雙碳目標下成都市建筑減排路徑研究

王珂 楊芯巖 張時聰

[摘? 要]：城市在實現碳達峰、碳中和的過程中扮演著關鍵的角色。成都市作為公園城市首提地和示范區，有條件成為“碳中和”先鋒城市。文章分析了影響成都市建筑運行階段碳排放的主要因素及碳排放長期發展趨勢，量化分析了成都市建筑部門相關減碳工作對實現“碳達峰、碳中和”目標的貢獻率。結果表明：基準情景下，建筑部門碳排放將于2040年后進入平臺期，峰值為1 615萬t CO2。通過新建建筑能效提升、既有建筑低碳改造和建筑電氣化等技術措施疊加，達峰時間可提前至2030年，峰值可降低至1 137萬t CO2。由于四川省遠電力排放因子低平均全國平均水平，建議將提升建筑能效與加快提升建筑電氣化率作為成都市建筑領域節能減排的主要技術措施。

[關鍵詞]：碳達峰; 碳中和; 建筑; 公園城市

TU201.5A

2020年9月，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上鄭重承諾，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達峰，努力爭取2060年前實現碳中和。建筑領域的能源消耗是造成溫室氣體排放的重要因素之一，在“3060”雙碳目標提出后，許多研究者探討了建筑部門的減碳技術措施。清華大學建筑節能中心提出了我國建筑領域能耗與碳排放的界定與核算方法和實現碳中和的技術路徑[1-2]。中國建筑節能協會能耗統計專委會測算了建筑運行階段的碳排放趨勢，提出了十四五建筑碳排放25億t CO2總量控制的目標建議[3]。徐偉等[4]提出了我國建筑部門碳達峰和碳中和戰略的目標與實現路徑。張時聰等[5]建立了基于LEAP框架分析的建筑運行碳排放長期預測模型，建議將2030年實現碳達峰，峰值為27～28億t CO2作為碳排放控制目標。

城市是現代經濟和社會活動的重要載體，是能源消費和二氧化碳排放的主要來源。龍惟定等[6]對我國城市建筑的碳排放作了測算，提出在控制規模、供暖系統電氣化和提升效率、實現能耗限額等基礎上，峰值比基礎情景可降低50%。張時聰等[7]研究了建筑節能和電網清潔化對城鎮建筑碳中和的貢獻率，以2060城市建筑碳中和為目標，城鎮中建筑物能效提升對碳中和的貢獻率為50.1%，建筑電氣化以及綠電貢獻率為49.9%。

公園城市是碳中和背景下城市建設過程中的一個必然結果[8]，從建筑部門來講，公園城市的核心是減少溫室氣體排放、更有效地利用資源、保護生物多樣性和自然環境3個目標與低碳綠色建筑發展的整合。成都市作為公園城市首提地和國家批準的低碳試點城市之一，近年來在開展降碳行動等方面先行先試，取得突出成效。

本文以成都市建筑運行能耗和碳排放為研究對象，首先對影響建筑運行階段碳排放的關鍵因素進行分析預測，結合適宜夏熱冬冷地區的低碳建筑技術發展，從更高建筑節能目標入手，采用情景分析預測法尋求降低建筑碳排放的技術措施。

1 研究方法與工具

本文提出的計算模型旨在科學合理地預測成都市建筑運行碳排放發展趨勢，結合碳達峰、碳中和目標，量化建筑節能減排效果，并提出對應的技術措施（圖 1）。建筑類型包含公共建筑、城鎮居住建筑和農村居住建筑，建筑類別又分為新建建筑與既有建筑。能耗和碳排放計算范圍包括建筑物內為居住者或使用者提供暖通空調、照明、生活熱水、各類電器和炊事等建筑功能使用帶來的能耗和碳排放。

建筑運行過程中的直接（煤、油、天然氣）和間接（電力、熱力）消費的能源排放之和，可根據建筑領域消費的各類能源與碳排放因子計算得到式（1）。

Cbuilding=∑ECjFj（1）

式中：Cbuilding為建筑領域碳排放量，kgCO2;EC為分類能源消費量，kgce;F為碳排放因子 ，kgCO2/kgce 。

其中能源消費需求可以根據能源活動強度與建筑面積計算得到式（2）。

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

式中：ECjz為建筑能源消費量;eijm為建筑用煤能耗強度;eijd為建筑用電能耗強度;eijg為建筑用其他能耗強度;e代表建筑用能強度;A為建筑面積;（i=城鎮居住建筑，農村居住建筑，公共建筑;j=新建，既有）。

2 建筑碳排放影響因素分析與基準情景預測

2.1 關鍵因素分析

根據國內外學者大量研究，表明建筑運行階段碳排放總量與人口總量及分布、建筑面積、城鎮化率和建筑用能相關[4， 9-12]。本節對影響我國建筑領域能耗和碳排放的關鍵因素進行分析。

2.1.1 人口與城鎮化率

第七次人口普查結果表明，成都市常住人口2093.78萬人，與2010年相比，增長了38.49%，年平均增速達到3.31%。成都市的城鎮化水平較高，已經從2000年的53.72%上升到了2019年的74.41%。根據世界整體及各國家城鎮化率增長規律，預計成都未來城鎮化率將達到90%，與發達國家持平（圖2）。

2.1.2 建筑面積

采用人均建筑面積與人口相乘測算得到“十三五”末成都市建筑面積約11.3億m2左右，總體將在未來較長一段時間內保持增長態勢[13]。本文按人均建筑面積線性增長趨勢[14]對建筑面積進行預測（成都市2060年人均住宅建筑面積約為50 m2/人，公共建筑約為18 m2/人，農村人均住宅建筑面積維持不變52 m2/人）。結果表明，成都市建筑總量將在2050年前后達到峰值，12.8億m2，并穩中有降，2060年成都市建筑總量約為12.4億m2（圖3）。

2.1.3 建筑用能強度與用能結構

夏熱冬冷地區城鎮居住建筑能耗強度的增長主要是由于生活熱水、空調、南方采暖、家電等用能需求的增長。對于公共建筑，能耗強度受建筑類型的影響超過氣候區的影響，2001—2018年我國公共建筑能耗強度從17.2 kgce/m2上升到26 kgce/m2，呈現逐年上升趨勢。農村商品能耗強度快速增長，2019年相比2001年上漲了一倍。本文對既有研究中夏熱冬冷地區各項用能數據進行分析梳理后，結合歷史發展趨勢，經濟發展水平，已有研究成果，國際發展經驗等多個因素與限定條件，進而對對未來趨勢進行闡述，具體設定見表1。

城鄉規劃與環境建設王珂， 楊芯巖， 張時聰： 雙碳目標下成都市建筑減排路徑研究

2.2 基準情景碳排放發展趨勢

圖4為基準情景下成都市建筑部門碳排放發展趨勢。由于建筑面積和用能強度的增長，建筑部門碳排放持續增長至2040年后進入平臺期，峰值為1 615萬t CO2。不同于全國建筑部門總體運行碳排放先大幅上升再緩慢下降的趨勢，成都市建筑碳排放逐年上升后呈平穩發展態勢。這主要是由于全國平均電網清潔度和建筑電氣化率存在較大提升空間，在電力排放因子平穩下降的背景下，我國建筑部門運行碳排放2040年后會緩慢下降[3-5]。而四川極低的電力排放因子減緩了建筑碳排放上行壓力，因此基準情景下碳排放下降空間較小。

3 成都市建筑部門減排潛力與展望

3.1 技術措施與情景設置

自碳中和目標提出后，中央文件陸續發布。“節能增效”被放在實現碳中和目標的突出位置，從建筑部門來看，各項中央文件均提出了城鄉建設領域實現雙碳目標的重點任務，主要包括提升建筑節能標準、推進城鎮既有建筑改造、深化可再生能源應用與能源結構[17]。2021年12月24日，四川省住房和城鄉建設廳在黨組（擴大）會議上提出要大力推動建筑領域“雙碳”工作，加快編制《四川省城鄉建設領域碳達峰行動方案》[18]。成都市委十三屆十次全會審議通過《中共成都市委關于以實現碳達峰碳中和目標為引領優化空間產業交通能源結構促進城市綠色低碳發展的決定》[19]，《決定》指出，建筑領域要提高建筑能效水平，優化用能結構，推動節能改造全面融入城市有機更新。

基于上述各項政策文件提出的發展方向，本研究綜合考慮成都市氣候區劃、用能形式以及低碳/零碳建筑技術基礎與發展趨勢，設置了4個技術情景進行逐級疊加，具體分析與設置見表2。

（1）S1新建建筑能效提升。2019年國家標準GB/51350-2019《近零能耗建筑技術標準》[20]頒布， 2020年11月1日，DBJ51/T 149-2020《四川省被動式超低能耗建筑技術標準》[21]正式實施。夏熱冬冷地區超低/近零能耗建筑技術日趨成熟。因此，可于十四五末、十五五末和十六五末對新建建筑強制性節能標準進行3次提升，分別達到超低、近零、零能效水平。

（2）S2既有建筑低碳改造。雖然各氣候區節能建筑已超過城市建筑占比50%以上[5]，但仍有大量建筑具有節能低碳改造潛力。未來，建筑行業將由大規模建設開始向翻新改造過渡，假設成都市每年對既有建筑總量的1% （具有改造價值）進行深度改造，達到超低/近零能耗建筑標準。

（3）S3農村可再生能源大比例應用。農村地區豐富的可再生資源，如太陽能、生物質能等清潔能源[22]。在農村地區大規模推廣可再生能源利用，截至2060年可累計安裝光伏發電300萬kW，（對應1億m2建筑面積，0.33億m2屋頂面積）。

（4）S4建筑終端用能電氣化。從發電結構來看，四川省水力發電占比84.13%[23]，2019年省級電力碳排放因子為0.12 kgCO2/kWh[24]，電網清潔程度遠高于全國平均水平0.577 kgCO2/kWh。因此，提升建筑用能電氣化對降低碳排放有較大潛力。到2060年，建筑部門電氣化至90%以上。

3.2 減排潛力分析

圖5給出各技術情景對建筑部門碳排放的影響。通過疊加多個技術措施，建筑部門運行碳排放將于2030年進入平臺期，峰值為1 137萬t CO2，較基準情景達峰時間提前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對碳中和的貢獻率分別為21.42%和12.99%。由于四川省極低的電力排放因子，建筑電氣化對碳中和的貢獻率較高，為26.9%。同時，農村建筑光伏發電裝機對減少能源消耗有重要意義，但在減排中的貢獻率較低，主要是因為夏熱冬冷地區本身較高的建筑電氣化率、極低的電力排放因子以及成都市較高的城鎮化率導致的農村建筑裝機面積較小。城市地區建筑光伏發電技術已涵蓋在超低/近零/零能耗建筑的規模化推廣中，因此未單獨核算。

4 結論與建議

本文綜合考慮人口發展、城鎮化率、建筑存量、建筑用能強度、能源結構調整等因素，分析了成都市建筑部門碳排放發展趨勢，量化分析了適用于成都市建筑部門減碳工作對雙碳目標的貢獻率。主要結論：

（1）基準情景下，成都市建筑運行碳排放于2040年左右達峰，峰值為1 615萬t CO2。由于四川省電網碳排放因子為0.12 kgCO2/kWh，遠低于全國平均0.577 kgCO2/kWh，達峰后碳排放下降空間較小。

（2）通過新建建筑能效提升、既有建筑低碳改造和建筑電氣化等技術措施疊加，達峰時間可提前至2030年，峰值為1 137萬t CO2。建筑節能減排措施對碳中和的貢獻率為64%，剩余需由電網深度脫碳和CCUS技術貢獻。

（3） 結合成都市建筑未來碳排放水平及四川省電網清潔度，建議成都市建筑部門應以提升建筑能效和加速提升建筑電氣化率為主要技術措施，制定建筑應對雙碳目標的重點任務。

參考文獻

[1] 江億， 胡姍. 中國建筑部門實現碳中和的路徑 [J]，暖通空調，2021， 51 （5）： 1-13.

[2] 胡姍， 張洋， 燕達， 等. 中國建筑領域能耗與碳排放的界定與核算. [J]，建筑科學，2020， 36 （S2）： 288-297.

[3] 中國建筑節能協會. 中國建筑能耗研究報告2020 [J]，建筑節能（中英文），2021， 49 （2）： 1-6.

[4] 徐偉， 倪江波， 孫德宇， 等. 我國建筑碳達峰與碳中和目標分解與路徑辨析. [J]，建筑科學，2021，37 .

[5] 張時聰， 王珂， 楊芯巖， 等. 建筑部門碳達峰碳中和排放控制目標研究. [J]，建筑科學，2021， 37： 189-198.

[6] 龍惟定， 梁浩. 我國城市建筑碳達峰與碳中和路徑探討. [J]，暖通空調，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] 成都市發改委. 成都：公園城市是邁向碳中和的關鍵一步 [J].財經界，2021 （34）： 16-18.

[9] 彭琛， 江億， 秦佑國. 低碳建筑和低碳城市[M]. 北京： 中國環境出版社， 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] 梁譯. 以成都市為例談城鎮住房建筑面積預測. [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] 清華大學建筑節能研究中心. 中國建筑節能年度發展研究報告[M]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2020.

[16] 成都市統計局. 成都市統計年鑒[M]. 2020.

[17] 中共中央辦公廳. 關于推動城鄉建設綠色發展的意見[EB//OL]. 2021 [2021-http：//www.gov.cn/zhengce/2021-10/21/content_5644083.htm.

[18] 四川省住房和城鄉建設廳. 住房城鄉建設廳召開黨組（擴大）會議傳達學習省委經濟工作會議精神 2021[EB//OL]. [2022-http：//jst.sc.gov.cn/scjst/c101447/2021/12/27/a437967c328a4b5cbe2e3f84c41c663a.shtml.

[19] 成都市人民政府. 成都市委十三屆十次全會[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] 住房和城鄉建設部. GB/T 51350-2019： 近零能耗建筑技術標準[S] 2019.

[21] 四川省住房和城鄉建設廳.DBJ51/T149-2020 四川省被動式超低能耗建筑技術標準 [S]. 2020.

[22] 江億. 光儲直柔——助力實現零碳電力的新型建筑配電系統[J].暖通空調，2021， 51 （10）.

[23] 2020年四川省發電量及發電結構統計分析 華經情報網[EB//OL]. 2021 [2022-https：//www.huaon.com/channel/distdata/694297.html.

[24] 中國建筑碳排放可視化平臺 中國建筑節能協會建筑能耗與碳排放數據專委會[OL].2021 [2021-http：//www.cbeed.cn/#/screen.