綠色建筑碳排放與污染物協(xié)同減排的調(diào)控策略研究

摘要：為實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，研究綠色建筑碳排放與污染物協(xié)同減排的調(diào)控策略。將典型的三個(gè)城市群作為研究對(duì)象，根據(jù)城市發(fā)展與建筑污染之間的關(guān)系，確定不同類型綠色建筑的碳排放和污染物情況。針對(duì)較為嚴(yán)重的污染區(qū)域，基于能源預(yù)測(cè)理論構(gòu)建情景模型，核算建筑單位面積中的能源消耗，分解建筑不同能耗類型的污染量，設(shè)計(jì)建筑碳排放和污染物協(xié)同減排策略。結(jié)果表明，當(dāng)調(diào)整建筑供暖面積為55%，改用綠色供電占比為45%時(shí)，該區(qū)域內(nèi)綠色建筑在未來(lái)三年內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)較好的減排降碳效果，且兩者調(diào)控較為均衡，具有應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：綠色建筑；碳排放；污染物；協(xié)同減排

中圖分類號(hào)：X323 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

由于中國(guó)是世界上最大的碳排放國(guó)，又處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，伴隨城市率和人口數(shù)量的快速增加，在城市內(nèi)的環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。工業(yè)、交通、建筑是中國(guó)能源消耗和污染物排放的三大領(lǐng)域，建筑部門(mén)又與其他部門(mén)深度交織，是三個(gè)領(lǐng)域中主要的污染物排放貢獻(xiàn)者。現(xiàn)階段，建筑領(lǐng)域處于高速增長(zhǎng)期，碳排放和污染物排放的占比較高，想要實(shí)現(xiàn)建筑部門(mén)的碳中和目標(biāo)，以及城市的生態(tài)環(huán)境治理，對(duì)建筑進(jìn)行減排降碳尤為重要。

文獻(xiàn)[1]方法借助BIM技術(shù)和OpenStudio能耗模擬技術(shù)，構(gòu)建了精細(xì)化的住宅建筑碳排放測(cè)算模型。選取傳統(tǒng)住宅建筑單體與綠色住宅建筑單體作為研究對(duì)象，進(jìn)行異質(zhì)性分析。通過(guò)模型測(cè)算，發(fā)現(xiàn)綠色住宅建筑在全生命周期內(nèi)的碳排放量顯著低于傳統(tǒng)住宅建筑，特別是在運(yùn)行階段表現(xiàn)出更好的節(jié)能減排效果。這表明綠色住宅建筑在降低碳排放方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[2]方法通過(guò)對(duì)綠色建筑全生命周期的碳排放總量及分布進(jìn)行詳細(xì)分析，識(shí)別出碳排放的主要階段。利用eQuest等專業(yè)軟件，分別建立綠色建筑和對(duì)比建筑的模型，進(jìn)行精確的能耗和碳排放模擬，以直觀展示綠色建筑在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢(shì)。

基于此，以綠色建筑為研究對(duì)象，探索綠色建筑的碳排放和污染物協(xié)同減排策略。

1實(shí)驗(yàn)地區(qū)選擇及污染狀況分析

為協(xié)調(diào)城市內(nèi)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，統(tǒng)籌城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境社會(huì)之間的發(fā)展關(guān)系，提出了綠色建筑碳排放和污染物之間的協(xié)同減排策略，并選擇三個(gè)城市群進(jìn)行分析。

1.1城市發(fā)展與建筑污染之間關(guān)系分析

目前，國(guó)內(nèi)公認(rèn)的三大城市群，即為京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角這三個(gè)地區(qū)，是國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展中重要角色，而經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展必然帶來(lái)城市化水平和能源結(jié)構(gòu)的改變。因此，城市發(fā)展與建筑污染之間存在相對(duì)關(guān)系，為揭示不同地區(qū)碳排放變動(dòng)與環(huán)境污染之間的關(guān)系.進(jìn)一步探索碳減排與污染物協(xié)同的策略，構(gòu)建隨機(jī)變量模型，如式（1）：

式（1）中，m為建筑污染與變量之間回歸系數(shù)；l為常數(shù)項(xiàng)；k為隨機(jī)誤差項(xiàng)；b為常住人口數(shù)量；υ為區(qū)域GDP生產(chǎn)總值；c為城市化水平，即城市率；z為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)類型；α、β、χ、δ為各自變量污染彈性系數(shù)。

通過(guò)構(gòu)建的變量模型可知，建筑產(chǎn)生的污染情況與人口、富裕度、產(chǎn)業(yè)類型均存在緊密聯(lián)系，為正確把握各地域碳排放的具體情況，以《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《統(tǒng)計(jì)公報(bào)》的相關(guān)數(shù)據(jù)，從GDP總量、常住人口量、城市率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)這四個(gè)方面，描述城市群經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與建筑污染之間的關(guān)系，無(wú)論是長(zhǎng)三角區(qū)域還是珠三角以及京津冀地區(qū)，其呈現(xiàn)在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)空間版圖上的戰(zhàn)略布局已經(jīng)非常成熟，在中國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色。對(duì)比三個(gè)區(qū)域的變量因素對(duì)建筑污染的影響情況，可以發(fā)現(xiàn)：

（1） GDP總量：經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)建筑污染的影響呈現(xiàn)正比例關(guān)系，當(dāng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快時(shí)，即GDP總量較大時(shí)，城市建筑所需的資源消耗會(huì)增多，產(chǎn)生更多的二氧化碳排放和污染物排放；

（2）城市率：當(dāng)城市集聚效應(yīng)增加時(shí)，會(huì)帶來(lái)城市建筑基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)張以及交通需求的加大，均會(huì)增加碳排放和污染物的產(chǎn)生。

（3）人口總量：該變量也與碳排放存在正相關(guān)關(guān)系，主要是城市率越高地區(qū)，吸引人口的能力越強(qiáng)，城市建筑建設(shè)加大，產(chǎn)生更大的碳排放和污染物的驅(qū)動(dòng)力。

（4）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)：對(duì)建筑碳排放和污染物的影響相對(duì)較小，主要是城市率越高區(qū)域，第二產(chǎn)業(yè)比重會(huì)相對(duì)低，第三產(chǎn)業(yè)屬于高新技術(shù)產(chǎn)生，其園區(qū)內(nèi)建筑產(chǎn)生的污染相對(duì)較低。

當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度時(shí)，區(qū)域內(nèi)城市率和人口數(shù)量呈現(xiàn)正比增長(zhǎng)，且這三種變量會(huì)直接引起建筑污染物和碳排放，一般情況下將碳排放歸類于溫室氣體，即二氧化碳的排放。當(dāng)溫室氣體和污染物排放量較多時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生生態(tài)問(wèn)題，還會(huì)成為城市發(fā)展的制約因素，為此，基于三個(gè)經(jīng)濟(jì)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，統(tǒng)計(jì)城市群區(qū)域內(nèi)綠色建筑碳排放和污染物情況。

1.2統(tǒng)計(jì)綠色建筑碳排放與污染物情況

在快速實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展體制會(huì)存在著許多不合理和不平等的制約因素，如能源使用與環(huán)境污染之間的矛盾。選擇的三個(gè)城市群地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生碳排放和污染物對(duì)環(huán)境影響較弱，受經(jīng)濟(jì)、人口和城市率的影響較大，為此，從這三個(gè)變量數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際情況，結(jié)合各地區(qū)綠色建筑建設(shè)規(guī)模以及資源條件，界定建筑各個(gè)階段的劃分和歸類情況，在歸類過(guò)程中以建筑全生命周期為理論基礎(chǔ)，按照建材生產(chǎn)、建筑建造和建筑運(yùn)行管理以及拆除處置，這四個(gè)階段劃分綠色建筑碳排放情況。不同階段的碳排放存在差異，最主要的碳排放源和污染源為運(yùn)行管理階段，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生外部輸入能源和建筑內(nèi)活動(dòng)，外部包括供暖、制冷、通風(fēng)、空調(diào)、照明等，建筑內(nèi)分別為辦公、家電、電梯、生活熱水等。由于選擇的三個(gè)城市群第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為完善，且工業(yè)建筑碳排放屬于工業(yè)領(lǐng)域，此次僅核算城鎮(zhèn)住宅建筑和公共建筑在內(nèi)的民用建筑，對(duì)不同類型綠色建筑的碳排放和污染物需要具體核算，計(jì)算方式如式（2）-式（3）：

綜合不同城市群綠色建筑的碳排放和污染物排放核算情況，可以對(duì)各地區(qū)的環(huán)境污染情況作出一定了解，通過(guò)對(duì)綠色建筑碳排放和污染物的現(xiàn)狀分析，現(xiàn)階段，三個(gè)城市群的建筑污染排放中，長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū)存在公共建筑的碳排放量持續(xù)上升的問(wèn)題，京津冀地區(qū)則存在化石燃料占比大、能源結(jié)構(gòu)不合理、公共建筑碳排量上升的問(wèn)題，提出綠色建筑碳排放與污染物協(xié)同減排策略。

2規(guī)劃調(diào)控策略

三大經(jīng)濟(jì)區(qū)的經(jīng)濟(jì)、人口數(shù)量與城市率會(huì)進(jìn)一步提升，在這種趨勢(shì)下，想要平衡經(jīng)濟(jì)社會(huì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，需要考慮多種影響因素，設(shè)計(jì)綠色建筑碳排放與污染物的協(xié)調(diào)減排策略，京津冀地區(qū)的問(wèn)題較為嚴(yán)重，以該區(qū)域?yàn)轵?yàn)證對(duì)象，規(guī)劃具體的調(diào)控策略。

2.1建立污染排放情景預(yù)測(cè)模型

通過(guò)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與建筑污染之間的關(guān)系分析，可以確定經(jīng)濟(jì)、人口、城市率對(duì)綠色建筑運(yùn)行階段的污染排放具有較大影響。為保證京津冀地區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展，需要規(guī)劃綠色建筑碳排放與污染物之間的協(xié)同減排策略，以2022年核算的建筑排放數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，選擇長(zhǎng)期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)理論，建立綠色建筑污染排放情況預(yù)測(cè)模型。該理論可以建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源消費(fèi)系統(tǒng)的模擬，以綠色建筑實(shí)際污染排放數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，結(jié)合區(qū)域內(nèi)綠色建筑類型，按照能源使用和用能結(jié)構(gòu)，將此次構(gòu)建的情景預(yù)測(cè)模型分為四個(gè)等級(jí)。在第一等級(jí)中為總類型，即測(cè)試地區(qū)綠色建筑的碳排放和污染物總量；第二等級(jí)為綠色建筑的類型，即公共建筑和城鎮(zhèn)住宅；第三等級(jí)為綠色建筑終端用能，分別為建筑用電的碳排放和污染物、建筑集中供暖下的碳排放量和污染物、以及其他類型的碳排放和污染物；第四等級(jí)為對(duì)應(yīng)的能源使用情況。從終端進(jìn)行自下而上的建模，可以對(duì)不同類型的綠色建筑實(shí)現(xiàn)碳排放和污染物的分項(xiàng)分析，提出不同目標(biāo)下的協(xié)同減排策略。

2.2分解綠色建筑終端污染排放

預(yù)測(cè)模型中對(duì)建筑能源需求的計(jì)算，依靠給定的需求部門(mén)的活動(dòng)水平，在結(jié)合不同能源消耗活動(dòng)的基礎(chǔ)上，分析對(duì)應(yīng)的能源消費(fèi)類型和能源強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部門(mén)對(duì)不同能源的需求量，進(jìn)而獲取綠色建筑終端的碳排放總量，計(jì)算方式如式（4）-式（5）：

表1中，在京津冀地區(qū)的綠色建筑中，按照城鎮(zhèn)住宅和公共建筑進(jìn)行劃分，能夠看出在建筑單位面積中能耗最大的終端用能為供暖煤炭，除此之外，公共建筑的天然氣用能消耗也較大。直接對(duì)公共建筑內(nèi)的單位面積碳排放和污染物情況進(jìn)行分解見(jiàn)表2。

2.3設(shè)置建筑協(xié)同減排優(yōu)化策略

在建立的情景預(yù)測(cè)模型中，主要對(duì)公共建筑中的情景進(jìn)行分析，可以得出對(duì)在單位面積下的能耗和對(duì)應(yīng)的污染物排放情況，在建筑用電和供暖用能中產(chǎn)生的能耗和污染物排放量較大，且主要耗能方式為煤炭、天然氣，為此，既要保證碳排放量的減少，也要同時(shí)保證大氣污染物的減少，實(shí)現(xiàn)建筑的協(xié)同減排。從能源終端系統(tǒng)用能出發(fā)，在考慮生命周期內(nèi)能源供給與污染物的關(guān)系，設(shè)置供暖系統(tǒng)與用電系統(tǒng)的協(xié)同場(chǎng)景見(jiàn)表3。

根據(jù)表3所示，在對(duì)公共建筑設(shè)置碳排放和污染物協(xié)同減排策略時(shí)，共設(shè)置了四種場(chǎng)景，可再生能源與可再生物質(zhì)兩種場(chǎng)景沒(méi)有設(shè)定存在差異性影響，在供暖電氣化和電力脫碳場(chǎng)景中設(shè)計(jì)了不同的比例關(guān)系，在不同比例關(guān)系下，驗(yàn)證不同情景的協(xié)同減排效果。

3分析減排效果

此次選擇的城市群即存在建筑用電污染和供暖污染的情況，具有碳排放和污染物協(xié)調(diào)控的意義，采用不同的比例情景對(duì)污染物進(jìn)行調(diào)控，將調(diào)控策略應(yīng)用在建立的情景預(yù)測(cè)模型中，對(duì)不同方案應(yīng)用后的未來(lái)三年的減排效果進(jìn)行驗(yàn)證見(jiàn)圖1。

如圖1所示，在不同調(diào)控方案中對(duì)綠色建筑的碳排放和污染物的協(xié)同效果具有差異性，當(dāng)建筑供暖系統(tǒng)調(diào)控或用電系統(tǒng)調(diào)控較大時(shí)，在未來(lái)三年內(nèi)，雖然可以改善建筑污染物排放情況，但調(diào)控效果變化緩慢，而兩者比例較為均等時(shí)，無(wú)論是碳排放還是污染物排放量下降迅速且平穩(wěn)，在未來(lái)三年中對(duì)污染物的控制效果較好。

4結(jié)束語(yǔ)

碳排放與污染物是工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程中出現(xiàn)的區(qū)域現(xiàn)象，伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代化水平的不斷提高，在人口密集地區(qū)、城市產(chǎn)業(yè)集群高度密集地區(qū)，綠色建筑碳排放和污染物是屬于城市污染治理的重要環(huán)節(jié)。此次針對(duì)三個(gè)具有代表性的經(jīng)濟(jì)區(qū)域城市群進(jìn)行分析，選擇建筑供暖系統(tǒng)、用電系統(tǒng)、可再生能源和物質(zhì)作為情景類型，設(shè)計(jì)了不同情景下的協(xié)同減排優(yōu)化策略，并獲得了較好的減排降碳效果。通過(guò)此次研究可知：為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，需要考慮多種影響因素，在實(shí)施表中設(shè)計(jì)的協(xié)同減排策略后，未來(lái)三年綠色建筑的碳排放和污染物排放量會(huì)有顯著的降低，對(duì)推動(dòng)綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展和促進(jìn)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的改善具有一定的理論和實(shí)踐意義。