建筑行業碳中和挑戰與實現路徑探討

林波榮

2020年9月22日，習近平主席在聯合國大會上提出，中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。當前我國建筑行業運行碳排放（含直接碳排放和間接碳排放）約為21億噸二氧化碳，占全國總量的20%左右。建筑行業如何快速實現碳排放達峰并實現深度減排，不影響人居環境品質的改善和人民群眾的幸福感和獲得感，是我國應對氣候變化目標中的重要議題。為此，本文對建筑行業實現碳中和面臨的相關挑戰和可能的實現路徑進行討論和分析。

一、明確建筑行業碳排放定義和內涵

建筑行業的碳排放可以分為直接碳排放和間接碳排放，前者指的是在建筑行業發生的化石燃料燃燒過程中導致的二氧化碳排放，主要包括建筑內的直接供暖、炊事、生活熱水、醫院或酒店蒸汽等導致的燃料排放;后者指外界輸入建筑的電力、熱力包含的碳排放。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）體系下，一般將直接碳排放的部門劃分為工業、電力、建筑和交通四個行業。這種語境下的建筑行業碳排放一般只包含直接碳排放。而我國大部分研究和討論中涉及的碳排放則包括了直接與間接碳排放，甚至部分研究和討論中還涉及了建材（如鋼鐵、水泥、玻璃等）在生產過程中產生的碳排放。在IPCC體系下，這部分排放應該算在工業領域，但排放量的多少和未來房屋建設發展趨勢直接相關。此外，建筑運行階段使用制冷產品，由于可能產生制冷劑泄露，也會產生非二氧化碳溫室氣體排放，因此未來非二氧化碳的排放控制也會逐漸成為減排重點。只有明確了統一的建筑行業碳排放語境和定義，才可能討論形成統一的行業碳減排實現路徑。

二、把握我國建筑行業碳排放趨勢和特點

從全球看，建筑行業運行用能導致的碳排放占比28%，全球建筑相關用能碳排放占比40%（包含建筑建造）。以2017年為例，中國和美國建筑運行用能相關的碳排放占比分別是20%和36%。根據發達國家經驗，伴隨我國城鎮化和經濟水平的不斷提升，建筑行業的運行碳排放比重越來越大。

根據《中國建筑節能年度發展研究報告2020》，我國建筑碳排放總量整體呈現出持續增長趨勢， 2019年達到約21億噸，占總碳排放的21%（其中直接碳排放約占總碳排放的13%）， 較2000年6.68億噸增長了約3.14倍，年均增長6.96%。如圖1所示，其中北方供暖約排放5.5億噸CO2（排放強度約37kgCO2/m2），城鎮住宅（除北方采暖）約4.4億 噸CO2（排放強度約18kgCO2/m2），公共建筑（除北方采暖）約6.5億 噸CO2（排放強度約51 kgCO2/m2），農村住宅商品能碳排放約5.5億 噸CO2（排放強度約24kgCO2/m2）。若考慮建筑相關行業（包括建材生產、運輸和工藝過程）碳排放，碳排放比例已超過35%，如圖2所示。

初步研究表明，對于我國建筑行業的總碳排放（直接+間接），其達峰時間很大程度上取決于電力系統碳排放達峰時間，并且建筑行業的碳排放達峰必然先于電力系統碳排放達峰時間。隨著電力系統的零碳化，間接排放量隨之減為0，能否實現碳中和目標取決于直接碳排放的情況。

三、建筑行業碳中和路徑的幾個判斷

1.全面電氣化是趨勢

建筑行業用能全面電氣化是降低直接碳排放的關鍵。這里面主要處理好非集中采暖地區建筑供暖、炊事、生活熱水和特殊建筑蒸汽用能的全電氣化問題。

建筑供暖導致的直接碳排放部分主要是指長江中下游地區的城鎮居民供暖或者是部分公共建筑的供暖。公共建筑的供暖，基本上可以通過采用高效空氣源熱泵或地源水源熱泵解決。關鍵在于長江流域（夏熱冬冷地區）住宅和小型辦公室、學校建筑的供暖。未來的碳排放增長趨勢，取決于這一地區選用什么途徑解決：如果以家用熱泵空調為主，那么直接碳排放量不會持續增長;如果改用燃氣鍋爐或者照搬北方地區的采暖方式，則會帶來化石燃料需求的大幅度上升。國家重點研發計劃成果和市場上很多廠家產品應用表明，目前已經有足夠成熟的空調產品，解決了氣流組織、除霜等問題，能夠滿足居民冬季室內供暖和舒適需求，且全年空調供暖能耗低于30kWh/平米·年。如果未來繼續在這方面進行技術創新和推廣，不刻意引導居民采用壁掛爐或者大規模興建集中供暖設施，長江流域住宅供暖直接碳排放不會持續增加。

我國城鎮炊事的發展需求已基本穩定，隨著炊事電氣化率的提升，炊事領域的化石燃料需求已經呈現下降趨勢，這與歐洲趨勢基本一致。炊事領域要實現碳中和，主要考慮如何改變居民長期以來“無火不成灶，無灶不成廚，無廚不成家”的明火烹飪習慣，推進全電氣化爐灶技術創新，實現零排放。目前市場上已經出現一些智能變頻電氣灶，做菜效率高、速度快、方便快捷，完全可以擔當起廚房主流灶具的大任，關鍵是以后要依靠政策標準加以推進。

城鎮生活熱水方面，總體來看需求還在增長，但是燃氣熱水器的占比已呈現下降趨勢，越來越多的家庭傾向選用電熱水器和電動熱泵熱水器。熱泵熱水器具有高效節能的特點，制造相同的熱水量是一般電熱水器的4-6倍，其年平均熱效比是電加熱的4倍，能源利用效率高。

對于醫院、酒店的蒸汽等特殊用途，可以考慮通過電驅動熱泵或者采用直接電熱來替代分散的和集中的燃氣鍋爐。實踐表明，即使采用分散的電熱方式制取熱水或蒸汽，由于減少了輸送過程中的熱損失，其能耗也低于集中的燃氣鍋爐（按照1m3天然氣折合5kWh電力計算）。

2.標準政策提升是關鍵

無論是建筑行業直接碳排放還是間接碳排放，通過提升節能減排標準來合理引導用能方式、降低用能需求，或者通過政策設計加快高效減碳技術產品的推廣，都是實現建筑行業綜合碳減排、實現碳中和的關鍵。2018年，我國建筑運行用電量為1.7萬億kWh;未來如果認真推進建筑節能，耗電量可以控制在3.5萬億kWh左右;如果不控制用電量，則可能增長到約5萬億kWh。這部分碳排放什么時候達峰，取決于用電量增長和電力碳排放因子下降的相對速度。

如前所述，我國完全可以在長江流域居民供暖、炊事和生活熱水方面推行全面電氣化，關鍵是標準和政策的提升。為此，需要建立完備的低碳、碳中和導向下的建筑節能和綠色建筑標準體系，實現各氣候區、各類型全過程全覆蓋，合理降低用能需求。

此外，我國農村地區要滿足采暖、炊事以及生活熱水需求，目前主要還在采用傳統的生物質和散煤。如果農村地區不再推廣“煤改氣”，而是發展煤改可再生能源，那么這部分碳排放可以進一步降低。事實上，我國農村地區具有大量的可再生零碳能源：一是農村具有足夠的空間，可以大規模發展光伏電力;二是農村具有充足的生物質資源，通過一定的加工后可以被高效清潔地利用。這兩類能源目前也都有成熟的技術，關鍵是需要通過標準和政策進行合理替代和引導推廣，甚至可能率先實現零碳村鎮的示范建設。

3.技術創新是根本

建筑用能全面電氣化只是把13%的直接碳排放轉移到電力行業。要實現2060年碳中和，仍需技術創新解決熱力間接碳排放和電力間接碳排放問題。

首先，需要通過技術創新，大力發展新型低碳北方供暖系統，包括充分利用核電、火電、工業生產余熱，區域聯網、集中供熱，解決70%～80%的北方地區供暖需求。由于工業余熱產地與需要供熱的建筑地理位置的不匹配，工業余熱生產變化與建筑供熱需求的變化不一致，如何保證供熱可靠保民生，都需要技術創新。可能的解決方案是，開發跨區域聯網，多熱源聯合供熱，末端燃氣調峰新技術。目前推進大溫差大容量區域聯網供熱技術已經在多個地區實現，其實現成本低于燃氣供熱新模式的推廣。

其次，我國黃渤海周邊地區傳統上屬嚴重缺水區，單獨依靠南水北調、引黃濟冀等工程不能完全解決缺水問題。而沿海地區有大量的核電站、火電站和鋼鐵企業，每年排放1.5億kW熱量。在我國北方東部沿海長達1500公里的海岸線上，目前已建成裝機容量為8000萬千瓦的核電和火電。根據規劃，未來將建成約1億千瓦的核電和調峰火電。如果全部按照水熱聯供技術創新的方式回收這些電廠的發電余熱，則可形成1.2億千瓦的供熱能力和日產淡水2246萬噸/日的海水淡化能力，實現零能耗海水淡化。同時單管送熱水到沿海核電和火電廠150公里半徑區域，實現“水熱同送”，在周邊城市入口實現“水熱分離”，同時為城市提供淡水和供熱熱源。

第三，建筑領域除集中供暖之外的用能降低和實現碳中和，更需要技術創新。首先，由于建筑設計是引導建筑用能行為的關鍵，為此需要通過技術創新，推動以建筑設計為主導的技術方法創新，推進空間節能和設備系統節能的融合，大幅降低供暖、空調、照明、電梯等用能需求，促進部分時間、部分空間的低碳用能理念落實。其次，需要開發高性能圍護結構新材料和新產品，同時根據各地氣候特點確定不同圍護結構優化方向，打造適應氣候的建筑，合理降低用能需求。再次，要基于“部分時間、部分空間”的室內環境營造和用能方式，營造低碳健康的室內環境空間，為此需要研發新型圍護結構和環境控制系統一體化新技術新產品，實現空間可變、環境可調，落實機制用能的個性化、自然化、健康化，以推進供暖、空調、照明、通風系統和建筑相關產品的全面變革，為建筑用能低碳化和碳中和作出貢獻。