民用建筑碳排放的空間非均衡測度分解

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摘要：基于2004—2014年各省份碳排放數(shù)據(jù)，運用基尼系數(shù)結(jié)構(gòu)分解、增量分解與子群分解的方法，分別從民用建筑類別、區(qū)域差異角度探究民用建筑碳排放空間非均衡現(xiàn)狀。研究表明：研究期內(nèi)我國民用建筑碳排放呈現(xiàn)急劇上升的趨勢，整體呈“東高中西低”的空間非均衡特征，其中城鎮(zhèn)住宅碳排放的均衡分布是基尼系數(shù)下降的主要原因；基尼系數(shù)結(jié)構(gòu)分解結(jié)果表明，公共建筑對民用建筑碳排放非均衡的貢獻最大；而區(qū)域子群分解結(jié)果表明，區(qū)域間差異是總體差異的主要來源，并且西部地區(qū)不均衡程度遠高于東部、中部地區(qū)。隨后針對研究結(jié)論提出相關(guān)建議，以期為制定地區(qū)碳減排政策提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：民用建筑；CO2排放；非均衡性；基尼系數(shù)；地區(qū)差異

城鎮(zhèn)化的推進帶動了建筑業(yè)的空前發(fā)展，由此帶來的高能耗問題日漸突出。目前我國民用建筑運行能耗已達全社會能耗的三分之一，其中，公共建筑單位面積能耗高達21.3kgce/m2，是民用建筑中單位面積能耗最高的建筑類型[1]。建筑用能所消耗的電力與化石能源勢必產(chǎn)生大量的碳排放（CO2），使我國的碳減排工作面臨巨大挑戰(zhàn)。由于區(qū)域間經(jīng)濟與居民生活水平差異較大，目前我國民用建筑碳排放已呈現(xiàn)出明顯的空間非均衡特征[2]。

1文獻綜述

碳排放由于其負外部性危害著全人類的發(fā)展，故地區(qū)間碳排放不均衡一直都是國內(nèi)外研究的熱點問題，而其原因可分為區(qū)域差異以及碳排放結(jié)構(gòu)來源差異。Clarke-Sather等[3]與顏艷梅等[4]認為，我國區(qū)域碳排放呈現(xiàn)出東高西低的非均衡格局是由于地區(qū)間考慮技術(shù)水平的經(jīng)濟差異所致。李建豹等[5]研究發(fā)現(xiàn)，由于居民生活水平的不同，西北地區(qū)在省內(nèi)、省間及城市與農(nóng)村間，居民生活碳排放也存在顯著差異。碳排放構(gòu)成要素的空間非均衡及各要素構(gòu)成比例不同也會對總體均衡性產(chǎn)生影響。Xu等[6]通過基尼系數(shù)分解的方法，研究發(fā)現(xiàn)中國城鎮(zhèn)家庭碳排放的不均衡主要由家庭消費結(jié)構(gòu)差異引起，其中住宅能耗（電力、燃料、供暖）的比例變動相較于食品、交通等能耗是碳排放不均衡的首要因素。Chen等[7]研究認為，原煤作為碳排放主要來源，其主要分布在我國北部，各地跨省運輸帶來了大量的CO2排放，故其對我國區(qū)域碳排放不均衡貢獻最大，而洗精煤、其他洗煤、型煤貢獻率相對較低。民用建筑作為居民生活碳排放的主要來源，有關(guān)其碳排放空間特征的研究相對少見。一方面，雖然建筑為使用者提供了工作與生活環(huán)境，但使用者才是建筑碳排放產(chǎn)生的核心，因此，地區(qū)經(jīng)濟及居民生活水平差異將拉大民用建筑碳排放的區(qū)域差異。另一方面，公共建筑單位面積能耗遠高于住宅，不同地區(qū)建筑類別構(gòu)成的差異也將會影響民用建筑碳排放的空間均衡性。綜上所述，以往對碳排放不均衡的研究大都以省域全行業(yè)為研究對象，且集中于區(qū)域差異對碳排放不均衡的影響，少有關(guān)于碳排放結(jié)構(gòu)來源對不均衡問題的影響研究。而民用建筑碳排放不僅在全社會碳排放中所占比例日趨增大，同時還與居民生活息息相關(guān)。對此，本文采用基尼系數(shù)分解的方法探討民用建筑碳排放來源構(gòu)成（住宅與公共建筑）和區(qū)域差異分別會對地區(qū)間民用建筑碳排放不均衡性造成的影響，以期實現(xiàn)不同區(qū)域享有公平碳排放權(quán)的國民訴求，同時為我國節(jié)能減排與縮小區(qū)域差異工作提供有力依據(jù)。

2研究方法

2.1碳排放核算方法

參照清華大學建筑節(jié)能研究中心[1]的建筑劃分方法可將我國建筑用能分為城鎮(zhèn)住宅用能、公共建筑用能以及農(nóng)村住宅用能三類。民用建筑碳排放主要來自為滿足人們?nèi)粘Ｉ钊绮膳⒋妒?、空調(diào)、生活熱水、照明等所產(chǎn)生的能源消耗，碳排放量按式（1）計算。（1）式中：C為民用建筑碳排放總量，噸；Ei為運行階段第i種能源消耗量；αi為第i種能源的CO2排放系數(shù)（噸CO2/噸），取值參考《綜合能耗計算通則》（GB/T2589—2008）；電力CO2排放系數(shù)取自《省級溫室氣體清單編制指南》。除西藏、港澳臺地區(qū)數(shù)據(jù)缺失外，其余30個省份民用建筑能耗數(shù)據(jù)取自2005—2015年《中國能源統(tǒng)計年鑒》中能源平衡表部分。

2.2基尼系數(shù)

基尼系數(shù)多用于衡量不均衡程度[9]。相較于變異系數(shù)、Theil指數(shù)等衡量不均衡的常用方法而言，基尼系數(shù)因其易用性和可分解性使其應用更為普遍。同時基尼系數(shù)具有以下功能：（1）可以直接衡量我國民用建筑碳排放省域間以及三大區(qū)域間的不均衡程度；（2）可以根據(jù)不同建筑類型進行分解，以找出公共建筑、城鎮(zhèn)住宅、農(nóng)村住宅對我國民用建筑碳排放不均衡的貢獻率；（3）可以從區(qū)域角度進行分解，找出各區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)部對我國民用建筑碳排放不均衡的貢獻率。因此，基于上述分析和考慮，選擇基尼系數(shù)作為本研究的主要方法?？紤]到民用建筑碳排放主要來源于居民生產(chǎn)生活且各區(qū)域人口差異較大，故構(gòu)建人均碳排放基尼系數(shù)如公式（2）、公式（3）所示：（2）（3）其中：G和Gk分別為全國民用建筑和第k類（k=城鎮(zhèn)住宅，農(nóng)村住宅，公共建筑）民用建筑的人均碳排放基尼系數(shù)；μ和uk分別為全國民用建筑和第k類民用建筑人均CO2排放量，噸/人；aci和acj分別為第i區(qū)域和第j區(qū)域的民用建筑人均CO2排放量；aci,k和acj,k分別為第i區(qū)域和j區(qū)域的第k類民用建筑人均CO2排放量，噸/人；n代表省份?；嵯禂?shù)的取值區(qū)間為[0,1]，基尼系數(shù)越大則代表碳排放分配不平等程度越大。按一般規(guī)定，0.4通常作為基尼系數(shù)“警戒線”，若基尼系數(shù)高于0.5，則代表碳排放量分配差距懸殊。

2.3基尼系數(shù)的分解

2.3.1基尼系數(shù)的結(jié)構(gòu)分解根據(jù)Lerman&Yitzhaki[10]的方法，將基尼系數(shù)按建筑類別進行結(jié)構(gòu)分解如公式（4）所示：（4）式中：代表集中系數(shù)（也稱偽基尼系數(shù)）；Ek代表第k類表1民用建筑能耗測算表[8]建筑類別能源平衡表分項能源類別城鎮(zhèn)住宅城鎮(zhèn)分項原煤、其他洗煤、型煤、焦炭、焦爐煤氣、燃料油、液化石油氣、天然氣、熱力5%的煤油和柴油農(nóng)村住宅鄉(xiāng)村分項公共建筑批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)以及其他分項5%的汽油，35%的煤油和柴油注：工業(yè)分項與交通運輸、倉儲和郵政業(yè)分項能耗屬于生產(chǎn)、交通能耗，故未計入。建筑（城鎮(zhèn)住宅、農(nóng)村住宅、公共建筑）碳排放在總碳排放量中所占的比例；Gk代表第k類建筑的人均碳排放基尼系數(shù)（Gk在計算時依第k類建筑人均碳排放由低至高排序，而在計算時按照民用建筑整體人均碳排放排序，故稱其為偽基尼系數(shù)）；Rk代表第k類建筑與民用建筑的人均碳排放基尼系數(shù)的相關(guān)性系數(shù)，取值為[-1,1]，按式（5）計算：（5）式中：xk為我國第k類民用建筑碳排放；F(x)和F(xk)分別為我國民用建筑和第k類民用建筑碳排放的累計分布。由此得到我國第k類建筑對民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)的貢獻率為Sk，如式（6）所示：（6）2.3.2基尼系數(shù)的增量分解鑒于式（4）可對增量基尼系數(shù)進行分解[11]，如式（7）所示：（7）式中：t表示當期，b表示基期；，；代表結(jié)構(gòu)效應，表示民用建筑中各類建筑的數(shù)量比例對基尼系數(shù)的影響；代表集中效應，表示民用建筑集中程度即地區(qū)差異對基尼系數(shù)的影響；代表前兩者效應共同對基尼系數(shù)造成的影響，稱為綜合效應[12]。2.3.3基尼系數(shù)按子群分解按照Mookherjee&Shorrocks[13]的分解思路，可按一定標準將全國分為p個區(qū)域子群，其中第m區(qū)域的民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)為Gm，將式（2）分解成如式（8）所示：（8）式中：Vm=nm/n，代表樣本比重；λm=μm/μ，代表第m區(qū)域民用建筑人均碳排放與全國民用建筑人均碳排放之比，反映了第m區(qū)域的民用建筑碳排放水平。公式（8）中等號右邊第一項為區(qū)域內(nèi)碳排放不均衡貢獻度，第二項代表區(qū)域間碳排放不均衡貢獻度，第三項為剩余項R，反映了不同區(qū)域間重疊交錯影響，即整體民用建筑人均碳排放是否有明顯分層（區(qū)域）現(xiàn)象存在。

3結(jié)果與分析

3.1我國民用建筑碳排放現(xiàn)狀分析

由東至西將我國以三大區(qū)域劃分（東部地區(qū)：北京、天津、河北、遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東、海南；中部地區(qū)：山西、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南；西部地區(qū)：內(nèi)蒙古、廣西、重慶、四川、貴州、云南、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆).2004—2014年我國民用建筑碳排放年均增長率達12.2%，遠高于人口增長速度（0.54%），與我國GDP增長（15.11%）持平。對比建筑業(yè)產(chǎn)值年均增長率（19.81%）以及人均施工面積由2004年2.41m2/人增長至2014年9.19m2/人，可以認為這期間建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展與人民生活水平的提高帶動了建筑碳排放量的持續(xù)攀升。從空間角度來看，我國整體民用建筑碳排放呈現(xiàn)東高、中西低的地域不均衡格局，這與Clarke-Sather等[3]認為的富裕地區(qū)人均CO2排放量更高的結(jié)論相符。此外，自2006年起，公共建筑碳排放量遠高于城鎮(zhèn)及農(nóng)村住宅，年均占比40.16%，是民用建筑碳排放的主要來源，因此，合理實施公共建筑碳排放權(quán)交易體系抑制公共建筑碳排放將是碳減排的關(guān)鍵[14]。

3.2我國民用建筑碳排放非均衡性分析

按式（2）及式（3）計算我國民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)如表3所示。研究期內(nèi)我國民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)年均為0.293，以3.53%的速率逐年遞減。這表明各省民用建筑碳排放雖存在明顯差異，但整體處于相對公平的范圍內(nèi)，且隨著各省經(jīng)濟的發(fā)展，這種不均衡性正趨于弱化。進一步分析發(fā)現(xiàn)，省域間農(nóng)村住宅人均碳排放基尼系數(shù)年均為0.235，相較于城鎮(zhèn)住宅（0.285）和公共建筑（0.418），其非均衡程度最低。這與我國快速的城鎮(zhèn)化進程有關(guān)，區(qū)域間城鎮(zhèn)化進程的差異將拉大城市間生產(chǎn)生活水平的差異，但農(nóng)村發(fā)展卻一直處于較低且平穩(wěn)的發(fā)展狀態(tài)。此外，日常辦公、娛樂能耗遠大于生活能耗，地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的差異將導致公共建筑碳排放的非均衡程度相對更高，而公共建筑作為民用建筑碳排放的主要來源，其人均碳排放基尼系數(shù)年降低率（3.68%）低于城鎮(zhèn)住宅（4.11%）與農(nóng)村住宅（4.15%）的年降低率，這勢必將對省域間民用建筑碳排放的均衡性造成消極影響。

3.3不同建筑類別對我國民用建筑碳排放不均衡的影響

按式（6）將2004—2014年我國民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)根據(jù)建筑類別進行分解.從碳排放的結(jié)構(gòu)來源來看，2004—2014年公共建筑對我國民用建筑碳排放不均衡貢獻最大，年均貢獻率達56.86%，且呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。此外，農(nóng)村住宅碳排放貢獻率卻一直呈下降趨勢，研究期內(nèi)年均貢獻率僅為12.88%。對比研究期內(nèi)公共建筑（-0.15）與城鎮(zhèn)住宅（-0.127）的基尼系數(shù)變化量，公共建筑碳排放空間均衡分布將是改善我國民用建筑碳排放均衡性的關(guān)鍵。

3.4我國民用建筑人均碳排放增量基尼系數(shù)的逐年分解

經(jīng)式（7）對2004—2014年民用建筑人均碳排放增量基尼系數(shù)進行分解。研究期內(nèi)民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)逐年變化量逐步減小，這表明我國民用建筑碳排放均衡性正趨于穩(wěn)定。首先，集中效應年均-0.013，并且城鎮(zhèn)住宅集中效應累計貢獻占比51%，這表明區(qū)域差異的縮小是省域間民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)下降的主要原因，而這主要是因為城鎮(zhèn)住宅碳排放在區(qū)域均衡分布的結(jié)果。其次，結(jié)構(gòu)效應年均0.003，這說明三類建筑比例構(gòu)成對民用建筑碳排放均衡性呈消極影響，其中公共建筑影響最大且呈負向影響，結(jié)合前文公共建筑是民用建筑碳排放的最主要來源，其人均碳排放基尼系數(shù)下降相對緩慢的結(jié)論，公共建筑是省域間民用建筑碳排放不均衡的首要結(jié)構(gòu)效應因素。最后，綜合效應影響較小，這表明民用建筑碳排放逐年均衡主要是受區(qū)域集中效應的影響。

3.5區(qū)域差異對我國民用建筑碳排放不均衡的影響

為研究民用建筑碳排放的集中效應，將研究對象劃分為三大區(qū)域，并根據(jù)式（8）將民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)分解為區(qū)域內(nèi)差異、區(qū)域間差異及剩余項.2004—2014年，我國西部地區(qū)民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)均值為0.32，遠大于東部地區(qū)（0.28）和中部地區(qū)（0.15）。若以三大區(qū)域為界限劃分，西部地區(qū)的民用建筑碳排放不均衡程度遠大于中部、東部地區(qū)。這與我國西部地區(qū)人口相對稀疏有關(guān)，研究期內(nèi)我國西部地區(qū)人口年均占比僅為27.24%，遠低于東部（40.31%）與中部（32.45%），西部地區(qū)落后的經(jīng)濟發(fā)展與“地廣人稀”加大了民用建筑碳排放的不均衡。研究期內(nèi)區(qū)域間差異年均貢獻率為37.48%，是我國民用建筑碳排放空間非均衡程度降低的主要原因，其次是區(qū)域內(nèi)差異（32.14%）以及剩余項（30.38%），然而三者間的差距并不大，這表明以三大區(qū)域來劃分民用建筑碳排放的空間分層并不明顯，區(qū)域間聚合交錯程度較高。值得注意的是，區(qū)域內(nèi)差異貢獻率年均增長率為3.01%，高于區(qū)域間（1.61%），而剩余項貢獻率則逐年遞減，這說明隨著經(jīng)濟的發(fā)展，民用建筑碳排放空間分層狀態(tài)愈發(fā)清晰，而這種狀態(tài)將不僅以三大區(qū)域為界限，而將會在三大區(qū)域的基礎上形成更小的區(qū)域界限劃分。

4結(jié)論及建議

伴隨著民用建筑碳排放在全社會碳排放中所占比重日益增多，空間非均衡性已成為民用建筑碳排放的典型特征。本文利用2004—2014年我國30個省份碳排放數(shù)據(jù)通過基尼系數(shù)分解的方法對我國民用建筑碳排放非均衡問題進行了研究。主要結(jié)論如下：（1）研究期內(nèi)我國民用建筑碳排放逐年升高，并且總體呈現(xiàn)出“東高中西低”的不均衡格局。其中，公共建筑碳排放年均占比40.16%，是我國民用建筑碳排放的主要來源。（2）對民用建筑人均碳排放基尼系數(shù)的增量分解顯示集中效應對碳排放空間均衡的貢獻最大，其中城鎮(zhèn)住宅碳排放的區(qū)域分布均衡是基尼系數(shù)下降的主要原因。而對基尼系數(shù)的結(jié)構(gòu)分解則表明公共建筑對民用建筑碳排放不均衡的貢獻率最高，其次是城鎮(zhèn)住宅和農(nóng)村住宅。從區(qū)域差異角度來看，區(qū)域間差異是總體差異的主要來源。進一步分析發(fā)現(xiàn)，以三大區(qū)域為界的民用建筑碳排放空間分層并不顯著，區(qū)域間聚合交錯程度較高，但呈現(xiàn)出了在三大區(qū)域基礎上形成更小區(qū)域范圍劃分的趨勢。上述研究結(jié)論對我國節(jié)能減排及縮短地區(qū)差異具有重要的政策含義：首先，民用建筑碳排放的不均衡將直接影響碳減排政策的實施效率，鑒于區(qū)域差異是引起碳排放不均衡的主要原因，因而碳減排政策應著力于人均碳排放更多、減排潛力更大的東部地區(qū)。同時考慮到排放與減排責任相匹配的原則，為保證碳減排政策的公平性，各省應由原本的措施性政策轉(zhuǎn)向以總量控制為目標的方法，以碳配額政策為指導，對碳稅等碳減排政策進行“差異化”對待。其次，公共建筑是民用建筑碳排放的主要來源，也是碳排放不均衡的主要貢獻者。自“十二五”起，公共建筑就已被列為節(jié)能重點領(lǐng)域，而目前主要節(jié)能措施可分為節(jié)能改造及碳交易。將高校、大型商場、辦公樓等強制列為節(jié)能改造項目實施能耗限額管理，同時在試點城市的基礎上推動全國公共建筑碳排放權(quán)交易體系的建立[16]，將對維持各省民用建筑碳排放空間均衡及經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮至關(guān)重要的作用。最后，民用建筑碳排放呈現(xiàn)出的“東高中西低”格局與我國“東強西弱”的經(jīng)濟發(fā)展與人口分布不均衡相對應，這表明民用建筑碳排放與地區(qū)經(jīng)濟及人口特征具有明顯的關(guān)聯(lián)性。然而，雖然民用建筑碳排放有以三大區(qū)域為界限的空間分層趨勢，但目前并不顯著，這表明我國在制定區(qū)域碳稅碳排放權(quán)政策的基礎上應當摒棄簡單以三大區(qū)域劃分的原則，而應在其基礎上，將各省經(jīng)濟、人口、建筑業(yè)的發(fā)展等因素綜合納入考慮范圍內(nèi)，從而形成更小范圍的界限劃分，以便于區(qū)域協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略及緩解性政策的制定與實施。

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作者:吳珺華 劉喆 韓佳慧 單位:西安建筑科技大學管理學院 吉林建筑大學經(jīng)濟與管理學院 中建二局安裝工程有限公司