低碳建筑發(fā)展和實(shí)施路徑探析

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摘要：本文通過(guò)分析建筑的碳排放來(lái)源，提出針對(duì)性的技術(shù)解決方案，制定了建筑領(lǐng)域減碳實(shí)施路徑。同時(shí)，文中介紹了早期天津市民用建筑能效交易方法學(xué)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，為后期建筑行業(yè)納入碳排放權(quán)交易提供創(chuàng)新思路。

關(guān)鍵詞：天津市；低碳建筑；發(fā)展路徑；減碳

一、天津市建筑節(jié)能和綠色建筑工作概況

天津市1991年開(kāi)展第一階段節(jié)能工作，2000年開(kāi)始執(zhí)行二步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，2007年執(zhí)行三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，2013年執(zhí)行四步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，各階段節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施時(shí)間均早于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2020年，天津市五步節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)編制完成并通過(guò)專家評(píng)審，建筑節(jié)能率達(dá)到了80%以上，在全國(guó)處于領(lǐng)先水平?！笆濉逼陂g，在嚴(yán)格執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，天津市新建綠色建筑面積超過(guò)1.7億平方米，建設(shè)5個(gè)綠色生態(tài)城區(qū)，全市獲得綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)項(xiàng)目337個(gè)，建筑面積達(dá)到3141萬(wàn)平方米，其中綠色建筑運(yùn)行標(biāo)識(shí)項(xiàng)目17個(gè)。2018年，天津市發(fā)布被動(dòng)式超低能耗建筑實(shí)施意見(jiàn)，規(guī)定新建項(xiàng)目總建筑面積在20萬(wàn)平方米（含）以上的，要建設(shè)一棟以上被動(dòng)式超低能耗建筑。2021年9月，在我國(guó)明確提出“雙碳”目標(biāo)后，天津市在全國(guó)率先發(fā)布首個(gè)省級(jí)碳達(dá)峰碳中和促進(jìn)條例，將綠色低碳、節(jié)能環(huán)保要求融入城市更新、老舊小區(qū)改造、智慧城市創(chuàng)建等工程，推進(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)和管理模式低碳轉(zhuǎn)型。雖然目前天津市建筑節(jié)能和綠色建筑已經(jīng)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但還不能充分實(shí)現(xiàn)碳中和的技術(shù)目標(biāo)。建筑節(jié)能是碳中和的基礎(chǔ)，但不完全等同于建筑低碳，低碳未必節(jié)能，而節(jié)能也不是低碳的普遍要求。建筑碳中和的命題將從新的角度驅(qū)使我們?cè)俅紊钊胨伎冀ㄖ?jié)能的理念和實(shí)現(xiàn)方式。

二、建筑碳中和技術(shù)

目前我國(guó)提出的碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)是兩個(gè)階段的任務(wù)，但是難度卻明顯不同。碳達(dá)峰雖然沒(méi)有提出明確的達(dá)峰上限，但我們要做的主要是壓低峰值，為碳中和降低難度。建筑領(lǐng)域碳排放總量主要取決于建筑面積總量、單位建筑面積能耗強(qiáng)度和單位能耗碳排放量。目前看來(lái)，由于人口增量放緩，“房住不炒”政策的嚴(yán)格執(zhí)行，建筑總量在未來(lái)可預(yù)見(jiàn)年份趨于穩(wěn)定。加上近年來(lái)大力推廣建筑節(jié)能工作，建筑單位面積用能強(qiáng)度大幅降低。作為主要的能源品種，電力碳排放近年來(lái)逐年降低，太陽(yáng)能作為可再生能源在建筑中的應(yīng)用已在國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB55015-2021）中得到明確，因此建筑碳達(dá)峰目標(biāo)不難實(shí)現(xiàn)。2060年全國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和，有限的林業(yè)碳匯量和高成本的CCUS（CarbonCapture，UtilizationandStorage，碳捕獲、利用與封存）應(yīng)該用來(lái)中和那些必須使用化石燃料的保障性行業(yè)，如發(fā)電、航空領(lǐng)域，對(duì)于建筑領(lǐng)域要實(shí)現(xiàn)自身的碳中和，而不是依靠外部碳匯抵消碳排放量。

1.建筑碳排放的特點(diǎn)

建筑碳排放包括隱含碳排放、直接碳排放和間接碳排放。其中，隱含碳排放包括建筑材料生產(chǎn)、運(yùn)輸、建造過(guò)程的碳排放，該部分碳排放一般歸為工業(yè)生產(chǎn)碳排放，不在建筑碳排放中統(tǒng)計(jì)。直接碳排放指的是在建筑物理邊界范圍內(nèi)，由于化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放。在居住建筑中主要包括炊事用燃?xì)猓顭崴萌細(xì)鉄崴鞯?，這部分直接碳排放應(yīng)該首先消除。目前家用廚房電器產(chǎn)品已經(jīng)十分普遍，包括冰箱、電飯煲、電烤箱、微波爐等。雖然提供相同熱量的情況下，電力的用能成本略高，但考慮到電氣產(chǎn)品比燃?xì)庠罹哂懈叩挠媚苄剩@部分費(fèi)用基本持平。炊事電氣化要改變的主要還是生活習(xí)慣問(wèn)題，中國(guó)人有爆炒的習(xí)慣，但目前已經(jīng)有大功率的電磁爐可以滿足短時(shí)間高溫爆炒要求，同時(shí)也有等離子電焰爐產(chǎn)品，可以用電產(chǎn)生明火，滿足明火炒菜的生活習(xí)慣。電熱水器有一定蓄熱作用，溫度穩(wěn)定，可以隨時(shí)放出熱水，避免冷水的浪費(fèi)，優(yōu)于燃?xì)鉄崴?。如果采用熱泵式電熱水器，用能成本還會(huì)明顯低于燃?xì)鉄崴?。因此，消除居住建筑中的直接碳排放，主要是觀念的改變，在產(chǎn)品供應(yīng)和使用經(jīng)濟(jì)性上不存在太大的難度。居住建筑間接碳排放主要包括用電和供暖。居住建筑的用電要實(shí)現(xiàn)碳中和，就必須使用光伏等可再生能源。未來(lái)，可能采用電力進(jìn)行供暖從而降低直接碳排放量，加之居民生活水平的提高，建筑用電強(qiáng)度和總量預(yù)計(jì)還會(huì)進(jìn)一步增加。對(duì)于城鎮(zhèn)建筑來(lái)說(shuō)，由于樓層較高，屋頂面積有限，而建筑立面受到不同程度的遮擋，依靠自身安裝的光伏電池提供的電力很難覆蓋建筑用電量，需要依靠區(qū)域范圍內(nèi)的可再生電力補(bǔ)充。低密度建筑，如農(nóng)村住房，可以依靠場(chǎng)地或屋頂?shù)墓夥l(fā)電，從用電總量上實(shí)現(xiàn)零碳化。但由于光伏發(fā)電輸出和建筑用電負(fù)荷的不匹配，需要配備較大容量的蓄電池。當(dāng)前蓄電池較低的能量密度和高昂的材料成本，決定了單純依賴建筑內(nèi)部的蓄電池調(diào)峰將帶來(lái)無(wú)法承擔(dān)的空間成本和經(jīng)濟(jì)成本。目前一些試點(diǎn)建筑采用光伏發(fā)電余電上網(wǎng)，但并未考慮到電網(wǎng)的需求，大量分布式光伏向電網(wǎng)輸電時(shí)電網(wǎng)可能并不缺電，而建筑缺電的時(shí)候，電網(wǎng)也可能同樣缺電，因此該方式并不適用于未來(lái)大規(guī)模的分布式光伏并網(wǎng)操作。

2.建筑用電與光伏電池供電的解耦

光伏發(fā)電的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是輸出的不穩(wěn)定性，建筑實(shí)現(xiàn)零碳電力，最大的問(wèn)題是解決建筑用電負(fù)荷與光伏發(fā)電輸出的匹配。目前是電廠根據(jù)建筑用電進(jìn)行供電調(diào)節(jié)，稱為“源隨荷動(dòng)”，由于光伏發(fā)電不可調(diào)節(jié)，未來(lái)應(yīng)該變成“荷隨源動(dòng)”，建筑根據(jù)光伏發(fā)電的輸出，調(diào)節(jié)自身用電需求，使兩者匹配，最大程度的減少棄風(fēng)棄光。具體的做法是在建筑內(nèi)部推廣可中斷調(diào)節(jié)的用電設(shè)施，現(xiàn)有的如冰箱，熱水器等，短暫的電力中斷不會(huì)對(duì)實(shí)際使用造成影響。另外未來(lái)可以利用超低能耗建筑高性能保溫和高氣密性的優(yōu)勢(shì)，在建筑內(nèi)部增加蓄能裝置，實(shí)現(xiàn)供熱，空調(diào)的變頻調(diào)節(jié)。雖然短暫的運(yùn)行頻率變化甚至關(guān)停會(huì)對(duì)舒適度造成一定影響，但由于蓄能的作用，不會(huì)有明顯的變化。這樣的建筑用電負(fù)荷大部分成為可調(diào)節(jié)負(fù)荷，能夠根據(jù)外部供電需要做出變化。同時(shí)，蓄電池也不是完全的使用建筑內(nèi)部蓄電池，而應(yīng)該與停車場(chǎng)充電樁聯(lián)動(dòng)，利用電動(dòng)汽車的電池作為免費(fèi)蓄電裝置。電動(dòng)車輛在停車期間，接入充電樁，當(dāng)外部可再生能源電量富余時(shí)，向電動(dòng)汽車充電，在建筑用電短缺時(shí)，電動(dòng)汽車蓄電池可以向建筑放電，彌補(bǔ)外部可再生能源電力供應(yīng)的不足。目前V2G（Vehicle-to-grid，車輛到電網(wǎng)）技術(shù)的電動(dòng)汽車充電裝置已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品，如果通過(guò)設(shè)計(jì)充電費(fèi)用機(jī)制，電動(dòng)汽車可以實(shí)現(xiàn)免費(fèi)充電，反向輸電還可以賺錢(qián)，從而促使更多的電動(dòng)汽車參與其中。在建筑碳中和場(chǎng)景下，當(dāng)前的建筑節(jié)能理念也會(huì)發(fā)生變化。目前節(jié)能是單純的降低用能，而未來(lái)節(jié)能更看重的是建筑負(fù)荷適應(yīng)可再生能源電力變化的調(diào)節(jié)能力。由于光伏發(fā)電過(guò)程不消耗燃料，相當(dāng)于免費(fèi)發(fā)電，因此在電力富余時(shí)段完全可以鼓勵(lì)大家多用電，而如何在光伏電力供應(yīng)不足時(shí)少用電，才是未來(lái)建筑節(jié)能的工作核心。這就需要設(shè)計(jì)新的電價(jià)機(jī)制，光伏供電富余時(shí)，電力價(jià)格可以非常低甚至免費(fèi)，而需要通過(guò)蓄電池調(diào)節(jié)供電時(shí)，電力價(jià)格就需要大幅提升，通過(guò)市場(chǎng)方式引導(dǎo)大家參與調(diào)節(jié)活動(dòng)。同時(shí)，由于可再生能源都是以電力形式出現(xiàn)，未來(lái)電力會(huì)成為一種基礎(chǔ)能源形式，目前認(rèn)為電力是消耗化石能源轉(zhuǎn)換得到的高品味能源的觀點(diǎn)也許需要改變，利用可再生能源富余時(shí)段的電力直接供暖，將會(huì)是一種更加經(jīng)濟(jì)和應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)的用能方式。3.建筑供暖電氣化居住建筑供暖目前還是以集中供暖形式居多，圖1建筑領(lǐng)域碳排放的核算邊界未來(lái)隨著超低能耗建筑的推廣，熱泵產(chǎn)品就可以滿足供暖溫度需要，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電氣化。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出相關(guān)的雙末端熱泵產(chǎn)品，夏季制冷劑進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤(pán)管供冷，冬季制冷劑直通進(jìn)入地板輻射盤(pán)管供暖，減少了水換熱環(huán)節(jié)或熱風(fēng)供暖的不舒適性，同時(shí)在地板增加蓄熱模塊，有一定的短暫調(diào)節(jié)適應(yīng)性，住戶可以完全按需供熱，解決了目前熱計(jì)量、供熱節(jié)能的問(wèn)題，有可能成為未來(lái)新建建筑，特別是超低能耗建筑的主流供熱方式。

三、建筑碳交易機(jī)制

除了技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)建筑碳達(dá)峰、碳中和還需要建筑碳交易機(jī)制的助力。2011年，深圳、上海、北京、廣東、天津啟動(dòng)碳排放交易試點(diǎn)工作，至今已發(fā)展至8個(gè)地區(qū)，覆蓋電力、鋼鐵、石化、化工、熱力等行業(yè)，深圳、北京、上海市碳交易對(duì)象中還包括大型公共建筑。而天津市早在2010年就嘗試探索民用建筑能效碳排放交易，編制形成《天津市民用建筑能效（碳排放）交易方法學(xué)》，解決了建筑節(jié)能量測(cè)算難、數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、考核對(duì)象界定等問(wèn)題，并完成了全國(guó)首批建筑能效交易。天津市民用建筑能效（碳排放）交易研究范圍涉及居住建筑、公共建筑（商業(yè)建筑、醫(yī)院建筑、辦公建筑）、集中供熱熱源及一次網(wǎng)等。通過(guò)公共建筑能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等手段，確定建筑能耗基準(zhǔn)線，為當(dāng)時(shí)的建筑能效交易項(xiàng)目提供了考核依據(jù)。以天津市居住建筑為例，住宅建筑單位采暖面積的基準(zhǔn)線能耗規(guī)定為：天津市發(fā)展與改委委員會(huì)下達(dá)的《“十一五”期間供熱系統(tǒng)效率及耗能目標(biāo)》，即2009-2010年單位供熱面積耗煤量21.8kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2；2010-2011年單位供熱面積耗煤量20.8kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2。方法學(xué)適用于天津地區(qū)通過(guò)換熱站供熱并對(duì)熱用戶實(shí)行計(jì)量收費(fèi)的供熱單位。熱力公司通過(guò)在供熱系統(tǒng)各部位安裝供熱計(jì)量裝置，并將以往對(duì)居民單純按住宅面積收取采暖費(fèi)的供熱收費(fèi)方式，改變?yōu)榛趦刹恐茻醿r(jià)按采暖季用熱量收取采暖費(fèi)的計(jì)量供熱收費(fèi)方式。供熱收費(fèi)方式的改變，使熱用戶因行為節(jié)能而受益，從而激勵(lì)住宅建筑減少采暖用熱量。供熱單位因采用計(jì)量供熱方式產(chǎn)生的節(jié)能量歸供熱單位所有。在此研究的基礎(chǔ)上，天津市政府在2010年頒發(fā)了《天津市民用建筑能效交易實(shí)施方案》，參與民用建筑能效交易的法人單位在天津排放權(quán)交易所能效市場(chǎng)登記系統(tǒng)進(jìn)行注冊(cè)，委托經(jīng)天津市住建委認(rèn)定的民用建筑能效核證機(jī)構(gòu)對(duì)減排量進(jìn)行核證，并由核證機(jī)構(gòu)出具減排量核證報(bào)告。憑減排量核證報(bào)告可到天津市民用建筑能效專業(yè)委員會(huì)辦理民用建筑減排量簽發(fā)手續(xù)，評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后即可持專委會(huì)簽發(fā)的減排量證書(shū)到天津排放權(quán)交易所進(jìn)行編碼登記并進(jìn)行交易。2010年，泰達(dá)供熱、瑞景供熱、人民家園供熱中心項(xiàng)目在天津建科建筑節(jié)能環(huán)境檢測(cè)有限公司的碳核證基礎(chǔ)上，完成全國(guó)首批民用建筑的碳交易，交易量為30909噸CO2?！短旖蚴忻裼媒ㄖ苄Ы灰讓?shí)施方案》作為中國(guó)首部民用建筑領(lǐng)域排放權(quán)交易規(guī)范性文件，是天津發(fā)揮先行先試作用，通過(guò)金融創(chuàng)新手段促進(jìn)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的創(chuàng)舉。該工作實(shí)踐針對(duì)當(dāng)前全國(guó)建筑行業(yè)碳排放權(quán)交易的迫切需求，依然可為運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制降低建筑領(lǐng)域碳排放提供創(chuàng)新思路，形成可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，建筑節(jié)能將由目前單一的節(jié)約能源，演變?yōu)樘岣呓ㄖ姎饣?、?qiáng)制可再生能源應(yīng)用、提升建筑用電與電網(wǎng)供電互動(dòng)能力的綜合節(jié)能方案。近零能耗建筑、高星級(jí)綠色建筑已經(jīng)成為土地拍賣市場(chǎng)上重要的加分項(xiàng)目，可以預(yù)見(jiàn)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，低碳建筑、零碳建筑很有可能成為新的土地競(jìng)拍條件。同時(shí)，隨著建筑行業(yè)納入碳排放交易，房地產(chǎn)市場(chǎng)除了地段價(jià)值、居住品質(zhì)之外，建筑碳資產(chǎn)也必將成為重要的價(jià)值衡量手段。從建筑全壽命周期看，作為建材產(chǎn)品的終端消費(fèi)者，建筑仍應(yīng)擔(dān)當(dāng)起部分隱含碳排放的排放責(zé)任。應(yīng)更多思考如何提升建筑使用壽命，從“大拆大建”等粗放發(fā)展模式向開(kāi)發(fā)低碳結(jié)構(gòu)體系、推廣綠色建材應(yīng)用等集約型低碳發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

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作者:汪磊磊 陳丹 單位:天津住宅科學(xué)研究院有限公司