雙碳背景下某市建筑運行階段減排路徑研究

分析了影響該市建筑運行階段碳排放的影響因素，預測了不同情景下該市建筑運行碳排放情況，量化分析了各項技術措施的節能減排能力。結果表明：基準情景下，該市建筑運行階段碳排放將于2028年達峰，達峰值為196.54 t CO2；到2060年，該市建筑運行階段碳排放將下降至48.81 t CO2。在新建建筑執行節能標準+既有建筑節能改造+可再生能源應用這3種技術措施進行疊加的強化情景下，該市建筑運行階段碳排放將于2028年達峰，達峰值為177.72 t CO2，到2060年，該市建筑運行碳排放將下降至14.41 t CO2，相比于基準情景可減少34.4 t CO2排放。建議該市主要技術措施推廣執行的順序為可再生能源應用gt;新建建筑執行節能標準gt;既有建筑節能改造。

建筑運行階段； 碳排放； 碳達峰； 碳中和

TU201.5A

建筑論壇與建筑設計建筑論壇與建筑設計

［定稿日期］2024-01-07

［基金項目］四川華西集團科技項目（項目編號：HXKX2021/024）

［作者簡介］徐佳（1995—），女，碩士，助理工程師，研究方向為建筑節能與綠色建筑。

0" 引言

2020年9月22日第75屆聯合國大會，習近平主席強調中國碳排放量將努力實現在2030年前完成達峰，在2060年前爭取實現碳中和［1］。在實現“雙碳”目標的道路上建筑領域扮演著至關重要的角色，根據《中國建筑能耗研究報告（2022）》，2020年全國建筑全過程（建材生產+建筑施工+建筑運行）碳排放總量為50.8億t CO2，占全國碳排放總量的50.9%，其中建筑運行階段碳排放總量為21.6億t CO2，占全國碳排放總量的21.7%，建材生產階段碳排放總量為28.2億t CO2，占全國碳排放總量的28.2%，建筑施工階段碳排放總量為1.0億t CO2，占全國碳排放總量的1.0%［2］。與此同時，據該報告預測2021年全國建筑全過程碳排放總量將超過2020年，達到52.2億t CO2，同比2020年將增長2.7%，其中建材生產階段、建筑施工階段、建筑運行階段的碳排放量將分別達到28.7億t CO2、1.0億t CO2、22.4億t CO2［2］。因此，建筑領域的碳中和、碳達峰是實現國家層級“雙碳”目標的重要保障。

本文以某市建筑運行階段碳排放為研究對象。首先，對建筑運行階段碳排放的關鍵影響因素進行預測分析；其次，對該市基準情形下的建筑運行碳排放進行預測；最后，根據政策基礎預測3種情景疊加的強化情景下該市建筑運行階段碳排放情況，為該市建筑領域“雙碳”戰略目標的實現提供技術參考。

1" 建筑運行階段碳排放預測模型

目前，建筑碳排放預測模型主要通過自上而下的方法和自下而上的方法建立，其中自上而下的方法是通過預估的建筑總能耗和碳排放量，再進行時間及空間的降尺度分析，該方法下的主要模型有STIRPAT模型、IPAT模型、基于Kaya恒等式的預測模型等［3］。自下而上的方法是先通過計算單體建筑的逐時能耗和碳排放量，再放大到區域尺寸進行建筑總體能耗和碳排放量的分析［4］。

為準確預測該市各類型建筑運行碳排放，本文將該市建筑運行階段拆分為城鎮居住建筑、農村居住建筑和公共建筑分別進行預測。依據Kaya恒等式預測，各類型建筑運行碳排放模型公式［5］：

建筑運行碳排放=公共建筑碳排放+城鎮居住建筑碳排放+農村居住建筑碳排放

城鎮居住建筑碳排放=人口×城鎮化率×城鎮人均居住建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

農村居住建筑碳排放=人口×（1-城鎮化率）×農村人均居住建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

公共建筑碳排放=人口×人均公共建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

其中：單位能耗碳排放= 2.66×煤消費比例+1.73×油消費比例+1.56×天然氣消費比例+電力排放因子×電氣化比例。

2" 建筑運行階段碳排放影響因素分析

基于國內外學者對建筑運行階段碳排放影響因素的研究，表明影響建筑運行階段碳排放的主要因素有人口總量及分布、建筑面積、城鎮化率、能源結構等［4、6-8］，徐偉等［9］指出人口總量、建筑面積、建筑運行能耗強度是分析建筑運行碳排放的基礎條件。本文將分別對該市的人口總量、城鎮化率、人均建筑面積、單位面積能耗、單位能耗碳排放進行分析預測。

2.1" 人口總量

通過年鑒數據分析發現，“十三五”期間該市人口逐漸減少，至2020年該市擁有人口316.1萬人，“十三五”期間人口年增長率為-1.33%，導致該市人口出現逐漸減少的原因主要是因為農村人口大量外出務工所致。結合該市的經濟等因素的發展情況，本文對該市的人口做出了預測，如圖1所示，2010—2029年該市人口將逐漸減少，預計到2025年該市人口為312.6萬人，2030年該市將擁有310.9萬人口，在2030年后該市人口將逐漸上漲，到2060年該市人口預計將達到380.1萬人，同比2030年將增長22.26%，并在2060年之后保持上漲趨勢，這將成為2060年該市建筑領域在2060年完成碳中和的最不利因素之一。

2.2" 城鎮化率

由于該市山區涵蓋范圍廣，該市逐年城鎮化率普遍低于全國城鎮化率，盡管“十三五”期間該市城鎮化率已由46.72%增長至53.11%，但仍然低于全國城鎮化率。結合該市的經濟、文化教育、社會保障等因素，本文對該市的城鎮化率進行了預測，如圖2所示。預計到2025年該市城鎮化率將達到64.0%，2030年將達到66%，至2060年城鎮化率將增長至76.0%，同比2030年增長率達到15.15%。

2.3" 人均建筑面積

人均建筑面積是影響建筑碳排放水平的關鍵因素之一，主要與該市的經濟發展、城鎮化水平等因素有關［4］。根據年鑒數據顯示，2010年該市總建筑面積共有16 441.14萬m2，其中公共建筑面積為4 182.21萬m2、城鎮居住建筑面積2 935萬m2、農村居住建筑面積9 323.93萬m2。“十三五”期間該市總建筑面積從18 038.18萬平方米增長至17 801.34萬m2，增長率為-1.31%，其中公共建筑面積增長率為20.30%，城鎮居住建筑面積增長率為9.40%，農村居住建筑面積增長率為-12.89%。在人均建筑面積方面，“十三五”期間全市人均建筑面積變化趨勢呈現出拋物線，2016年和2020年全市人均建筑面積均為56.32 m2/人，公共建筑人均面積、城鎮居住建筑人均面積、農村居住建筑人均面積分別增加2.2 m2/人、-0.77 m2/人、0.20 m2/人。為對該市的建筑碳排放進行準確的預測，本文分別對該市的公共建筑人均面積、城鎮居住建筑人均面積、農村居住建筑人均面積進行了預測，具體預測詳見圖3。

建筑論壇與建筑設計徐佳， 高波， 巫朝敏， 等： 雙碳背景下某市建筑運行階段減排路徑研究

根據圖3可見，該市2025年公共建筑人均面積、城鎮居住建筑人均面積、農村居住建筑人均面積將分別達到13.46 m2/人、33.05 m2/人、62.42 m2/人，2030年公共建筑人均面積、城鎮居住建筑人均面積、農村居住建筑人均面積將分別達到14.90 m2/人、34.10 m2/人、64.29 m2/人，2060年公共建筑人均面積、城鎮居住建筑人均面積、農村居住建筑人均面積將分別達到17.35 m2/人、37.30 m2/人、68.94 m2/人。

2.4" 單位面積能耗

單位面積能耗主要受用能結構、建筑面積、用能強度等因素的影響。該市無論是公共建筑、城鎮居住建筑還是農村居住建筑，其主要用能類型為電力+燃氣+其他用能。公共建筑、農村居住建筑的電氣化普遍比城鎮居住建筑高，每年公共建筑電力消耗占其總能源消耗的比例均高于59%，農村居住建筑電力消耗占其總能源消耗的比例均高于53%。通過對該市2010—2020年建筑的用能結構進行分析歸納出了2010—2020年該市單位面積能耗的變化規律，并通過該變化規律預測了2021—2060年該市3類建筑的單位面積能耗情況。根據圖4可見，3類建筑的單位面積能耗呈現出逐漸遞減的發展大趨勢，但農村居住建筑的單位面積能耗由于受到農村建筑面積變化的影響，其在2030年之后的逐年降低率明顯低于其他兩類建筑。在2030年公共建筑、城鎮居住建筑、農村居住建筑的單位面積能耗將分別降低至8.61 kgce/m2、10.26 kgce/m2、1.50 kgce/m2。

2.5" 單位能耗碳排放

根據圖5可知，3類建筑的單位能耗碳排放將逐年遞減，在2030年公共建筑、城鎮居住建筑、農村居住建筑的單位能耗碳排放將分別降低至1.02 kgCO2/kgce、1.31 kgCO2/kgce、1.02 kgCO2/kgce。導致3類建筑單位能耗碳排放逐年遞減的主要原因是建筑電氣化和電網清潔度在不斷提升，據統計該市部分地區水電資源豐富，電力排放因子平穩下降。

3" 基準情景建筑運行階段碳排放預測

本文依據國家、省市級規劃文件的相關預期性目標，使用建筑運行階段碳排放預測模型預測了在基準情景下該市建筑運行階段碳排放情況，結合經濟發展、人口發展、用能發展等因素設定的基準情景參數見表1。

基準情景下建筑運行階段碳排放預測結果如圖6所示?；鶞是榫跋拢撌薪ㄖ\行碳排放總量將在2028年左右再度達到峰值，峰值約196.54萬t CO2，能夠按期完成2030年前碳達峰的目標。該市建筑運行階段碳排放的變化趨勢與全國建筑部門總體運行階段碳排放的變化趨勢大體相同，都是以先大幅上升再緩慢下降的趨勢變化［10］。在2028年碳達峰之后，該市運行階段碳排放總量將開始呈現逐漸下降趨勢，向建筑碳中和邁步。預計至2060年建筑運行碳排放總量降至48.81萬t CO2，相比2020年總量降低約147.73萬t CO2，下降幅度為75.17%。公共建筑、城鎮居住建筑、農村居住建筑的建筑運行碳排放量在2028年達峰后也逐漸衰減。

4" 強化情景建筑運行階段碳排放預測

考慮到2060年距離現在較為遙遠，期間充滿各種政策、

技術、社會環境等方面的不確定性影響因素，特別面向2060年設立了碳中和強化情景［11］，對不同情景的建筑運行碳排放進行了預測，各情景條件下的參數設置如表2、表3所示。

如圖7所示，碳中和強化情景下，即在新建建筑執行節能標準+既有建筑節能改造+可再生能源應用這3種技術措施情景進行疊加的條件下，該市建筑運行階段碳排放量也是將于2028年完成達峰，且峰值同比基準情景下降9.58%。強化情景下該市2060年建筑運行碳排放總量降至14.41萬t CO2，相比于基準情景，再降低了44.58萬t CO2，其中新建建筑執行節能標準、既有建筑節能改造、可再生能源應用對碳中和的貢獻率分別為13.51%、3.73%、17.16%。可見，可再生能源的應用對促進碳中和的達成具有重要意義。

如圖7所示，強化情景下農村居住建筑建筑運行階段碳達峰的時間可提前1年于2027年完成，2028年該市建筑運行階段碳達峰量為177.72萬tCO2，其中公共建筑運行碳排放占比39.47%，城鎮居住建筑運行碳排放占比52.52%，農村居住建筑運行碳排放占比8.01%。2060年該市公共建筑、城鎮居住建筑、農村居住建筑運行階段的碳排放量將分別達到5.30萬t CO2、8.79萬t CO2、0.32萬t CO2，近60%的建筑運行碳排放量來自于城鎮居住建筑。可見，隨著時間的推進居住建筑運行碳排放量的比例將不斷增加，農村居住建筑運行碳排放量的比例將不斷減少。這主要受該市城鎮化率的不斷提高、城鎮居住面積不斷增加、城鎮人口不斷增加等原因的影響。

5" 結論

本文通過分析影響該市建筑運行階段碳排放的影響因素，建立該市建筑運行階段碳排放預測模型，預測了不同情景下，該市建筑運行階段碳排放情況，對該市建筑運行階段實現碳達峰、碳中和的主要技術路徑進行了研究，得出主要結論：

（1）基準情景下，該市建筑運行階段碳排放將于2028年達峰，達峰值為196.54 t CO2；到2060年，該市建筑運行階段碳排放將下降至48.81 t CO2，相比于峰值下降率為75.17%。

（2）通過新建建筑執行節能標準+既有建筑節能改造+可再生能源應用這3種技術措施情景進行疊加的強化情景下，該市建筑運行階段碳排放將于2028年達峰，達峰值為177.72 t CO2，相比于基準情景峰值可下降18.82t CO2；到2060年，該市建筑運行碳排放將下降至14.41 t CO2，相比于基準情景可減少34.4 t CO2排放，該市建筑運行階段碳排放量的減少速度明顯加快。

（3）結合該市未來建筑運行階段碳排放水平，建議該市以新建建筑執行節能標準、既有建筑節能改造、可再生能源應用作為主要節能減排技術措施的同時在結合用能電氣化為輔助措施來完成“雙碳”目標。通過對各項主要技術措施的技術難度、減排效益及可執行推廣性進行分析，主要技術措施推廣執行的順序為可再生能源應用gt;新建建筑執行節能標準gt;既有建筑節能改造。

（4）基于該市現有建筑運行碳排放數據，建議該市在制定政策的過程中要充分考慮“雙碳”目標的完成，根據目前數據顯示該市可在2030年前順利完成碳達峰，但按期完成碳中和的壓力較大，碳中和的實現需要從現階段就開始考慮并逐步制定相關的政策措施。

參考文獻

［1］" 鄧旭，謝俊，滕飛.何謂“碳中和”？［J］.氣候變化研究進展，2021，17（1）：107-113.

［2］" 中國建筑能耗與碳排放研究報告（2022年）［J］.建筑，2023（2）：57-69.

［3］" 朱微，程云鶴.中國建筑業碳排放影響因素及碳達峰碳中和預測分析［J］.河北環境工程學院學報，2024（1）.

［4］" 李小冬，朱辰.我國建筑碳排放核算及影響因素研究綜述［J］.安全與環境學報，2020，20（01）：317-327.

［5］" 四川省綠色建筑與建筑節能工程技術研究中心.2021 四川省綠色與低碳年度發展報告［M］.成都：西南交通大學出版社，2022.

［6］" Chontanawat J.Driving Forces of Energy-Related CO2 Emissions Based on Expanded IPAT Decomposition Analysis： Evidence from ASEAN and Four Selected Countries［J］. Energies，2019，

12（4）： 764.

［7］" Zhu B，Ye S，Wang P，et al. Exploring the drivers of energy consumption-related CO2 emissions in China： a multiscale analysis ［J］. Energy Efficiency，2019，12（ 4） ： 1027-1039.

［8］" Zhang C，Lin Y. Panel estimation for urbanization，energy consumption and CO2 emissions： A regional analysis in China ［J］. Energy Policy，2012，49： 488-498.

［9］ "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（10）：1-8+23.

［10］" 王珂，楊芯巖，張時聰.雙碳目標下成都市建筑減排路徑研究［J］.四川建筑，2022，42（03）：12-15.

［11］" 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］.