双碳目标下成都市建筑减排路径研究

王珂 杨芯岩 张时聪

[摘  要]：城市在实现碳达峰、碳中和的过程中扮演着关键的角色。成都市作为公园城市首提地和示范区，有条件成为“碳中和”先锋城市。文章分析了影响成都市建筑运行阶段碳排放的主要因素及碳排放长期发展趋势，量化分析了成都市建筑部门相关减碳工作对实现“碳达峰、碳中和”目标的贡献率。结果表明：基准情景下，建筑部门碳排放将于2040年后进入平台期，峰值为1 615万t CO2。通过新建建筑能效提升、既有建筑低碳改造和建筑电气化等技术措施叠加，达峰时间可提前至2030年，峰值可降低至1 137万t CO2。由于四川省远电力排放因子低平均全国平均水平，建议将提升建筑能效与加快提升建筑电气化率作为成都市建筑领域节能减排的主要技术措施。

[关键词]：碳达峰; 碳中和; 建筑; 公园城市

TU201.5A

2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重承诺，中国二氧化碳排放力争于2030年前达峰，努力争取2060年前实现碳中和。建筑领域的能源消耗是造成温室气体排放的重要因素之一，在“3060”双碳目标提出后，许多研究者探讨了建筑部门的减碳技术措施。清华大学建筑节能中心提出了我国建筑领域能耗与碳排放的界定与核算方法和实现碳中和的技术路径[1-2]。中国建筑节能协会能耗统计专委会测算了建筑运行阶段的碳排放趋势，提出了十四五建筑碳排放25亿t CO2总量控制的目标建议[3]。徐伟等[4]提出了我国建筑部门碳达峰和碳中和战略的目标与实现路径。张时聪等[5]建立了基于LEAP框架分析的建筑运行碳排放长期预测模型，建议将2030年实现碳达峰，峰值为27～28亿t CO2作为碳排放控制目标。

城市是现代经济和社会活动的重要载体，是能源消费和二氧化碳排放的主要来源。龙惟定等[6]对我国城市建筑的碳排放作了测算，提出在控制规模、供暖系统电气化和提升效率、实现能耗限额等基础上，峰值比基础情景可降低50%。张时聪等[7]研究了建筑节能和电网清洁化对城镇建筑碳中和的贡献率，以2060城市建筑碳中和为目标，城镇中建筑物能效提升对碳中和的贡献率为50.1%，建筑电气化以及绿电贡献率为49.9%。

公园城市是碳中和背景下城市建设过程中的一个必然结果[8]，从建筑部门来讲，公园城市的核心是减少温室气体排放、更有效地利用资源、保护生物多样性和自然环境3个目标与低碳绿色建筑发展的整合。成都市作为公园城市首提地和国家批准的低碳试点城市之一，近年来在开展降碳行动等方面先行先试，取得突出成效。

本文以成都市建筑运行能耗和碳排放为研究对象，首先对影响建筑运行阶段碳排放的关键因素进行分析预测，结合适宜夏热冬冷地区的低碳建筑技术发展，从更高建筑节能目标入手，采用情景分析预测法寻求降低建筑碳排放的技术措施。

1 研究方法与工具

本文提出的计算模型旨在科学合理地预测成都市建筑运行碳排放发展趋势，结合碳达峰、碳中和目标，量化建筑节能减排效果，并提出对应的技术措施（图 1）。建筑类型包含公共建筑、城镇居住建筑和农村居住建筑，建筑类别又分为新建建筑与既有建筑。能耗和碳排放计算范围包括建筑物内为居住者或使用者提供暖通空调、照明、生活热水、各类电器和炊事等建筑功能使用带来的能耗和碳排放。

建筑运行过程中的直接（煤、油、天然气）和间接（电力、热力）消费的能源排放之和，可根据建筑领域消费的各类能源与碳排放因子计算得到式（1）。

Cbuilding=∑ECjFj（1）

式中：Cbuilding为建筑领域碳排放量，kgCO2;EC为分类能源消费量，kgce;F为碳排放因子 ，kgCO2/kgce 。

其中能源消费需求可以根据能源活动强度与建筑面积计算得到式（2）。

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

式中：ECjz为建筑能源消费量;eijm为建筑用煤能耗强度;eijd为建筑用电能耗强度;eijg为建筑用其他能耗强度;e代表建筑用能强度;A为建筑面积;（i=城镇居住建筑，农村居住建筑，公共建筑;j=新建，既有）。

2 建筑碳排放影响因素分析与基准情景预测

2.1 关键因素分析

根据国内外学者大量研究，表明建筑运行阶段碳排放总量与人口总量及分布、建筑面積、城镇化率和建筑用能相关[4， 9-12]。本节对影响我国建筑领域能耗和碳排放的关键因素进行分析。

2.1.1 人口与城镇化率

第七次人口普查结果表明，成都市常住人口2093.78万人，与2010年相比，增长了38.49%，年平均增速达到3.31%。成都市的城镇化水平较高，已经从2000年的53.72%上升到了2019年的74.41%。根据世界整体及各国家城镇化率增长规律，预计成都未来城镇化率将达到90%，与发达国家持平（图2）。

2.1.2 建筑面积

采用人均建筑面积与人口相乘测算得到“十三五”末成都市建筑面积约11.3亿m2左右，总体将在未来较长一段时间内保持增长态势[13]。本文按人均建筑面积线性增长趋势[14]对建筑面积进行预测（成都市2060年人均住宅建筑面积约为50 m2/人，公共建筑约为18 m2/人，农村人均住宅建筑面积维持不变52 m2/人）。结果表明，成都市建筑总量将在2050年前后达到峰值，12.8亿m2，并稳中有降，2060年成都市建筑总量约为12.4亿m2（图3）。

2.1.3 建筑用能强度与用能结构

夏热冬冷地区城镇居住建筑能耗强度的增长主要是由于生活热水、空调、南方采暖、家电等用能需求的增长。对于公共建筑，能耗强度受建筑类型的影响超过气候区的影响，2001—2018年我国公共建筑能耗强度从17.2 kgce/m2上升到26 kgce/m2，呈现逐年上升趋势。农村商品能耗强度快速增长，2019年相比2001年上涨了一倍。本文对既有研究中夏热冬冷地区各项用能数据进行分析梳理后，结合历史发展趋势，经济发展水平，已有研究成果，国际发展经验等多个因素与限定条件，进而对对未来趋势进行阐述，具体设定见表1。

城乡规划与环境建设王珂， 杨芯岩， 张时聪： 双碳目标下成都市建筑减排路径研究

2.2 基准情景碳排放发展趋势

图4为基准情景下成都市建筑部门碳排放发展趋势。由于建筑面积和用能强度的增长，建筑部门碳排放持续增长至2040年后进入平台期，峰值为1 615万t CO2。不同于全国建筑部门总体运行碳排放先大幅上升再缓慢下降的趋势，成都市建筑碳排放逐年上升后呈平稳发展态势。这主要是由于全国平均电网清洁度和建筑电气化率存在较大提升空间，在电力排放因子平稳下降的背景下，我国建筑部门运行碳排放2040年后会缓慢下降[3-5]。而四川极低的电力排放因子减缓了建筑碳排放上行压力，因此基准情景下碳排放下降空间较小。

3 成都市建筑部门减排潜力与展望

3.1 技术措施与情景设置

自碳中和目标提出后，中央文件陆续发布。“节能增效”被放在实现碳中和目标的突出位置，从建筑部门来看，各项中央文件均提出了城乡建设领域实现双碳目标的重点任务，主要包括提升建筑节能标准、推进城镇既有建筑改造、深化可再生能源应用与能源结构[17]。2021年12月24日，四川省住房和城乡建设厅在党组（扩大）会议上提出要大力推动建筑领域“双碳”工作，加快编制《四川省城乡建设领域碳达峰行动方案》[18]。成都市委十三届十次全会审议通过《中共成都市委关于以实现碳达峰碳中和目标为引领优化空间产业交通能源结构促进城市绿色低碳发展的决定》[19]，《决定》指出，建筑领域要提高建筑能效水平，优化用能结构，推动节能改造全面融入城市有机更新。

基于上述各项政策文件提出的发展方向，本研究综合考虑成都市气候区划、用能形式以及低碳/零碳建筑技术基础与发展趋势，设置了4个技术情景进行逐级叠加，具体分析与设置见表2。

（1）S1新建建筑能效提升。2019年国家标准GB/51350-2019《近零能耗建筑技术标准》[20]颁布， 2020年11月1日，DBJ51/T 149-2020《四川省被动式超低能耗建筑技术标準》[21]正式实施。夏热冬冷地区超低/近零能耗建筑技术日趋成熟。因此，可于十四五末、十五五末和十六五末对新建建筑强制性节能标准进行3次提升，分别达到超低、近零、零能效水平。

（2）S2既有建筑低碳改造。虽然各气候区节能建筑已超过城市建筑占比50%以上[5]，但仍有大量建筑具有节能低碳改造潜力。未来，建筑行业将由大规模建设开始向翻新改造过渡，假设成都市每年对既有建筑总量的1% （具有改造价值）进行深度改造，达到超低/近零能耗建筑标准。

（3）S3农村可再生能源大比例应用。农村地区丰富的可再生资源，如太阳能、生物质能等清洁能源[22]。在农村地区大规模推广可再生能源利用，截至2060年可累计安装光伏发电300万kW，（对应1亿m2建筑面积，0.33亿m2屋顶面积）。

（4）S4建筑终端用能电气化。从发电结构来看，四川省水力发电占比84.13%[23]，2019年省级电力碳排放因子为0.12 kgCO2/kWh[24]，电网清洁程度远高于全国平均水平0.577 kgCO2/kWh。因此，提升建筑用能电气化对降低碳排放有较大潜力。到2060年，建筑部门电气化至90%以上。

3.2 减排潜力分析

图5给出各技术情景对建筑部门碳排放的影响。通过叠加多个技术措施，建筑部门运行碳排放将于2030年进入平台期，峰值为1 137万t CO2，较基准情景达峰时间提前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对碳中和的贡献率分别为21.42%和12.99%。由于四川省极低的电力排放因子，建筑电气化对碳中和的贡献率较高，为26.9%。同时，农村建筑光伏发电装机对减少能源消耗有重要意义，但在减排中的贡献率较低，主要是因为夏热冬冷地区本身较高的建筑电气化率、极低的电力排放因子以及成都市较高的城镇化率导致的农村建筑装机面积较小。城市地区建筑光伏发电技术已涵盖在超低/近零/零能耗建筑的规模化推广中，因此未单独核算。

4 结论与建议

本文综合考虑人口发展、城镇化率、建筑存量、建筑用能强度、能源结构调整等因素，分析了成都市建筑部门碳排放发展趋势，量化分析了适用于成都市建筑部门减碳工作对双碳目标的贡献率。主要结论：

（1）基准情景下，成都市建筑运行碳排放于2040年左右达峰，峰值为1 615万t CO2。由于四川省电网碳排放因子为0.12 kgCO2/kWh，远低于全国平均0.577 kgCO2/kWh，达峰后碳排放下降空间较小。

（2）通过新建建筑能效提升、既有建筑低碳改造和建筑电气化等技术措施叠加，达峰时间可提前至2030年，峰值为1 137万t CO2。建筑节能减排措施对碳中和的贡献率为64%，剩余需由电网深度脱碳和CCUS技术贡献。

（3） 结合成都市建筑未来碳排放水平及四川省电网清洁度，建议成都市建筑部门应以提升建筑能效和加速提升建筑电气化率为主要技术措施，制定建筑应对双碳目标的重点任务。

参考文献

[1] 江亿， 胡姗. 中国建筑部门实现碳中和的路径 [J]，暖通空调，2021， 51 （5）： 1-13.

[2] 胡姗， 张洋， 燕达， 等. 中国建筑领域能耗与碳排放的界定与核算. [J]，建筑科学，2020， 36 （S2）： 288-297.

[3] 中国建筑节能协会. 中国建筑能耗研究报告2020 [J]，建筑节能（中英文），2021， 49 （2）： 1-6.

[4] 徐伟， 倪江波， 孙德宇， 等. 我国建筑碳达峰与碳中和目标分解与路径辨析. [J]，建筑科学，2021，37 .

[5] 张时聪， 王珂， 杨芯岩， 等. 建筑部门碳达峰碳中和排放控制目标研究. [J]，建筑科学，2021， 37： 189-198.

[6] 龍惟定， 梁浩. 我国城市建筑碳达峰与碳中和路径探讨. [J]，暖通空调，2021， 51 （4）： 1-17.

[7] SHICONG ZHANG， XINYAN YANG， WEI XU， et al. Contribution of nearly-zero energy buildings standards enforcement to achieve carbon neutral in urban area by 2060-ScienceDirect. [J]. Advances in Climate Change Research，2021.

[8] 成都市发改委. 成都：公园城市是迈向碳中和的关键一步 [J].财经界，2021 （34）： 16-18.

[9] 彭琛， 江亿， 秦佑国. 低碳建筑和低碳城市[M]. 北京： 中国环境出版社， 2018.

[10] Z. NAN， D. FRIDLEY， N. Z. KHANNA， et al. China's energy and emissions outlook to 2050： Perspectives from bottom-up energy end-use model. [J]，Energy Policy，2013， 53.

[11] ZHOU NAN， KHANNA KHANNA， FENG WEI， et al. Scenarios of energy efficiency and CO2 emissions reduction potential in the buildings sector in China to year 2050. [J]，Nature Energy，2018， 3.

[12] YANG TAO， PAN YIQUN， YANG YIKUN， et al. CO2 emissions in China's building sector through 2050： A scenario analysis based on a bottom-up model. [J]，Energy，2017， 128： 208-223.

[13] 梁译. 以成都市为例谈城镇住房建筑面积预测. [J]，山西建筑，2022， 48 （1）： 183-185.

[14] XINYAN YANG， SHICONG ZHANG， WEI XU. Impact of zero energy buildings on medium-to-long term building energy consumption in China. [J]，Energy Policy，2019， 129： 574-586.

[15] 清华大学建筑节能研究中心. 中国建筑节能年度发展研究报告[M]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2020.

[16] 成都市统计局. 成都市统计年鉴[M]. 2020.

[17] 中共中央办公厅. 关于推动城乡建设绿色发展的意见[EB//OL]. 2021 [2021-http：//www.gov.cn/zhengce/2021-10/21/content_5644083.htm.

[18] 四川省住房和城乡建设厅. 住房城乡建设厅召开党组（扩大）会议传达学习省委经济工作会议精神 2021[EB//OL]. [2022-http：//jst.sc.gov.cn/scjst/c101447/2021/12/27/a437967c328a4b5cbe2e3f84c41c663a.shtml.

[19] 成都市人民政府. 成都市委十三届十次全会[EB//OL]. 2022 [2022-http：//www.chengdu.gov.cn/guestweb4/s？searchWord=%E5%B8%82%E5%A7%94%E5%8D%81%E4%B8%89%E5%B1%8A%E5%8D%81%E6%AC%A1%E5%85%A8%E4%BC%9A&wordPlace=0&orderBy=0&startTime=&endTime=&pageSize=10&pageNum=0&timeStamp=0&siteCode=5101000028&sonSiteCode=5101000028&checkHandle=0&strFileType=&govWorkBean=%257B%257D&sonSiteCode=5101000028.

[20] 住房和城乡建设部. GB/T 51350-2019： 近零能耗建筑技术标准[S] 2019.

[21] 四川省住房和城乡建设厅.DBJ51/T149-2020 四川省被动式超低能耗建筑技术标准 [S]. 2020.

[22] 江亿. 光储直柔——助力实现零碳电力的新型建筑配电系统[J].暖通空调，2021， 51 （10）.

[23] 2020年四川省发电量及发电结构统计分析 华经情报网[EB//OL]. 2021 [2022-https：//www.huaon.com/channel/distdata/694297.html.

[24] 中国建筑碳排放可视化平台 中国建筑节能协会建筑能耗与碳排放数据专委会[OL].2021 [2021-http：//www.cbeed.cn/#/screen.