我国建筑领域用能和碳排放现状研究

王洪贵

（安徽省医药设计院，安徽 合肥 230022）

0 引言

实施建筑综合能耗和碳排放控制是控制综合能耗、达到碳排放峰值的重要环节。建筑能耗和碳排放的统计体系无法直接从有关部门或统计年鉴中获得，相关数据分散在不同的部门，并且不同部门各自数据的统计口径、统计规律、输出时间不尽相同，数据分散、不系统。本研究在分析我国建筑业总能耗和碳排放量测量方法现状的基础上，开发了一种更为优化的建筑业总能耗和碳排放量测量方法，提出建筑能源和碳排放的优化对策。

1 我国建筑总能耗和碳排放量测算方法概述

1.1 我国建筑业总能耗计算方法概述

目前，建筑总能耗的计算方法主要有基于统计体系的计算方法、基于终端能耗模型的计算方法和基于统计年鉴的分配方法。其中，住建部科技发展与产业化中心根据民用建筑能耗统计体系采集数据，得出该分段的能耗强度，进而测算出各建筑的能耗。其中，中国建筑能耗模型是通过考察不同气候区不同建筑类型的空调、炊具、照明、家用电器、热水等服务设施的最终能耗来评估建筑的能耗；能源研究所、国家发改委和中国建筑节能协会采用中国能源平衡表拆分方法，结合能源消耗基于工业、建筑和交通的实际能源消耗进行统计，得到能耗统计。

综合评价和分析以上计算方法，基于统计系统的方法，统计范围广，数据连续性好，适用于比较不同地区不同建筑的能耗和节能潜力，但质量不高。统计量还需进一步完善；基于能耗模型，该方法考虑了不同气候区和不同区域的能源消耗规律，适用于估算建筑节能潜力，但是该方法需要大量数据，部分指标难以获取，样本可能与所有样本不同，大规模研究成本高，人力、物力、财力难以实施；上述两种不同统计观测方法中基于能量平衡“自下而上”分布的方法是一种“自上而下”的方法，可以轻量级、权威性且易于获取。地区的建筑能耗代表其与交通部门的交集，目前不同机构的分配方式不统一，计算结果也不尽相同[1]。图1 为我国建筑运行能源消费占比（2010—2017 年）。

图1 我国建筑运行能源消费占比（2010—2017 年）

1.2 我国建筑业碳排放测量方法概述

从国内外能源消耗中提取碳的方法主要有三种：排放因子法、质量平衡法和实际测量法。排放因子法利用活动数据和排放系数，根据碳排放清单生成各排放源的活动数据和排放系数，估算排放项目的碳排放量；质量平衡法假设燃料中的碳100%被燃烧，碳排放量使用化学方程式计算；实际测量法是基于在排放源处测量的基本数据和相关碳排放量汇总的结果。综合评估分析上述计算方法，排放因子法本身简单、易懂、比较先进、应用广泛，适合对社会经济排放相对稳定的排放源进行宏观分析；质量平衡法的优点是可以绘制CO2排放的实际排放量图，但对方法的认识不统一，实际工作方法不同，行业没有共识；实际测量方法互连少，已处理结果，但数据难以获得，需要大量投资，适合显微分析[2]。图2 为中国建筑运行相关二氧化碳排放量（2011—2020 年）。

图2 中国建筑运行相关二氧化碳排放量(2011—2020 年)

2 测量我国建筑能耗和碳排放总量的方法建构

2.1 我国建筑能耗计量方法的建构

为优化现有计量方法，综合考虑现有计量方法的优缺点，本研究开发了城乡发展“自上而下”与“自下而上”相结合的多通道建筑能耗计量方法，综合电力统计年鉴、中国能源大数据报告、中国天然气发展报告等数据与信息相结合的结构。根据我国建筑能耗的具体情况，建筑能耗分为城市住宅能源（无集中供热）、公共建筑能源（无集中供热）、农村住宅能源和集中供热能源四类。我国建筑能耗计算以民用建筑能耗统计报表系统为主网，采用不同能耗四个分项的总能耗来检验数据的可靠性，其他统计年鉴中的类型用于验证。最重要的建筑能源类型是电力、天然气、液化气、人工煤气等，我国建筑业能源消耗和碳排放现状研究表面，由于我国能源统计遵循“法人统计”原则，要根据不同的能耗进行分类处理。图3 为建筑能耗测算模型。

图3 建筑能耗测算模型

2.2 我国建筑业碳排放量测算的建构

目前，建筑业碳排放量计算中建筑碳排放量的限值尚不明确，本研究采用以下处理方法：①建筑碳排放量与建筑排放量特别相关，《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366—2019）提出，建筑碳排放量应计算为建筑材料生产、运输、运营、施工、拆除等全生命周期的碳排放量。但许多研究表明，它主要指建筑运行中的碳排放。②将电和热与间接碳排放量的测量联系起来。工业研究侧重于直接碳排放和间接碳排放。对于集中供暖是否应直接或间接与碳排放挂钩，目前尚无共识。在这项研究中，电力和热力用于关联间接碳排放。③热电联产分配方式与能源部门相同，《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366—2019）明确规定了建筑采暖系统热电联产的热电分配方法，但与能源的计算方法不一致[3]。

3 碳中和的路径分析

3.1 基于提高建筑能效标准的路径

自20 世纪70 年代后期以来，经过30 多年的努力，中国的建筑节能已经走过了5 个时代。从节能30%到节能90%以上，建筑节能标准的不断提高可视为行业发展的必然趋势。据我国住房分布分析统计，我国90%以上的住房是1980 年后建成的，一半是2000 年后建成的。根据当时制定的标准，不同建筑的节能效果应该有显著差异，特别是节能设计标准的重点之一是提高建筑围护结构的性能以减少热耗，建成住宅的供热和供暖需求之间的差异可能超过3 倍。

因此，对既有建筑进行建筑修复和改造是一个紧迫的问题，我国对建筑节能的需求不断增长，同时，我国按照国际标准建立了具有中国特色、符合中国国情的绿色建筑评价标准体系。2019 年发布的新版《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2019）对推动国家高质量绿色建筑的发展起到了重要的推动作用。我国已经是世界上最大规模的绿色建筑国家，截至2018 年底，全国绿色建筑评价超过10000 个，代表建筑空间超过10 亿RR。接下来我国将能够加快近零能耗建筑、被动房和零能耗建筑的规模化建设，进一步降低规模化建设的能耗，实现碳中和。图4 为建筑节能经历的5 个时代。

图4 建筑节能的五个时代

3.2 通过调节能源消耗的方式减少碳排放

直接减少碳排放，主要是通过减少使用不同类型的化石燃烧。目前，我国建筑直接碳排放总量约为6 亿t。主要排放源是：农村和郊区煤炭供暖、医院、商业和公共建筑中使用的燃气蒸汽和热水锅炉等，这些活动主要使用天然气发电。事实上，燃气也会排放碳。只有引入“气改电”，才能实现建筑零碳排放，比如，做饭时用电灶代替燃气灶；热泵热水器和电热水器正在取代燃气热水器；热泵取代燃气热水器；拆下中央蒸汽系统，换上分散式蒸汽系统。如果必须使用蒸汽，可以将大型电动蒸汽发生器更换为较小的蒸汽发生器。在政策和机制上，直接实现建筑零碳排放的最重要途径应该是广泛推广“气改电”，加大宣传力度，加快人们观念的转变[4]。

除了直接的碳排放外，建筑物供电和供热的间接碳排放构成了建筑物碳排放的很大一部分。减少那部分碳排放，进一步实现零碳或碳中和，是减少建筑排放、实现碳排放的关键，也是中和的主要任务。为此，有必要改变发电和热能的方式，以在发电和热能的产生中实现碳零排放或化碳中和。核能、水电、风能、光伏和生物质热能都代表着零碳能源，当这些能源成为我国的主要能源时，只会使用少量的煤气作为添加剂，然后将一些碳储存起来，回收燃煤电厂碳排放的技术可以实现发电的碳中和。江亿院士在2021 成都绿色建筑大会“建筑业实现碳中和的途径”报告中提出，“光储直柔”的建筑是发展零碳能源的重要支柱。根据国家的自然条件，为了在我国大比例的风电和光伏建筑发展中实现未来建筑业的气候中和，有必要加快发展建筑物和建筑物表面的光伏发电，实现建筑可再生能源灵活消纳的关键是灵活用电，即“光储直柔”。

3.3 减少建筑建造和维修中使用的建筑材料的碳排放

目前，我国城乡建筑面积超过600 亿m2，还有超过100 亿m2在建。建成后，我国人均建设指数将超过日本、韩国、新加坡这亚洲3 个发达国家目前的水平。接近法国、意大利等欧洲国家的水平。总体而言，住房存量并不短缺。目前，城镇住房和公共建筑竣工面积保持在每年3 亿～40 亿m2，但每年拆迁建筑面积约20 亿m2。这表明中国的住房建设已经从增加住房建设转向紧缩需求，拆除旧建筑并建造新建筑以提高建筑生产力和性能。“大拆大建”已成为建筑业的主要经营模式，拆建工作的继续，将导致对钢材和建材的需求旺盛，钢材和建材的产量将不断增加，导致碳排放量难以减少。因此，将现有建筑修缮改造模式进行大拆大改，从大规模建设到维修改造，将大大减少建筑材料的消耗，从而减少建筑材料生产过程中的碳排放。建筑业要从建造新房转向修旧房，这种转变将显著降低房屋建设中对钢铁和水泥等建筑材料的高需求，从而减少生产，推动产业升级。

4 结语

为了在2060 年实现建筑业的碳中和，必须进行能源转型，即从以化石为基础的碳能源系统向以可再生能源为基础的零碳能源系统转型。能源结构的变化将导致能源转换、传输和维持方式的变化，以及能源端到端使用方式的根本变化。对于建筑业来说，要摒弃之前积极推广的一些以煤改气、热电冷联供等方式作为主要能源载体的模式。加强对零碳能源系统发展中的关键问题的研究，如发展光伏应用，节能减排，创造灵活用电等，在零碳能源系统的情况下，建筑物的性能从清洁能源的使用到能源消耗、生产能力和能源储存各不相同，这将促进未来建筑物的建造、运营和维护发生重大转变。