低碳建筑发展和实施路径探析

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摘要：本文通过分析建筑的碳排放来源，提出针对性的技术解决方案，制定了建筑领域减碳实施路径。同时，文中介绍了早期天津市民用建筑能效交易方法学相关工作经验，为后期建筑行业纳入碳排放权交易提供创新思路。

关键词：天津市；低碳建筑；发展路径；减碳

一、天津市建筑节能和绿色建筑工作概况

天津市1991年开展第一阶段节能工作，2000年开始执行二步节能标准，2007年执行三步节能标准，2013年执行四步节能标准，各阶段节能标准的实施时间均早于国家行业标准。2020年，天津市五步节能设计标准编制完成并通过专家评审，建筑节能率达到了80%以上，在全国处于领先水平。“十三五”期间，在严格执行建筑节能标准的基础上，天津市新建绿色建筑面积超过1.7亿平方米，建设5个绿色生态城区，全市获得绿色建筑评价标识项目337个，建筑面积达到3141万平方米，其中绿色建筑运行标识项目17个。2018年，天津市发布被动式超低能耗建筑实施意见，规定新建项目总建筑面积在20万平方米（含）以上的，要建设一栋以上被动式超低能耗建筑。2021年9月，在我国明确提出“双碳”目标后，天津市在全国率先发布首个省级碳达峰碳中和促进条例，将绿色低碳、节能环保要求融入城市更新、老旧小区改造、智慧城市创建等工程，推进城乡建设和管理模式低碳转型。虽然目前天津市建筑节能和绿色建筑已经得到了长足发展，但还不能充分实现碳中和的技术目标。建筑节能是碳中和的基础，但不完全等同于建筑低碳，低碳未必节能，而节能也不是低碳的普遍要求。建筑碳中和的命题将从新的角度驱使我们再次深入思考建筑节能的理念和实现方式。

二、建筑碳中和技术

目前我国提出的碳达峰和碳中和目标是两个阶段的任务，但是难度却明显不同。碳达峰虽然没有提出明确的达峰上限，但我们要做的主要是压低峰值，为碳中和降低难度。建筑领域碳排放总量主要取决于建筑面积总量、单位建筑面积能耗强度和单位能耗碳排放量。目前看来，由于人口增量放缓，“房住不炒”政策的严格执行，建筑总量在未来可预见年份趋于稳定。加上近年来大力推广建筑节能工作，建筑单位面积用能强度大幅降低。作为主要的能源品种，电力碳排放近年来逐年降低，太阳能作为可再生能源在建筑中的应用已在国家强制标准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB55015-2021）中得到明确，因此建筑碳达峰目标不难实现。2060年全国实现碳中和，有限的林业碳汇量和高成本的CCUS（CarbonCapture，UtilizationandStorage，碳捕获、利用与封存）应该用来中和那些必须使用化石燃料的保障性行业，如发电、航空领域，对于建筑领域要实现自身的碳中和，而不是依靠外部碳汇抵消碳排放量。

1.建筑碳排放的特点

建筑碳排放包括隐含碳排放、直接碳排放和间接碳排放。其中，隐含碳排放包括建筑材料生产、运输、建造过程的碳排放，该部分碳排放一般归为工业生产碳排放，不在建筑碳排放中统计。直接碳排放指的是在建筑物理边界范围内，由于化石燃料燃烧产生的碳排放。在居住建筑中主要包括炊事用燃气，生活热水用燃气热水器等，这部分直接碳排放应该首先消除。目前家用厨房电器产品已经十分普遍，包括冰箱、电饭煲、电烤箱、微波炉等。虽然提供相同热量的情况下，电力的用能成本略高，但考虑到电气产品比燃气灶具有更高的用能效率，这部分费用基本持平。炊事电气化要改变的主要还是生活习惯问题，中国人有爆炒的习惯，但目前已经有大功率的电磁炉可以满足短时间高温爆炒要求，同时也有等离子电焰炉产品，可以用电产生明火，满足明火炒菜的生活习惯。电热水器有一定蓄热作用，温度稳定，可以随时放出热水，避免冷水的浪费，优于燃气热水器。如果采用热泵式电热水器，用能成本还会明显低于燃气热水器。因此，消除居住建筑中的直接碳排放，主要是观念的改变，在产品供应和使用经济性上不存在太大的难度。居住建筑间接碳排放主要包括用电和供暖。居住建筑的用电要实现碳中和，就必须使用光伏等可再生能源。未来，可能采用电力进行供暖从而降低直接碳排放量，加之居民生活水平的提高，建筑用电强度和总量预计还会进一步增加。对于城镇建筑来说，由于楼层较高，屋顶面积有限，而建筑立面受到不同程度的遮挡，依靠自身安装的光伏电池提供的电力很难覆盖建筑用电量，需要依靠区域范围内的可再生电力补充。低密度建筑，如农村住房，可以依靠场地或屋顶的光伏发电，从用电总量上实现零碳化。但由于光伏发电输出和建筑用电负荷的不匹配，需要配备较大容量的蓄电池。当前蓄电池较低的能量密度和高昂的材料成本，决定了单纯依赖建筑内部的蓄电池调峰将带来无法承担的空间成本和经济成本。目前一些试点建筑采用光伏发电余电上网，但并未考虑到电网的需求，大量分布式光伏向电网输电时电网可能并不缺电，而建筑缺电的时候，电网也可能同样缺电，因此该方式并不适用于未来大规模的分布式光伏并网操作。

2.建筑用电与光伏电池供电的解耦

光伏发电的一个显著特点就是输出的不稳定性，建筑实现零碳电力，最大的问题是解决建筑用电负荷与光伏发电输出的匹配。目前是电厂根据建筑用电进行供电调节，称为“源随荷动”，由于光伏发电不可调节，未来应该变成“荷随源动”，建筑根据光伏发电的输出，调节自身用电需求，使两者匹配，最大程度的减少弃风弃光。具体的做法是在建筑内部推广可中断调节的用电设施，现有的如冰箱，热水器等，短暂的电力中断不会对实际使用造成影响。另外未来可以利用超低能耗建筑高性能保温和高气密性的优势，在建筑内部增加蓄能装置，实现供热，空调的变频调节。虽然短暂的运行频率变化甚至关停会对舒适度造成一定影响，但由于蓄能的作用，不会有明显的变化。这样的建筑用电负荷大部分成为可调节负荷，能够根据外部供电需要做出变化。同时，蓄电池也不是完全的使用建筑内部蓄电池，而应该与停车场充电桩联动，利用电动汽车的电池作为免费蓄电装置。电动车辆在停车期间，接入充电桩，当外部可再生能源电量富余时，向电动汽车充电，在建筑用电短缺时，电动汽车蓄电池可以向建筑放电，弥补外部可再生能源电力供应的不足。目前V2G（Vehicle-to-grid，车辆到电网）技术的电动汽车充电装置已经有相关产品，如果通过设计充电费用机制，电动汽车可以实现免费充电，反向输电还可以赚钱，从而促使更多的电动汽车参与其中。在建筑碳中和场景下，当前的建筑节能理念也会发生变化。目前节能是单纯的降低用能，而未来节能更看重的是建筑负荷适应可再生能源电力变化的调节能力。由于光伏发电过程不消耗燃料，相当于免费发电，因此在电力富余时段完全可以鼓励大家多用电，而如何在光伏电力供应不足时少用电，才是未来建筑节能的工作核心。这就需要设计新的电价机制，光伏供电富余时，电力价格可以非常低甚至免费，而需要通过蓄电池调节供电时，电力价格就需要大幅提升，通过市场方式引导大家参与调节活动。同时，由于可再生能源都是以电力形式出现，未来电力会成为一种基础能源形式，目前认为电力是消耗化石能源转换得到的高品味能源的观点也许需要改变，利用可再生能源富余时段的电力直接供暖，将会是一种更加经济和应当鼓励的用能方式。3.建筑供暖电气化居住建筑供暖目前还是以集中供暖形式居多，图1建筑领域碳排放的核算边界未来随着超低能耗建筑的推广，热泵产品就可以满足供暖温度需要，同时实现了电气化。目前已经开发出相关的双末端热泵产品，夏季制冷剂进入风机盘管供冷，冬季制冷剂直通进入地板辐射盘管供暖，减少了水换热环节或热风供暖的不舒适性，同时在地板增加蓄热模块，有一定的短暂调节适应性，住户可以完全按需供热，解决了目前热计量、供热节能的问题，有可能成为未来新建建筑，特别是超低能耗建筑的主流供热方式。

三、建筑碳交易机制

除了技术研发，实现建筑碳达峰、碳中和还需要建筑碳交易机制的助力。2011年，深圳、上海、北京、广东、天津启动碳排放交易试点工作，至今已发展至8个地区，覆盖电力、钢铁、石化、化工、热力等行业，深圳、北京、上海市碳交易对象中还包括大型公共建筑。而天津市早在2010年就尝试探索民用建筑能效碳排放交易，编制形成《天津市民用建筑能效（碳排放）交易方法学》，解决了建筑节能量测算难、数据真实可靠、考核对象界定等问题，并完成了全国首批建筑能效交易。天津市民用建筑能效（碳排放）交易研究范围涉及居住建筑、公共建筑（商业建筑、医院建筑、办公建筑）、集中供热热源及一次网等。通过公共建筑能耗数据监测平台、调研及现场测试等手段，确定建筑能耗基准线，为当时的建筑能效交易项目提供了考核依据。以天津市居住建筑为例，住宅建筑单位采暖面积的基准线能耗规定为：天津市发展与改委委员会下达的《“十一五”期间供热系统效率及耗能目标》，即2009-2010年单位供热面积耗煤量21.8kg标准煤/m2；2010-2011年单位供热面积耗煤量20.8kg标准煤/m2。方法学适用于天津地区通过换热站供热并对热用户实行计量收费的供热单位。热力公司通过在供热系统各部位安装供热计量装置，并将以往对居民单纯按住宅面积收取采暖费的供热收费方式，改变为基于两部制热价按采暖季用热量收取采暖费的计量供热收费方式。供热收费方式的改变，使热用户因行为节能而受益，从而激励住宅建筑减少采暖用热量。供热单位因采用计量供热方式产生的节能量归供热单位所有。在此研究的基础上，天津市政府在2010年颁发了《天津市民用建筑能效交易实施方案》，参与民用建筑能效交易的法人单位在天津排放权交易所能效市场登记系统进行注册，委托经天津市住建委认定的民用建筑能效核证机构对减排量进行核证，并由核证机构出具减排量核证报告。凭减排量核证报告可到天津市民用建筑能效专业委员会办理民用建筑减排量签发手续，评审通过后即可持专委会签发的减排量证书到天津排放权交易所进行编码登记并进行交易。2010年，泰达供热、瑞景供热、人民家园供热中心项目在天津建科建筑节能环境检测有限公司的碳核证基础上，完成全国首批民用建筑的碳交易，交易量为30909吨CO2。《天津市民用建筑能效交易实施方案》作为中国首部民用建筑领域排放权交易规范性文件，是天津发挥先行先试作用，通过金融创新手段促进节能减排、实现发展方式转变的创举。该工作实践针对当前全国建筑行业碳排放权交易的迫切需求，依然可为运用市场机制降低建筑领域碳排放提供创新思路，形成可复制、可推广的经验。

四、结语

随着我国“双碳”目标的提出，建筑节能将由目前单一的节约能源，演变为提高建筑电气化率、强制可再生能源应用、提升建筑用电与电网供电互动能力的综合节能方案。近零能耗建筑、高星级绿色建筑已经成为土地拍卖市场上重要的加分项目，可以预见，在不远的将来，低碳建筑、零碳建筑很有可能成为新的土地竞拍条件。同时，随着建筑行业纳入碳排放交易，房地产市场除了地段价值、居住品质之外，建筑碳资产也必将成为重要的价值衡量手段。从建筑全寿命周期看，作为建材产品的终端消费者，建筑仍应担当起部分隐含碳排放的排放责任。应更多思考如何提升建筑使用寿命，从“大拆大建”等粗放发展模式向开发低碳结构体系、推广绿色建材应用等集约型低碳发展模式转变。

参考文献：

[1]GB55015-2021，《建筑节能与可再生能源利用通用规范》[S].

[2]江亿；胡姗.中国建筑部门实现碳中和的路径[J].暖通空调，2021.

[3]龙惟定；梁浩.我国城市建筑碳达峰与碳中和路径探讨[J].暖通空调，2021.

[4]天津市人民政府办公厅，天津市民用建筑能效交易实施方案[Z].2010-03-15

作者:汪磊磊 陈丹 单位:天津住宅科学研究院有限公司