎng)至76.0%，同比2030年增長(zhǎng)率達(dá)到15.15%。

2.3" 人均建筑面積

人均建筑面積是影響建筑碳排放水平的關(guān)鍵因素之一，主要與該市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平等因素有關(guān)［4］。根據(jù)年鑒數(shù)據(jù)顯示，2010年該市總建筑面積共有16 441.14萬(wàn)m2，其中公共建筑面積為4 182.21萬(wàn)m2、城鎮(zhèn)居住建筑面積2 935萬(wàn)m2、農(nóng)村居住建筑面積9 323.93萬(wàn)m2?！笆濉逼陂g該市總建筑面積從18 038.18萬(wàn)平方米增長(zhǎng)至17 801.34萬(wàn)m2，增長(zhǎng)率為-1.31%，其中公共建筑面積增長(zhǎng)率為20.30%，城鎮(zhèn)居住建筑面積增長(zhǎng)率為9.40%，農(nóng)村居住建筑面積增長(zhǎng)率為-12.89%。在人均建筑面積方面，“十三五”期間全市人均建筑面積變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出拋物線，2016年和2020年全市人均建筑面積均為56.32 m2/人，公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積分別增加2.2 m2/人、-0.77 m2/人、0.20 m2/人。為對(duì)該市的建筑碳排放進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，本文分別對(duì)該市的公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積進(jìn)行了預(yù)測(cè)，具體預(yù)測(cè)詳見(jiàn)圖3。

建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)徐佳， 高波， 巫朝敏， 等： 雙碳背景下某市建筑運(yùn)行階段減排路徑研究

根據(jù)圖3可見(jiàn)，該市2025年公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積將分別達(dá)到13.46 m2/人、33.05 m2/人、62.42 m2/人，2030年公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積將分別達(dá)到14.90 m2/人、34.10 m2/人、64.29 m2/人，2060年公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積將分別達(dá)到17.35 m2/人、37.30 m2/人、68.94 m2/人。

2.4" 單位面積能耗

單位面積能耗主要受用能結(jié)構(gòu)、建筑面積、用能強(qiáng)度等因素的影響。該市無(wú)論是公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑還是農(nóng)村居住建筑，其主要用能類型為電力+燃?xì)?其他用能。公共建筑、農(nóng)村居住建筑的電氣化普遍比城鎮(zhèn)居住建筑高，每年公共建筑電力消耗占其總能源消耗的比例均高于59%，農(nóng)村居住建筑電力消耗占其總能源消耗的比例均高于53%。通過(guò)對(duì)該市2010—2020年建筑的用能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析歸納出了2010—2020年該市單位面積能耗的變化規(guī)律，并通過(guò)該變化規(guī)律預(yù)測(cè)了2021—2060年該市3類建筑的單位面積能耗情況。根據(jù)圖4可見(jiàn)，3類建筑的單位面積能耗呈現(xiàn)出逐漸遞減的發(fā)展大趨勢(shì)，但農(nóng)村居住建筑的單位面積能耗由于受到農(nóng)村建筑面積變化的影響，其在2030年之后的逐年降低率明顯低于其他兩類建筑。在2030年公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑的單位面積能耗將分別降低至8.61 kgce/m2、10.26 kgce/m2、1.50 kgce/m2。

2.5" 單位能耗碳排放

根據(jù)圖5可知，3類建筑的單位能耗碳排放將逐年遞減，在2030年公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑的單位能耗碳排放將分別降低至1.02 kgCO2/kgce、1.31 kgCO2/kgce、1.02 kgCO2/kgce。導(dǎo)致3類建筑單位能耗碳排放逐年遞減的主要原因是建筑電氣化和電網(wǎng)清潔度在不斷提升，據(jù)統(tǒng)計(jì)該市部分地區(qū)水電資源豐富，電力排放因子平穩(wěn)下降。

3" 基準(zhǔn)情景建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)

本文依據(jù)國(guó)家、省市級(jí)規(guī)劃文件的相關(guān)預(yù)期性目標(biāo)，使用建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)了在基準(zhǔn)情景下該市建筑運(yùn)行階段碳排放情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口發(fā)展、用能發(fā)展等因素設(shè)定的基準(zhǔn)情景參數(shù)見(jiàn)表1。

基準(zhǔn)情景下建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)結(jié)果如圖6所示。基準(zhǔn)情景下，該市建筑運(yùn)行碳排放總量將在2028年左右再度達(dá)到峰值，峰值約196.54萬(wàn)t CO2，能夠按期完成2030年前碳達(dá)峰的目標(biāo)。該市建筑運(yùn)行階段碳排放的變化趨勢(shì)與全國(guó)建筑部門總體運(yùn)行階段碳排放的變化趨勢(shì)大體相同，都是以先大幅上升再緩慢下降的趨勢(shì)變化［10］。在2028年碳達(dá)峰之后，該市運(yùn)行階段碳排放總量將開(kāi)始呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，向建筑碳中和邁步。預(yù)計(jì)至2060年建筑運(yùn)行碳排放總量降至48.81萬(wàn)t CO2，相比2020年總量降低約147.73萬(wàn)t CO2，下降幅度為75.17%。公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑的建筑運(yùn)行碳排放量在2028年達(dá)峰后也逐漸衰減。

4" 強(qiáng)化情景建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)

考慮到2060年距離現(xiàn)在較為遙遠(yuǎn)，期間充滿各種政策、

技術(shù)、社會(huì)環(huán)境等方面的不確定性影響因素，特別面向2060年設(shè)立了碳中和強(qiáng)化情景［11］，對(duì)不同情景的建筑運(yùn)行碳排放進(jìn)行了預(yù)測(cè)，各情景條件下的參數(shù)設(shè)置如表2、表3所示。

如圖7所示，碳中和強(qiáng)化情景下，即在新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)+既有建筑節(jié)能改造+可再生能源應(yīng)用這3種技術(shù)措施情景進(jìn)行疊加的條件下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放量也是將于2028年完成達(dá)峰，且峰值同比基準(zhǔn)情景下降9.58%。強(qiáng)化情景下該市2060年建筑運(yùn)行碳排放總量降至14.41萬(wàn)t CO2，相比于基準(zhǔn)情景，再降低了44.58萬(wàn)t CO2，其中新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、既有建筑節(jié)能改造、可再生能源應(yīng)用對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)率分別為13.51%、3.73%、17.16%?？梢?jiàn)，可再生能源的應(yīng)用對(duì)促進(jìn)碳中和的達(dá)成具有重要意義。

如圖7所示，強(qiáng)化情景下農(nóng)村居住建筑建筑運(yùn)行階段碳達(dá)峰的時(shí)間可提前1年于2027年完成，2028年該市建筑運(yùn)行階段碳達(dá)峰量為177.72萬(wàn)tCO2，其中公共建筑運(yùn)行碳排放占比39.47%，城鎮(zhèn)居住建筑運(yùn)行碳排放占比52.52%，農(nóng)村居住建筑運(yùn)行碳排放占比8.01%。2060年該市公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑運(yùn)行階段的碳排放量將分別達(dá)到5.30萬(wàn)t CO2、8.79萬(wàn)t CO2、0.32萬(wàn)t CO2，近60%的建筑運(yùn)行碳排放量來(lái)自于城鎮(zhèn)居住建筑。可見(jiàn)，隨著時(shí)間的推進(jìn)居住建筑運(yùn)行碳排放量的比例將不斷增加，農(nóng)村居住建筑運(yùn)行碳排放量的比例將不斷減少。這主要受該市城鎮(zhèn)化率的不斷提高、城鎮(zhèn)居住面積不斷增加、城鎮(zhèn)人口不斷增加等原因的影響。

5" 結(jié)論

本文通過(guò)分析影響該市建筑運(yùn)行階段碳排放的影響因素，建立該市建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)了不同情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放情況，對(duì)該市建筑運(yùn)行階段實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的主要技術(shù)路徑進(jìn)行了研究，得出主要結(jié)論：

（1）基準(zhǔn)情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將于2028年達(dá)峰，達(dá)峰值為196.54 t CO2；到2060年，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將下降至48.81 t CO2，相比于峰值下降率為75.17%。

（2）通過(guò)新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)+既有建筑節(jié)能改造+可再生能源應(yīng)用這3種技術(shù)措施情景進(jìn)行疊加的強(qiáng)化情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將于2028年達(dá)峰，達(dá)峰值為177.72 t CO2，相比于基準(zhǔn)情景峰值可下降18.82t CO2；到2060年，該市建筑運(yùn)行碳排放將下降至14.41 t CO2，相比于基準(zhǔn)情景可減少34.4 t CO2排放，該市建筑運(yùn)行階段碳排放量的減少速度明顯加快。

（3）結(jié)合該市未來(lái)建筑運(yùn)行階段碳排放水平，建議該市以新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、既有建筑節(jié)能改造、可再生能源應(yīng)用作為主要節(jié)能減排技術(shù)措施的同時(shí)在結(jié)合用能電氣化為輔助措施來(lái)完成“雙碳”目標(biāo)。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)主要技術(shù)措施的技術(shù)難度、減排效益及可執(zhí)行推廣性進(jìn)行分析，主要技術(shù)措施推廣執(zhí)行的順序?yàn)榭稍偕茉磻?yīng)用gt;新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)gt;既有建筑節(jié)能改造。

（4）基于該市現(xiàn)有建筑運(yùn)行碳排放數(shù)據(jù)，建議該市在制定政策的過(guò)程中要充分考慮“雙碳”目標(biāo)的完成，根據(jù)目前數(shù)據(jù)顯示該市可在2030年前順利完成碳達(dá)峰，但按期完成碳中和的壓力較大，碳中和的實(shí)現(xiàn)需要從現(xiàn)階段就開(kāi)始考慮并逐步制定相關(guān)的政策措施。

參考文獻(xiàn)

［1］" 鄧旭，謝俊，滕飛.何謂“碳中和”？［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2021，17（1）：107-113.

［2］" 中國(guó)建筑能耗與碳排放研究報(bào)告（2022年）［J］.建筑，2023（2）：57-69.

［3］" 朱微，程云鶴.中國(guó)建筑業(yè)碳排放影響因素及碳達(dá)峰碳中和預(yù)測(cè)分析［J］.河北環(huán)境工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2024（1）.

［4］" 李小冬，朱辰.我國(guó)建筑碳排放核算及影響因素研究綜述［J］.安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2020，20（01）：317-327.

［5］" 四川省綠色建筑與建筑節(jié)能工程技術(shù)研究中心.2021 四川省綠色與低碳年度發(fā)展報(bào)告［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2022.

［6］" Chontanawat J.Driving Forces of Energy-Related CO2 Emissions Based on Expanded IPAT Decomposition Analysis： Evidence from ASEAN and Four Selected Countries［J］. Energies，2019，

12（4）： 764.

［7］" Zhu B，Ye S，Wang P，et al. Exploring the drivers of energy consumption-related CO2 emissions in China： a multiscale analysis ［J］. Energy Efficiency，2019，12（ 4） ： 1027-1039.

［8］" Zhang C，Lin Y. Panel estimation for urbanization，energy consumption and CO2 emissions： A regional analysis in China ［J］. Energy Policy，2012，49： 488-498.

［9］ "徐偉，倪江波，孫德宇，等.我國(guó)建筑碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)分解與路徑辨析［J］.建筑科學(xué)，2021，37（10）：1-8+23.

［10］" 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［J］.四川建筑，2022，42（03）：12-15.

［11］" 中共中央辦公廳.關(guān)于推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見(jiàn)［EB/OL］.2021［2021-http：//www.gov.cn/zhengce/2021-10/21/content_5644083.htm］.