低碳建筑：我國低碳城市建設的重點

于成東

低碳城市是以低碳經濟為發展模式及方向、市民以低碳生活為理念和行為特征、政府公務管理層以低碳社會為建設目標和藍圖的城市。在“碳達峰、碳中和”的大背景下，低碳城市已成為城市品牌的新目標。城市是現代社會經濟活動的聚集地，是國民收入主體，城市碳排放為城鄉碳排放總量的70%～80%。近年來，隨著城市建設步伐加快，城市中為人們提供工作和生活空間的建筑，其建造過程和維護運行過程能耗巨大，碳排放已達城市碳排放總量的40%以上。由此可見，低碳建筑是我國低碳城市建設的重點。下面，筆者就低碳建筑問題談談個人粗淺看法——

大力推進建筑綠色節能普及化

綠色建筑是低碳城市的重要組成部分。綠色建筑建設包括：建筑節能政策與法規的建立；建筑節能設計與評價技術；供熱計量控制技術研究；可再生能源等新能源和低能耗、超低能耗技術與產品在住宅建筑中的應用；推廣建筑節能，促進政府部門、設計單位、房地產企業、生產企業等形成合力。

為進一步加大建筑節能減排力度，2020年7月住建部、國家發展改革委等多部門發布《綠色建筑創建行動方案》要求：到2022年城鎮新建建筑中綠色建筑的面積占比達70%，進一步提高既有建筑能效水平和推廣綠色建材應用。與此同時，部分地方政府先后出臺綠色建筑標準，新建建筑中綠色建筑的比例大幅提升，全國多地超低能耗、近零能耗綠色建筑相繼建成，并呈現出從綠色建筑試點向區域示范發展的良好勢頭。

近年來，國家在綠色建筑政策上支持力度較大，形成較為完善的目標、標準、監管體系，取得迅猛發展。但與發達國家相比，仍處于發展階段，需要進一步提升建筑維護結構性能，具備條件的地區可率先達到近零能耗建筑，最終實現零能耗建筑。對于既有老舊建筑，應通過完善稅收補貼獎勵機制，采取市場化運作模式，加大改造力度，提升建筑節能水平，以推動“零碳”建筑時代早日來到。

努力推進建筑用能設備電氣化

能源供給側向綠色電力轉變是“雙碳”目標背景下的必然抉擇，所以能源需求側降碳脫碳首先意味著終端電氣化。根據國網能源研究院（國家電網公司的綜合性能源研究智庫）2019年12月的研究成果，我國終端電氣化率2050年需達到50%以上，其中工業、建筑、交通部門分別達到52%、65%、35%。

民用建筑分公共建筑和居民建筑，建筑運行能耗主要包括供熱取暖、制冷、熱水供應、炊事、照明、家電、電梯、通風等方面的能耗。目前，居民建筑的制冷、照明、家電、電梯、通風已實現100%電氣化，但居民建筑的供熱取暖、熱水供應、炊事以及公共建筑的供熱取暖、制冷、熱水供應、炊事等的電氣化率仍然較低。

我國北方城鎮普遍實行集中供熱取暖，主要熱源為燃煤（燃氣）熱電聯產和燃煤（燃氣）鍋爐。2017年我國大力推行北方地區清潔取暖工作，一些城市對區域集中供熱采暖熱源實施了“煤改電”替代工程，在推動我國建筑供熱取暖用能電氣化方面進行了有益嘗試。

在炊事方面，我國城市居民、單位食堂和餐飲業多數采用燃氣灶具。根據清華大學建筑電氣化接受程度調研結果顯示：一方面，住宅炊事正在逐步向公建炊事轉移，今后不但要關注住宅炊事電氣化，更要關注單位食堂和餐飲業炊事電氣化問題，這將是今后城市炊事碳排放的大頭。另一方面，炊事電氣化替代技術已基本成熟，各類炊事電器設備不斷出現，從家用小型的蒸蛋器到大食堂的電蒸鍋、炒鍋，在技術上完全可以實現炊事電器全覆蓋。因此，實現炊事電氣化，取消化石能源的難點主要在于烹調文化和生活習慣。今后，隨著炊具電器不斷創新和低碳科普教育不斷展開，我國城市實現零碳炊事應無較大障礙。

總之，城市建筑用能電氣化需綜合考慮公共建筑與居民住宅，也要考慮南北方氣候差異。隨著人民生活水平提高，家用電器的數量和使用強度呈上升趨勢。未來區域性供熱取暖和自采暖的電氣化也將逐步替代區域性燃煤燃氣鍋爐，炊事電氣化應重點關注餐廳電氣化和居民炊事習慣問題。

同時，應繼續完善家電能效標準和標簽計劃，大力推廣智能家電的應用，實現智慧管控，提高系統能效。

積極推進建筑“用產蓄”能一體化

3月27日，中國工程院院士、清華大學建筑節能中心主任江億，在第17屆清華大學建筑節能學術周“中國低碳城鎮住宅發展”公開論壇上指出，基于我國建筑部門碳中和實現路徑的需要，建筑功能也應做相應調整，即：由過去單純的能源消費者，轉變為大規模風電、光電接入的貢獻者，集用能、產能、蓄能于一體，協助消納風電、光電，解決風電、光電的間歇性、波動性所帶來的問題。

充分利用建筑的屋頂空間和其他可接受太陽輻射的外表面安裝光伏電池，通過這種分布式光伏發電的形式，可以在很大程度上解決大規模發展光電的時間、空間資源不足的問題，盡可能充分利用建筑表面安裝光伏，應該成為建筑設計的重要追求，外表面的光伏利用率也應成為今后評價綠色建筑或節能建筑的重要指標。除了光伏發電，在零碳能源系統中，建筑還要承擔又一重要使命，即協助消納風電、光電。建筑自身的光伏電力的特點是一天內根據太陽輻射的變化而變化。中東部地區和海上的風電、光電基地的發電量也是在一天內根據天氣條件隨時變化。這些變化與用電側的需求變化并不匹配，需要有蓄能裝置來平衡電源和需求的變化。

發展建筑表面的光伏發電，這是未來大勢所趨。目前，光伏組件的成本越來越低，整體看，我國光伏發電的平均每度電成本已低于煤電。發展光伏也不會給建筑本身帶來負面影響，發展光伏的主要困難是接入和消納，在建筑內沒有實現“光儲直柔”（光伏發電、儲能、直流、柔性調節能力）技術改造。“光儲直柔”新型配電系統具體包括：利用建筑表面，發展光伏發電；連接鄰近停車場的智能充電樁，并在建筑內部配置部分蓄電池，形成較大儲電能力；建筑內部采用直流配電，通過直流電壓變化傳遞對負載用電的需求；變過去剛性用電方式為柔性，使建筑用電與風電、光電聯動。當風光發電多時就多用，并儲存多余電力。在發電少或不發電的情況下，則靠蓄電裝置、電動汽車的電池和負載調節維持建筑運行。由此，構成一個容量巨大的分布式虛擬蓄能系統，以達到電源側與需求側之間的平衡。當前，可以先建設建筑周邊停車場的光伏直流充電樁，由電動汽車通過慢充方式消納光伏電力。這樣既有利于電動車的推廣，又與未來建筑的“光儲直柔”配電改造相銜接，既是通向建筑碳中和路徑中間的重要節點，又是長遠方向與近期任務有機結合的發展方式。

扎實推進建筑建造維護綠色化

我國制造業用能占全國能源消費總量的 65%，制造業用能中，80%為鋼鐵、有色、化工和建材這四個行業。2019 年我國鋼產量超過 10億噸，排世界第一。我國水泥、玻璃等產量達世界總量50%以上，形成巨大的碳排放。

大量的房屋和基礎設施建設帶來對鋼鐵、建材和有色金屬的旺盛需求。據統計，我國鋼鐵產品的70%，建材產品的90%，有色產品的20%都用于房屋和基礎設施建造，其中用于房屋建造占一半以上。而這些產品的生產、運輸又形成巨大的碳排放。

我國民用建筑建造由于建材生產、運輸和施工過程導致的二氧化碳排放量已達16億噸，接近建筑運行的22億噸的二氧化碳排放量。兩者之和幾乎達到我國碳排放總量的40%，成為全社會二氧化碳排放占比最大的部門。

我國建筑業過去主要模式是“大拆大建”，這在特定時期有其積極意義，但從長遠發展和能耗上看，應更加重視老舊建筑的更新和改造。當不涉及結構主體時，通過建筑加固、維修和改造也可以滿足功能提升的需要，與大拆大建相比，就不需要大量鋼材和水泥等，同此導致的碳排放要遠小于大拆大建。建筑產業應實行轉型，從造新房轉為修舊房。這一轉型將大大減少房屋建設對鋼鐵、水泥等建材的大量需求，從而實現這些行業的減產和轉型。

加大新型低碳建材和配套的結構體系及建造方式的科研力度，是未來建筑業實現低碳的重要任務。利用從煙氣中分離出來的二氧化碳生產新型建材，使建筑成為固碳的載體，可以使建筑業從目前的高碳行業轉為負碳行業，為碳中和事業做出貢獻。

穩步推進建筑電力熱力零碳化

我國以煤炭為主要能源，需加速推進清潔能源替代和減排整治，隨著碳中和的推進，我國未來將減少煤炭依賴。

中國幅員遼闊，化石能源儲量較為豐富，其中以煤炭資源為主，石油、天然氣等資源儲量相對少一些。我國能源利用仍然以化石燃料為主，其中煤炭占絕對主導地位，其次是石油、水能、核能、風能和天然氣。我國能源長期依賴煤炭等化石燃料，也給我國的生態環境造成極大壓力。我國的碳排放量長期居于世界首位，且遠高于第二、三、四名的美國、歐洲、日本等發達國家和地區。

2019年全球二氧化碳排放量為341.7億噸，中國是98.26億噸。隨著國際社會對氣候變化的日益重視，我國所面臨的碳減排壓力不斷增加。

“十四五”規劃對于優化我國的能源結構提出了一系列建議，在此基礎上，各地區結合自身的產業結構和資源儲備情況分別制定了符合地區實際的政策目標，多個地區宣布將減少煤炭等化石能源消費，增加水能、風能、太陽能、氫能、核能等清潔能源和可再生能源的開發和利用。

其中，上海市計劃在2025年前實現煤炭消費總量占一次能源消費比重下降至30%，并將本地可再生能源占全社會用電量比重提高到8%；

廣東省提出到2025年，實現新能源發電裝機規模達到1.0250億千瓦（包含核電裝機1850萬千瓦，氣電裝機4200萬千瓦，風電、光伏、生物質發電裝機4200萬千瓦），并使天然氣供應能力達到700億立方米以上，制氫規模達到8萬噸，新增風電1100萬千瓦左右；

江蘇省計劃到2025年底，實現全省光伏發電裝機達到2600萬千瓦，風電新增約1100萬千瓦，新增投資約1200億元……

隨著新型能源的發展和能源結構的優化，煤炭占我國能源消費的比重逐年下降。截至2020年，我國煤炭消費量占總能源消費量的比重由2017年的60.4%下降為57%左右。同時，我國的非化石能源消費占比由13.8%上升至 15.8%左右，總體能源結構有所改善。

實現節能減排目標仍需要很大的整治力度和措施。隨著國家政策的不斷推進，我國能源利用結構已經有所改善。以電廠為例，從目前來看，我國電廠仍主要依賴火力發電，清潔能源和可再生能源的占比較低。2019年，我國煤炭發電比重高達64.6%，而光伏發電占比僅為3.0%，風力發電占比為5.4%。因此要實現節能減排目標非一朝一夕之事，為實現“碳達峰、碳中和”目標，需要不斷完善消費綠色能源的鼓勵政策，科學調整能源結構，優化能源市場。

目前看來，對于提高能源效率、促進低碳化發展，我國仍然需要付出很大的整治力度。我國不斷提升能源綠色低碳消費水平，推進電能替代，在各個領域推行以電代煤、以電代油，提升電氣化水平。加大分散燃煤治理，提高燃煤鍋爐的運行效率，加大污染治理力度。根據大氣環境改善要求，嚴格規定燃料禁燃區；推進北方取暖方式清潔化，2019年北方清潔取暖達到55%，與2016年相比，提高21%。

目前，我國北方城鎮建筑有約150億平方米的冬季供暖面積，隨著城鎮化進一步發展和居民對建筑環境的需求不斷提高，未來北方城鎮冬季供暖面積將達到200億平方米。

現在，我國北方城鎮采暖建筑的冬季平均耗熱量為0.3吉焦/平方米，這就需要每年42億吉焦的熱量來滿足供暖需求。目前，這些熱量中約有40%是由各種規模的燃煤燃氣鍋爐提供，50%則由熱電聯產電廠提供，其余10%主要是通過不同的電動熱泵，從空氣、污水、地下水及地下土壤等各種低品位熱源提取熱量來滿足供熱需求。燃煤、燃氣鍋爐造成約10億噸二氧化碳的排放，熱電聯產和電動熱泵供熱也需要分攤電廠所排放二氧化碳的一部分責任。

核電是未來零碳電力系統中的重要電源。按照規劃，未來將在東部沿海建設核電。核電排出的余熱都排入海中，若有效回收這部分熱量，將會有效緩解北方地區供熱熱源不足問題。如果采用跨季節蓄熱，使核電全年都按照熱電聯產運行，幾乎可滿足80%的北方地區供熱需求。所以，核能具有巨大的深度開發利用潛力。

推進建筑電力和熱力綠色化，絕非一朝一夕就可實現，需要統籌規劃，分步實施。既要保證建筑電力和熱力的民生需求，又要積極穩步推進，逐步進行零碳替代，這也是我國建筑領域最終實現碳中和的關鍵所在。