我國建筑碳排放現(xiàn)狀與實(shí)現(xiàn)零碳排放的路徑

建筑部門的“零碳”是指從事建筑部分相關(guān)活動(dòng)導(dǎo)致的CO2排放量和同樣影響氣候變化的其他溫室氣體的排放量為零。建筑部門相關(guān)活動(dòng)導(dǎo)致的碳排放可以被分為建筑運(yùn)行過程中的直接碳排放、間接碳排放、建筑建造和維修導(dǎo)致的間接碳排放和建筑運(yùn)行過程中非CO2類溫室氣體排放。

接下來按上述分別闡述我國建筑碳排放現(xiàn)狀與實(shí)現(xiàn)零碳排放的路徑。

1 建筑運(yùn)行過程中的直接碳排放

建筑運(yùn)行的過程中，直接通過燃燒方式使用煤、石油、天然氣這些化石能源所排放的CO2是建筑運(yùn)行過程中的直接碳排放。目前我國城鄉(xiāng)建筑面積約為600億平方米，以這些建筑為邊界，發(fā)生在建筑內(nèi)的碳排放大致由以下幾種造成：

（1）炊事。

我國城市居民、餐飲業(yè)大多采用燃?xì)庠罹?，而農(nóng)村除了燃?xì)馊济涸罹咄膺€使用柴灶，由于柴灶使用生物質(zhì)能源，其排放的CO2不屬于碳排放范圍。其中，燃?xì)饷酷尫?GJ熱量，需要排放50kg CO2，燃煤需要釋放92kg CO2。我國全年用于炊事的碳排放約為2億噸，占全國年碳排放總量的2%。推進(jìn)全面電氣革命，實(shí)現(xiàn)炊事的電氣化，電氣炊事灶具全覆蓋，是實(shí)現(xiàn)炊事零碳排放的可行之路。由于電氣炊事灶具的熱效率為80%以上，燃?xì)庠罹咭话銥?0%～60%，按照目前的價(jià)格體系，炊事電氣化并未造成成本上升。推動(dòng)炊事電氣化的關(guān)鍵是樹立低碳烹飪文化。

（2）分布式燃?xì)馀c燃煤供暖。

約70%以上農(nóng)村與城鄉(xiāng)接合部的居住建筑冬季采用分布式燃煤取暖，其余大部分通過近年來的清潔取暖改造使用分布式燃?xì)夤┡?，北方城?zhèn)住宅建筑約5%采用分布式燃?xì)夤┡Ｉ鲜龅倪@些采暖設(shè)施導(dǎo)致每年碳排放超過3億噸。為了減少采暖的碳排放，除了室外溫度可達(dá)-20℃以下的嚴(yán)寒地區(qū)，絕大多數(shù)地區(qū)都可以在冬季采用分散的空氣源熱泵采暖，其運(yùn)行費(fèi)用、初始投資成本也不高于燃?xì)庀到y(tǒng)，而對(duì)于少數(shù)嚴(yán)寒地區(qū)，可以直接采用電暖方式，其成本是燃?xì)夤┡?.5～2倍。

（3）生活熱水。

目前我國已經(jīng)基本普及生活熱水。除了少量太陽能燒水外，電驅(qū)動(dòng)已經(jīng)與燃?xì)馄椒质袌?。目前全國在生活熱水方面的二氧化碳排放?.8億噸左右，接近全國碳排放的1%。全面推進(jìn)電力熱水器是未來低碳發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，無論是熱泵熱水器還是電動(dòng)熱泵電熱水器，其綜合成本都不高于燃?xì)鉄崴?，推進(jìn)“氣改電”的關(guān)鍵也在于消費(fèi)者接受度。

（4）其他建筑運(yùn)行過程中的直接碳排放。

醫(yī)院等公共建筑使用的燃?xì)怛?qū)動(dòng)的熱水鍋爐或蒸汽鍋爐，用于消毒、干衣與炊事等，以及由于歷史原因，部分公共建筑采用的燃?xì)庑臀帐街评錂C(jī)，其不僅造成碳排放，也使得運(yùn)行費(fèi)高于電動(dòng)制冷機(jī)。上述碳排放均可以通過電氣化，全面降低碳排放。

由于上述介紹可知，我國目前建筑運(yùn)行過程中的直接碳排放的總量約為6億噸。這一部分的碳排放減排過程中，沒有技術(shù)問題與經(jīng)濟(jì)問題，這一部分的減排本質(zhì)是需要全面推進(jìn)“氣改電”，實(shí)施的關(guān)鍵在于理念的轉(zhuǎn)變與設(shè)施初始投入與補(bǔ)助。

2 建筑運(yùn)行過程中的間接碳排放

建筑運(yùn)行過程中的間接碳排放主要來自外部輸入的電力與熱力。我國2019年建筑運(yùn)行用電量為1.89萬億千瓦·時(shí)，對(duì)應(yīng)的總碳排放為11億噸。北方城鎮(zhèn)廣泛使用集中供熱系統(tǒng)，通過電聯(lián)產(chǎn)或集中的燃煤燃?xì)忮仩t提供，這一部分帶來的間接二氧化碳排放約為4.5億噸。建筑運(yùn)行過程中的間接碳排放為15.5億噸，占我國目前二氧化碳排放總量的16%。而隨著建筑逐漸電氣化，會(huì)使得建筑用電量進(jìn)一步增加。接下來分別以零碳電力的低碳熱力介紹降低建筑運(yùn)行過程中的間接碳排放。

（1）建筑運(yùn)行過程中的零碳電力

發(fā)展低碳電力是碳中和的必由之路。以風(fēng)光為代表的可再生能源的不穩(wěn)定性輸入勢(shì)必會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來沖擊，影響人民生產(chǎn)生活用電。在建筑屋頂與零星空地發(fā)展分布式風(fēng)光電，通過分布式蓄電和需求側(cè)響應(yīng)的柔性用電負(fù)載來平衡風(fēng)光電的隨機(jī)變化，通過用電側(cè)的自平衡，在一定程度上能緩解未來的供需不匹配。

充分利用城鄉(xiāng)建筑的屋頂空間和其余零散空間表面安裝光伏，很大程度能解決大規(guī)模發(fā)展發(fā)電的空間資源不足與供需地區(qū)不匹配的問題。除了利用建筑的空間安裝光伏外，建筑中和周圍停放的電動(dòng)汽車可以構(gòu)筑起調(diào)節(jié)資源的網(wǎng)絡(luò)，緩解可再生能源供電與用電側(cè)需求不匹配的問題。清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心的江億院士團(tuán)隊(duì)提出的“光儲(chǔ)直柔”新型配電系統(tǒng)可以解決上述問題。

“光儲(chǔ)直柔”，配電系統(tǒng)與電網(wǎng)通過AC/DC整流變換器連接。依靠系統(tǒng)內(nèi)配置的蓄電池，與通過智能充電樁連接的電動(dòng)汽車以及建筑內(nèi)各種用電裝置的需求側(cè)響應(yīng)用電方式，AC/DC整流變換器可以通過調(diào)整輸出到建筑內(nèi)部直流母線電壓來改變每個(gè)瞬態(tài)系統(tǒng)從交流外電網(wǎng)引入的外電功率。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)蓄電池足夠多，比如連接的電動(dòng)車足夠多時(shí)，任何瞬間從外接的交流網(wǎng)取電功率都可能根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)0到最大功率之間的調(diào)節(jié)，而與當(dāng)時(shí)建筑瞬時(shí)實(shí)際用電無關(guān)。某個(gè)區(qū)域內(nèi)，每個(gè)采用“光儲(chǔ)直柔”配電方式的建筑可以直接接受含高比例可再生能源的外網(wǎng)的取電功率。如果“風(fēng)光直柔”建筑系統(tǒng)有足夠的調(diào)節(jié)能力，根據(jù)外網(wǎng)的風(fēng)光需求調(diào)度用電，則可以認(rèn)為這一建筑系統(tǒng)的電力需求全部來自風(fēng)光，實(shí)現(xiàn)建筑用電的零碳。

（2）零碳或低碳熱力的途徑

目前冬季，我國北方城鎮(zhèn)建筑約有150億平方米需要供暖，預(yù)計(jì)需要42億GJ的熱量滿足供暖需求，其中約40%是燃煤燃?xì)忮仩t提供的，50%為熱電聯(lián)電廠提供的，10%主要通過不同的電動(dòng)熱泵從空氣、污水、地下水及地下土壤的各種低品位熱源提取熱量。目前我國約有30億平方米的建筑是20世紀(jì)80～90年代建造的不節(jié)能建筑，熱耗是同一地區(qū)節(jié)能建筑的2～3倍。此外，供暖普遍的過熱現(xiàn)象也是能源浪費(fèi)、碳排放增多的重要因素。在未來有希望通過節(jié)能改造與節(jié)能運(yùn)行使得每平方米熱耗降低1/3。

我國目前建成了全球范圍內(nèi)最廣泛的集中供熱網(wǎng)絡(luò)。未來可以通過充分利用熱電廠和工業(yè)生產(chǎn)過程中的余熱資源，來降低熱力碳排放。

核電是未來零碳電力系統(tǒng)的重要電源，同時(shí)也是重要熱源。目前我國已在沿海地區(qū)建成并運(yùn)行0.5億千瓦核電廠，按照規(guī)劃，未來將在東部沿海建設(shè)2億千瓦的核電。每1億千瓦的核電需要排放1.5億千瓦的低品位余熱，目前這些余熱都排至海中。若能有效回收這部分熱量，在冬季3000小時(shí)能得到12.3億吉焦的熱量。若采用跨季節(jié)蓄熱，每年可以獲得32億吉焦的余熱，幾乎能滿足北方地區(qū)冬季80%的供熱需求，核電余熱具有巨大的深度開發(fā)潛力。目前可行的技術(shù)為利用余熱通過蒸餾法進(jìn)行海水淡化，向需要熱量與淡水的人口密集區(qū)輸送熱淡水（150～200km內(nèi)），預(yù)計(jì)可以在冬天為北方提供10億吉焦的熱量與30億噸淡水，接近目前南水北調(diào)中線工程的年調(diào)水量。

對(duì)于遠(yuǎn)離海岸線的北方內(nèi)陸地區(qū)，則可采用用于冬季調(diào)峰的火電廠以熱電聯(lián)產(chǎn)模式運(yùn)行所輸出的余熱。1KW發(fā)電量同時(shí)可以產(chǎn)生1.3kW以上的熱量。北方1.3千瓦的調(diào)峰火電可以輸出3.5億千瓦熱量。冬季平均運(yùn)行2000h可提供25億吉焦的熱量，其中70%就可以完全滿足北方內(nèi)陸100億平方米建筑的供暖需求。

未來城建建筑面積的20%可能難以連接集中供熱網(wǎng)絡(luò)，可以采用電動(dòng)熱泵熱源，如空氣源、污水源和2～3km深的中深層套管換熱熱泵方式。40億平方米的建筑需要8億吉焦熱量，需要消耗900億千瓦時(shí)的電量，大約為冬季用電量的3%。

3 建筑建造和維修導(dǎo)致的間接碳排放

鋼鐵、有色與建材三大產(chǎn)業(yè)是我國制造業(yè)主要的碳排放產(chǎn)業(yè)。這三個(gè)產(chǎn)業(yè)也具有巨大的產(chǎn)能。例如，我國鋼產(chǎn)量全球第一，比第二到第十國家的產(chǎn)量總和還多，水泥、平板玻璃的產(chǎn)量達(dá)世界總產(chǎn)量的50%以上。這些建筑制造材料的巨大產(chǎn)量是巨大需求導(dǎo)致的。21世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力是快速城鎮(zhèn)化帶來的城鎮(zhèn)建設(shè)和大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

目前我國高速公路、鐵路總里程都是全球第一。我國城鄉(xiāng)建筑建成面積已超過600億平方米，仍有100億平方米的建筑處于施工階段，全部完工后，人均建筑面積達(dá)50平方米，已超過日本、韓國與新加坡?？焖僭鲩L的房屋建造消耗了我國鋼鐵產(chǎn)品的70%、建材產(chǎn)品的90%和有色產(chǎn)品的20%。這些產(chǎn)品的生產(chǎn)與運(yùn)輸過程也形成了巨大的碳排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國民用建筑建造過程的二氧化碳排放已達(dá)16億噸，與建筑運(yùn)行需要的22億噸碳排放相加，占到我國碳排放總量的40%，成為最大的碳排放部門。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國房屋的空置率已超過20%，待仍在建造的房屋竣工后，空置率將超過25%。住房的總量能滿足后續(xù)城鎮(zhèn)化的需求，居民的住房問題不是供給問題而是分配問題。若再進(jìn)一步無止境增加住房規(guī)模，將衍生出更多的“鬼城”。

未來我國建筑建造與維修主要分為“大拆大建”與維修改造兩種模式?！按蟛鸫蠼ā币殉蔀榻ㄖI(yè)的主要模式，目前拆除的建筑平均壽命僅為三十幾年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)的壽命。這是因?yàn)楦甙旱耐恋貎r(jià)格驅(qū)動(dòng)，拆建已提升建筑的性能和功能，優(yōu)化土地利用，這也加劇了對(duì)于鋼鐵、水泥、建材的旺盛需求。而建筑的維修改造對(duì)鋼材與水泥的需求少，導(dǎo)致產(chǎn)生的碳排放遠(yuǎn)低于拆建。但是目前人們寧愿拆建也不愿維修改造，拆建所需要的人工費(fèi)遠(yuǎn)低于維修改造，還能增加面積，帶來巨大的商業(yè)利益，這后續(xù)也需要住建部門從生態(tài)文明理念出發(fā)，合理制定政策引導(dǎo)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 建筑運(yùn)行過程中非二氧化碳類溫室氣體排放

除了二氧化碳外，仍有其他氣體排放至大氣后也會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)。建筑里通常采用氫氟烴與氫氯氟烴類制冷，這二者造成溫室效應(yīng)的程度遠(yuǎn)高于二氧化碳。氫氟烴與氫氯氟烴類若進(jìn)行嚴(yán)格密封工藝，在空調(diào)制備的過程中無泄漏，能實(shí)現(xiàn)制造和運(yùn)行過程中的零排放。在建筑空調(diào)與冰箱這些靜置的使用場景內(nèi)，已經(jīng)能做到完全杜絕泄漏，但長期處于振蕩狀態(tài)的車輛空調(diào)，也需要開發(fā)新型無氟制冷方式。

目前已有大量的新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無氟制冷技術(shù)，如在干燥地區(qū)采用間接式蒸發(fā)冷卻技術(shù)，通過獲得低于當(dāng)時(shí)大氣溫度、濕度的冷水冷卻。利用工業(yè)排出的100℃左右的低品位余熱吸收式制冷，以及熱聲制冷、磁制冷、半導(dǎo)體制冷、電驅(qū)動(dòng)制冷等，但這些方式功率小、效率低，理論與技術(shù)仍在進(jìn)一步開發(fā)研制階段。

除了制備和使用外，制冷設(shè)備在拆除過程中，尤其是居住分散的建筑場景內(nèi)，空調(diào)廢棄時(shí)，往往直接放空，導(dǎo)致制冷介質(zhì)直接排放至大氣中。后續(xù)需要通過合理的政策制定，形成全鏈條制冷介質(zhì)的回收，禁止制冷介質(zhì)的隨意排放，可以有效消除這部分碳排放。