基于“雙碳”視角對(duì)我國(guó)建筑降能減排的研究

黎燦煒，王子煊，宋璇

（中南林業(yè)科技大學(xué)，長(zhǎng)沙 410004）

1 引言

“雙碳”即為碳達(dá)峰與碳中和的簡(jiǎn)稱(chēng)。從國(guó)際形勢(shì)上看，為了應(yīng)對(duì)因全球氣候變化而帶來(lái)的持續(xù)增加的節(jié)能減排的壓力，各國(guó)普遍將發(fā)展綠色建筑和提升建筑的能效作為其建筑領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的價(jià)值導(dǎo)向[1]。我國(guó)也已經(jīng)于2020 年的9 月，鄭重向國(guó)際社會(huì)做出力爭(zhēng)在2030 年使二氧化碳的排放量到達(dá)峰值，并于2060 年前爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)碳中和的承諾。

在具體建筑工程項(xiàng)目的全壽命周期中，特別是在項(xiàng)目的施工階段到應(yīng)用階段，不可避免地會(huì)消耗大量的資源和能源。自20 世紀(jì)90 年代至今，全球范圍內(nèi)的能源消耗年增長(zhǎng)率已達(dá)30%之多，其中，建筑領(lǐng)域的能耗占比在不斷急劇上升。通過(guò)對(duì)建筑材料在生產(chǎn)過(guò)程消耗的能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，國(guó)內(nèi)的建筑能耗占比仍然達(dá)到了總能耗的27%之多[2]。由此看來(lái)，開(kāi)展持續(xù)性和發(fā)展性的建筑節(jié)能工作以降低能源的消費(fèi)總量和強(qiáng)度已迫在眉睫[3]。

2 我國(guó)建筑節(jié)能減排體系的建設(shè)現(xiàn)狀

真正具有現(xiàn)代意義的建筑首先出現(xiàn)于19 世紀(jì)的歐洲，在近兩個(gè)世紀(jì)的發(fā)展中，西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在建筑工程的管理實(shí)踐和低碳發(fā)展中有了相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)。而我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能減排的推動(dòng)建設(shè)相對(duì)國(guó)外而言起步較晚，我國(guó)從歐美的建筑節(jié)能技術(shù)和相關(guān)政策中得到了很多的啟示，但這也導(dǎo)致我國(guó)在實(shí)踐發(fā)展中容易陷入“言必提歐美”的困境。歐美國(guó)家的低碳建筑雖然已經(jīng)走出了一條較為成熟且為國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)路線，但是考慮到我國(guó)同歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)際情況有著很大的差別，如氣候條件、人口密度及城鎮(zhèn)化程度等，盲目照搬歐美路線只會(huì)造成國(guó)內(nèi)低碳建筑發(fā)展生態(tài)的“水土不服”。因此，在借鑒歐美經(jīng)驗(yàn)時(shí)，要保證相關(guān)技術(shù)和推廣思路在具體應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)用性和適用性[4]。

我國(guó)現(xiàn)今的綠色建筑發(fā)展屬于 “政策推動(dòng)企業(yè)普及，觀念推動(dòng)技術(shù)革新”的雙向帶動(dòng)模式。同歐美國(guó)家的節(jié)能減排觀念側(cè)重于對(duì)既有建筑的節(jié)能改造不同的是，我國(guó)對(duì)建筑的節(jié)能減排理念覆蓋更廣、縱深更深，貫穿于從規(guī)劃到運(yùn)營(yíng)階段的全壽命周期。對(duì)此，需對(duì)以下方面進(jìn)行考慮：在規(guī)劃階段，通過(guò)對(duì)節(jié)地、節(jié)能和能源利用的統(tǒng)籌，降低對(duì)能源和資源的消耗；在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)對(duì)建筑方案采光、采暖、結(jié)構(gòu)形體與自然生態(tài)的設(shè)計(jì)，并充分考慮建筑單元結(jié)構(gòu)、內(nèi)部布局及功能分區(qū)的隔斷情況對(duì)建設(shè)環(huán)境承荷和室內(nèi)能源效用的影響，實(shí)現(xiàn)后期能源利用最大化的目標(biāo)；在施工階段，通過(guò)科學(xué)的組織管理，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)資源利用的最大化和污染、浪費(fèi)的最小化；在施工技術(shù)方面，將綠色、可再生材料的可替代方案充分運(yùn)用到各分部分項(xiàng)工程中，從減浪費(fèi)、降污染和綠色材料的運(yùn)用3 個(gè)方面完成降能耗和減排的目標(biāo)[5]；在運(yùn)營(yíng)階段，可以通對(duì)既有建筑的節(jié)能改造并合理延長(zhǎng)相關(guān)建筑的使用壽命，來(lái)最大限度地將建筑的能源消耗和污染排放維持在一個(gè)相對(duì)較低的水平[6]。

3 強(qiáng)化組織管理，減少施工浪費(fèi)

部分施工單位在編制預(yù)算階段，由于各方面的原因，往往容易出現(xiàn)預(yù)算工程量失真，使得材料預(yù)算的數(shù)量偏大的現(xiàn)象。在分部分項(xiàng)工程結(jié)束后，如果剩余的建筑材料沒(méi)辦法及時(shí)退庫(kù)，便會(huì)造成極大的浪費(fèi)，并且會(huì)增加建筑材料在制造、運(yùn)輸和裝配階段的碳排放。此外，在施工中，大型施工機(jī)械設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)和使用也會(huì)不可避免地造成能源消耗和污染排放，需要結(jié)合實(shí)際施工狀況和施工規(guī)模，以及設(shè)備運(yùn)送的具體線路進(jìn)行精細(xì)的統(tǒng)籌和計(jì)算，以精準(zhǔn)確定需用施工設(shè)備的實(shí)際數(shù)量、耗時(shí)最短或里程最短的運(yùn)送路線以及在施工現(xiàn)場(chǎng)的合理布置和施工規(guī)劃，在合理壓縮財(cái)力物力的同時(shí)，將施工實(shí)際的能耗和排放控制在相對(duì)較低的水平。在避免施工浪費(fèi)的同時(shí)，也要考慮施工現(xiàn)場(chǎng)可以循環(huán)利用和周轉(zhuǎn)使用的構(gòu)部件和材料的組織管理，如對(duì)腳手架和梁柱模板的管理，確保在工程結(jié)束拆除后，各構(gòu)部件能夠有序回收并妥善存放，以確保后續(xù)的周轉(zhuǎn)使用，減少丟棄和再投入的現(xiàn)象。總而言之，企業(yè)應(yīng)該在日常的組織管理中樹(shù)立綠色建筑工程的價(jià)值取向，并且完善企業(yè)內(nèi)部的評(píng)估和監(jiān)督體系，在規(guī)范化的審核標(biāo)準(zhǔn)中加強(qiáng)工程運(yùn)營(yíng)的管理質(zhì)量，提升對(duì)施工資源的運(yùn)籌水平，踐行節(jié)能減排理念，減少浪費(fèi)和污染。

4 采用綠色材料

在對(duì)建筑全壽命周期進(jìn)行碳排放的敏感性分析中，可以得到各種建筑材料在物化階段對(duì)建筑全壽命周期碳排放的影響程度大小依次為：鋼材＞混凝土＞水泥＞鋼筋＞涂料＞石材＞玻璃。其中，對(duì)混凝土綠色材料的等效替換在實(shí)際應(yīng)用中有著較大的實(shí)用性。混凝土是由水、骨料和水泥組成的，其中，水泥在生產(chǎn)過(guò)程中不僅會(huì)釋放大量的粉塵和污染氣體，還會(huì)消耗大量的能源；骨料在開(kāi)采和后處理的過(guò)程中除了會(huì)釋放粉塵和污染氣體之外，還會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。由此看來(lái)，要真正達(dá)到建筑節(jié)能減排的目標(biāo)，在滿(mǎn)足工程實(shí)際需要的前提下減少對(duì)水泥和天然骨料的使用量很有必要[7]。

經(jīng)過(guò)相關(guān)研究和近來(lái)建筑實(shí)際應(yīng)用認(rèn)證，證明硅灰、礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢料對(duì)水泥都有很好的替代作用，而且在不同的使用環(huán)境中摻加的不同工業(yè)廢料也能很好地起到相應(yīng)的效果。人造骨料和再生骨料通常是以固體廢棄物為原材料，經(jīng)特殊設(shè)備打碎后作為骨料使用，對(duì)天然骨料有很好的等同替代效果。在對(duì)舊建筑和廢棄建筑進(jìn)行拆除的過(guò)程中，會(huì)不可避免地產(chǎn)生大量的建筑垃圾和廢棄混凝土，若將這些廢棄混凝土經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)化成再生骨料，并直接將其投入新建工程中，不僅可以減少建筑工程對(duì)天然骨料的依賴(lài)，還可以充分節(jié)約資源能源，實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域資源的循環(huán)[8]。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

建筑的降能減排策略在狹義上可以直接理解為建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，其主要有以下3 個(gè)指向：第一，基于節(jié)能的目標(biāo)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；第二，應(yīng)用節(jié)能技術(shù)提高建筑在使用過(guò)程中的能源轉(zhuǎn)換率，以降低能源消耗；第三，引入新技術(shù)、新理念，最大限度地彌補(bǔ)傳統(tǒng)施工技術(shù)在節(jié)能上的不足。

5.1 建筑形體與內(nèi)部構(gòu)造對(duì)建筑節(jié)能的影響

建筑形體和內(nèi)部隔斷對(duì)高層建筑，特別是對(duì)寒區(qū)高層建筑環(huán)境承荷和能源消耗的影響非常明顯。在高層建筑中，風(fēng)壓系數(shù)一般是隨著建筑高度的增加而增加的，若此時(shí)建筑的迎風(fēng)面為平面或者凹面，其所承受的風(fēng)荷載往往要比曲面筒體結(jié)構(gòu)大得多。

除了氣候條件對(duì)結(jié)構(gòu)外部直接產(chǎn)生的作用，空氣滲透對(duì)建筑內(nèi)部耗能有極大的影響。在夏季，建筑內(nèi)部的流暢通風(fēng)可以有效降低室溫，采用自然通風(fēng)和間歇空調(diào)制冷的方式可以在保證人體舒適的前提下很好地降低建筑內(nèi)部的能源消耗。在冬季，建筑滲風(fēng)會(huì)使室內(nèi)的溫度迅速下降，對(duì)室內(nèi)的采暖耗能產(chǎn)生消極的影響。建筑內(nèi)部的空間隔斷系數(shù)和滲風(fēng)系數(shù)一般呈反比關(guān)系，這就意味著建筑內(nèi)部隔斷門(mén)對(duì)外部空氣的滲透有明顯的抑制作用。在多層和高層建筑中，樓梯間的隔斷門(mén)對(duì)空氣滲透的抑制作用尤為顯著，若在建筑中采用封閉樓梯間的構(gòu)造，并且將所有房門(mén)關(guān)閉，此時(shí)測(cè)得的滲風(fēng)耗能僅為開(kāi)敞型建筑的5.2%，節(jié)能高達(dá)94.8%[9]。

5.2 被動(dòng)式超低能耗建筑

在20 世紀(jì)的70 年代，德國(guó)的沃爾夫?qū)し扑固厥状翁岢隽吮粍?dòng)式超低能耗建筑的概念，歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，被動(dòng)式房屋在節(jié)能減排中的效果得到了充分的驗(yàn)證，并在世界范圍內(nèi)成為低能耗建筑的主要推廣技術(shù)。這種被動(dòng)式房屋摒棄了傳統(tǒng)的供暖和空調(diào)降溫的方式，用保溫和隔熱性能更為良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)替代建筑外墻，并利用特殊的空間構(gòu)造使建筑通過(guò)高效率的采光、采暖和通風(fēng)，將室內(nèi)溫度恒定在20 ℃以上的效果，從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了房屋使用的零能耗。被動(dòng)式超級(jí)能耗建筑整體的保溫性能、隔熱性能和氣密性能都高于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，其還能通過(guò)高效的新風(fēng)熱回收系統(tǒng)對(duì)可再生資源進(jìn)行充分利用，使建筑全年的采暖供冷需求遠(yuǎn)小于一般水平，達(dá)到顯著的節(jié)能效果。

5.3 裝配式建筑

近年來(lái)，在國(guó)家政策的推動(dòng)和硬性指標(biāo)的控制下，我國(guó)的裝配式建筑得到了很好的發(fā)展。裝配式結(jié)構(gòu)建筑天然具有綠色裝配的特點(diǎn)，并且可以部分化解現(xiàn)今鋼鐵產(chǎn)業(yè)過(guò)剩的產(chǎn)能，就目前而言，裝配式建筑是最理想、最適合我國(guó)國(guó)情的住宅節(jié)能減排建筑。裝配式建筑的基礎(chǔ)元件為鋼筋混凝土預(yù)制板，一般由建筑企業(yè)按規(guī)格和需用量在工廠集中預(yù)制，再統(tǒng)一運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)起吊設(shè)備吊裝拼接，建成完全具備生產(chǎn)和使用功能的裝配式建筑。裝配式建筑的構(gòu)件通過(guò)工廠預(yù)制不僅可以確保其質(zhì)量和強(qiáng)度，而且極大地減少了傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)的排放和噪聲污染；其輕型便捷、空間布置靈活的特點(diǎn)不僅提升了建筑施工冬雨期等不良?xì)夂颦h(huán)境的適應(yīng)性，也在保證施工質(zhì)量的前提下極大地縮短了施工工期。裝配式建筑在我國(guó)擁有極大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，其不僅節(jié)約了資源和能源，降低了污染排放，部分構(gòu)件還能進(jìn)行循環(huán)利用，在很大程度上契合了我國(guó)綠色環(huán)保及雙碳的發(fā)展理念，具有良好的應(yīng)用前景[10]。

6 健全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施多元化補(bǔ)貼

為了推動(dòng)綠色建筑的深入發(fā)展，健全相關(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和審核規(guī)范，并實(shí)施多元化的補(bǔ)貼政策很有必要。在后續(xù)的發(fā)展與建設(shè)中，應(yīng)將碳排放指標(biāo)逐步落實(shí)到每一個(gè)建筑企業(yè)當(dāng)中，將節(jié)能減排理念貫穿到建筑物從物化階段對(duì)低碳建材到低碳施工再到低碳運(yùn)營(yíng)的整個(gè)過(guò)程，既要守住建筑節(jié)能減排的底線，又要提高建筑自身低碳性能的上限。可以通過(guò)直接和間接的形式對(duì)一般低碳建筑進(jìn)行補(bǔ)貼。對(duì)一般的低碳建筑材料和節(jié)能減排設(shè)備等可以直接給予資金資助，也可以針對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和發(fā)展現(xiàn)狀，為企業(yè)和消費(fèi)者提供一定的稅收優(yōu)惠、貸款優(yōu)惠和容積率優(yōu)惠，以此來(lái)形成消費(fèi)者有所求、企業(yè)有所應(yīng)的良性局面，打造覆蓋面更廣、縱深更長(zhǎng)的低碳建筑布局，以確保雙碳政策在后續(xù)的穩(wěn)步實(shí)施。

7 結(jié)語(yǔ)

建筑領(lǐng)域的耗能量在我國(guó)總能耗中占比較大，因而急需將綠色觀念和節(jié)能理念融入建筑的全壽命周期中，并引起一定的示范效應(yīng)和帶動(dòng)效應(yīng)，使各行各業(yè)直至全體國(guó)民都為此行動(dòng)起來(lái)。