碳达峰碳中和目标背景下建筑业高质量发展的路径

蒲云辉，王清远，吴启红，董建辉，唐嘉陵

(成都大学 建筑与土木工程学院,四川 成都 610106)

0 引 言

据有关统计数据表明，2020年5月，全球空气中二氧化碳的体积分数高达417×10-6，该数据是地球迄今300万年来的最大值，相比工业前时代，2020年全球的平均气温增高1.2 ± 0.1 ℃[1].全球气温升高导致气候变暖会造成冰川融化、干旱洪涝和物种灭绝等一系列灾害性气候事件.据《BP世界能源统计》报告，全球2019年的碳排放总量为342亿t，其中中国的二氧化碳排放量为98亿t，占全球碳排放总量的28.76%[2].2020年9月，我国向世界宣布了2030年前实现碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和，简称“3060双碳”目标.为此，提早实现碳达峰碳中和目标成为我国社会经济发展的重大战略.

建筑业作为国民经济的支柱产业，消耗了全球约40%的能源，并排放了占全球约36%的温室气体，且建筑业的能耗和碳排放还会随着经济发展水平的提升而增加[3].相关研究指出，尽管建筑业的碳排放量持续增长，但其减排的潜力巨大，其减排潜力在建筑业、工业和交通运输业三大行业中占据首位，是工业部门的1.5倍，可为碳排放提前达峰贡献50%的指标[4].由此可见，建筑业是节能减排的重点领域.因此，本研究将针对我国建筑业能耗和碳排放量的统计数据进行分析，基于全寿命周期视角，分别从政府、建设者和消费者三大参与方提出我国建筑业低碳可持续发展的路径建议，以期促进我国建筑业提早实现碳达峰目标和碳中和愿景.

1 碳排放量的计算方法

建筑的全寿命周期包括：建筑材料的生产运输、建筑的施工、运行维护、拆除以及再利用等阶段.建筑全寿命周期碳排放量是指建筑在全寿命周期内排放的所有温室气体的总和，并以CO2当量表示.常见的温室气体有CO2、CH4和N2O等，其他温室气体的CO2当量是以该气体的数量乘以其全球变暖潜力值(GWP)转换为CO2当量汇总计算.事实上，全球变暖潜力值会随着时间而变化，评价的累计时间有20年、100年和500年，政府间气候变化专门委员会(IPCC)建议采用100年为评价年限.CH4和N2O在100年的评价值分别为25和298.

建筑的碳排放量包括隐含碳排放量和运行碳排放量两大类，如图1所示.隐含碳排放量是指建材生产、运输和施工阶段，以及对建筑实施改造和拆除阶段的碳排放量.运行碳排放量主要包括：① 建筑环境能耗(供热、供冷、通风、 照明)；② 建筑公用设施能耗(电梯、供水、生活热水、供配电)；③ 功能性能耗(电器、信息系统、办公设备、电动车充电等)[5].

图1 建筑全寿命周期碳排放量示意图

建筑全寿命周期的碳排放量常采用碳排放因子法计算，即首先统计建筑在每一个阶段每一种碳排放源的数量，然后将该碳排放源与其碳排放因子相乘，汇总得出该建筑的碳排放总量[6].

LCCO2=Cm+Ct+Cc+Co+Cd

(1)

式中,LCCO2是指建筑全寿命周期的碳排放总量，Cm、Ct、Cc、Co和Cd分别指建筑在原材料材料生产、运输、建筑施工、运行和拆除各阶段的碳排放总量.

(2)

式中,Mi是材料生产阶段所需的第i种材料的质量；MFi是生产1 kg第i种材料的碳排放量.

(3)

式中,Li是第i种材料的运输距离；TFi是运输1 kg第i种材料1 km的碳排放量.

(4)

式中,CEi是施工阶段所消耗的第i种能耗的数量；CFi是每消耗1 KJ第i种能耗的碳排放量.

(5)

式中,OEi是在运行阶段每年所消耗的第i种能耗的数量；OFi是每消耗1KJ第i种能耗的碳排放量；Y是建筑物设计使用年限.

(6)

式中,DEi是拆除阶段所消耗的第i种能耗的数量；DFi是每消耗1KJ第i种能耗的碳排放量.

在统计分析时，可将建材生产阶段和运输阶段统归为建材生产，施工阶段和拆除阶段统归为施工阶段.

2 中国建筑业碳排放量

2.1 建筑业能耗和碳排放量

建筑全过程的能耗如图2所示.由图2可知，在建筑全寿命周期内，运营阶段和建材生产运输所需的能耗较高，施工阶段所需的能耗最少，约占总能耗的2%～3%.“十一五”期间，随着经济的快速增长，新建建筑面积增加使建筑业能耗平稳增长，平均增速为5.9%，该时期运营阶段的能耗略高于建材生产能耗;“十二五”期间，由于建材生产的能耗急剧增加，该时期建材生产的能耗开始超过运营阶段的能耗，天然原材料因早期开发逐渐减少，导致开发原材料的能耗更高，天然原材料从更偏远的开采区运至建设点增加了运输的能耗;“十三五”期间，尽管新建建筑稳步增长，但对既有建筑进行节能改造，以及采用再生材料替代天然材料等措施，使该阶段能耗的增速逐渐减缓，其平均增速约为3.6%.

图2 建筑全过程的能耗图

建筑全过程的碳排放量如图3所示.由图3可知，建筑全过程的碳排放量和能耗有相似的规律，即建筑全寿命周期碳排放量主要集中在建筑运营阶段和建材的生产运输阶段，施工阶段的碳排放量较少，表明建筑的碳排放量与能源消耗量有较强的相关性.“十一五”期间，建筑业的碳排放量平稳增加，平均增速约为7.4%，略高于能耗的增速;“十二五”期间因建材生产运输的能耗值快速增加，碳排放量的平均增速为7%；“十三五”期间建筑业碳排放量的平均增速降至3.1%.

图3 建筑全过程的碳排放量图

2.2 建筑各阶段能耗和碳排放量

2018年全国建筑全过程各分项的能耗和碳排放量如图4所示.从图4(a)中可以看出，全国建筑业的能源消耗总量为21.47亿tce(1tce 表示1t标准煤当量)，占全国能源消费总量的46.5%.其中，建材生产和运输的能耗为11亿tce，占全国能源消耗总量的23.8%；建筑运营的能耗为10亿tce，占全国能源消耗总量的21.7%；施工阶段的能耗为0.47，占全国能源消耗总量的1%.建筑材料生产中的能耗主要为生产钢铁(4.97亿tce)、铝材(2.78亿tce)和水泥(2.33亿tce)所用的能耗.运营阶段的能耗主要为城镇建筑的能耗，其中，城镇居民住宅和公共建筑所消耗的能耗相当.

图4 建筑各阶段能耗和碳排放量情况(2018年)

建筑全过程的碳排放量如图4(b)所示.建筑全过程的碳排放量为49.3亿 t CO2,占全国碳排放总量的51%.其中，建材生产和运输的碳排放量为27亿t CO2,占全国碳排放总量的28%；运营阶段的碳排放量为21亿t CO2，占全国碳排放总量的22%.建材生产时的碳排放量仍然集中在钢铁、水泥和铝材.对比图3可以发现，尽管水泥生产的能耗比铝材生产低，但是水泥生产的碳排放量明显比铝材生产高很多，这主要是由于水泥生产时碳酸钙受热分解会释放大量CO2所致.据报道，每生产1t普通硅酸盐水泥将释放约1t CO2[7].运营能耗主要集中在城镇居民建筑和公共建筑运营时消耗的能耗.

3 建筑业低碳发展的路径建议

3.1 政府建立健全约束和激励机制

3.1.1 健全约束机制

政府是建筑业实现低碳发展的核心责任主体，应联合住房与城乡建设部、工业与信息化部和生态环境部，统筹协调经济增长、城镇化率、建筑业发展和CO2排放之间的关系.分别从战略层、战术层、执行层和操作层依次建立建筑业低碳发展的法律体系.首先，在战略层面建立应对气候变化的法律，明确各地区应对气候变化的工作安排;其次，在战术层面完善降低建筑业碳排放的政策法规;第三，在执行层面颁布指导建筑业低碳发展的规章制度；最后，在操作层面制订评估建筑业低碳发展的标准，建筑低碳建设标准需注重强制性和自愿性相结合.

3.1.2 健全激励机制

相比传统建筑，低碳建筑初期会产生增量建设成本，但低碳建筑具有降低温室气体排放的环境效益，建议政府采用多元的补贴激励机制，促使建设单位、材料生产商和施工单位落实低碳建筑建设政策.一方面，可以对从事生产和使用低碳建材和设备的单位进行直接性的财政补贴资助；另一方面，也可以对取得特定低碳标识的建筑物给予贷款利率或税收的优惠.

3.2 建设者贯彻落实全生命周期低碳技术

建筑业发展涉及的链条长、环节多，因而低碳建筑发展理应贯穿于建筑材料的生产运输、施工建造、运营维护以及拆除等全生命周期内.

3.2.1 规划设计阶段

中国地域辽阔，城乡差异较大，应针对不同地域的资源状况和气候条件，因地制宜地建立健全当地的建筑标准体系，做好本地发展规划和技术路线.践行公园城市建设观，规划阶段逐步从“大拆大建”过渡到“改造修缮”，通过职住平衡、住宅产业化等方式降低社会通勤的碳排放量.

在项目设计阶段，充分利用价值工程原理全面优化项目设计，具体可采用适当增加建设投资，以实现大幅度降低碳排放量的目的.在设计阶段不但要考虑方案对成本的影响，还应考虑方案对项目全生命周期碳排放总量的优化，优先选用木质结构、装配式建筑等，优先采用高强度、高性能、耐久、耐腐蚀性以及抗老化的材料，延长建筑的使用寿命，降低构件更换频次，从源头上降低原材料的消耗.施工方提前介入项目的方案设计、技术设计和施工图设计阶段，充分运用建筑信息化(BIM)技术，实现协同多专业化设计，减少项目的错漏碰缺和减少施工阶段的返工浪费，以提高项目的可施工性.

3.2.2 材料生产运输阶段

目前，中国城镇化率每年增长约0.7%，年新增建筑面积约占全球新增建设面积的50%[8].新建建筑对材料的大量需求，导致因制备材料产生的碳排放量也大幅增加.对建筑材料(如钢材、水泥和玻璃等)生产所需的能耗和碳排放量应做统计和标识，并优选用低碳材料.

水泥生产的温室气体排放量高，可充分利用工业废料(如硅灰、粉煤灰和高炉矿渣等)替代水泥，减少水泥用量.坚持就近取材的原则，避免长距离运输材料.创新研究并全面推广新型固碳材料，水泥基材料的使用量大，固碳能力高(约为其质量的50%)，可实现永久封存二氧化碳的作用，开发零碳甚至负碳的新型建筑材料.

3.2.3 施工阶段

降低现浇施工的建设项目数量，全面推广工业化建筑.装配式建筑中预制构件的模块化和工业化生产能最大限度地降低碳排放量.采用恰当的安装工法和工艺，减少施工现场支模板和脚手架的使用.施工材料采用工厂预加工，可落实施工材料精准管理和精准下料，减少施工材料的损耗.加强施工材料和设备的进场、安装、使用、维护保养及拆除管理，以降低施工中的资源消耗.

3.2.4 运营阶段

我国既有建筑的存量较大，运营阶段的碳排放量高，因而加大既有建筑节能低碳改造十分重要.一方面，采用高性能的维护结构，降低供热需求，提升供热效率，可降低建筑物的间接碳排放量.另一方面，建筑终端用能电气化或使用可再生能源，可降低建筑的直接碳排放量.具体可推广煤改气或煤改电，推广电动炊具、电热水器，变频智能空调等，农村地区建议使用太阳能、风能和生物质能等清洁能源.

此外，创新发展低碳甚至零碳的集中供暖和建筑柔性用电技术，充分利用工业核电厂的预热,采用全电气化光、储、直、柔建筑用能系统.

3.2.5 拆除阶段

传统的建筑固体废弃物大多倾倒于垃圾填埋场，不但会侵占宝贵的土地资源，还会增加运输所产生的碳排放量.拆除建筑物时应通过拆解的方法，首先将仍满足要求的构件直接再次使用，然后将一些有价值的废弃物经资源化处理后再次用作建筑材料，如将废弃混凝土经破碎、筛分和清洗后制备成再生粗细骨料可用于取代天然骨料制备再生混凝土，这样既可以解决废弃物的处置问题，还可以解决骨料的来源问题，使建材的使用路径由传统的线性方式转变为闭环的方式，达到多次循环使用.

3.3 消费者

规范建筑建材的低碳标识是保障消费者购买到货真价实的低碳产品的前提，也是消费者持续接受低碳建筑建材良性循环的基础.通过低碳科普进社区、义务教育等方式普及低碳观念，提高消费者低碳消费的生活意识；倡导消费者主动购买低能耗、低碳的建材和建筑产品，践行低碳生产生活方式.

建筑业低碳高质量发展的路径建议框架图如图5所示.

图5 建筑业低碳发展路径框架图

4 结 论

“3060双碳”目标是我国应对全球气候变暖的重要举措.数据表明，我国建筑业的碳排放量约占全国碳排放总量的50%，在建筑的全寿命周期中，建材生产运输和建筑运营的碳排放量约占建筑业碳排放总量的98%,属于碳排放控制的关键阶段.近年来，建筑业的碳排放量仍存在稳步增长的趋势.面对建筑业的碳排放量基数大、涉及面广、减碳任务重以及潜力大的特点，降低建筑业的碳排放不能追求一蹴而就，需要循序渐进地系统推进，制定跨部门的协同、全链条、全周期的解决方案.政府部门需建立健全约束和激励机制；建设单位、设计单位、施工单位和材料制造商需在建筑的规划设计、材料生产、运输、施工、运营和拆除等全生命周期贯彻落实低碳技术；消费者应主动选择有低碳标识的建筑建材，自觉践行低碳生活方式.