為了應對氣候變化、推動(dòng)實(shí)現“雙碳”目標，香山科學(xué)會(huì )議于近日召開(kāi)了“實(shí)現建筑碳中和的挑戰與應對技術(shù)路線(xiàn)”學(xué)術(shù)研討會(huì )，與會(huì )專(zhuān)家就“建筑部門(mén)實(shí)現低碳發(fā)展”等諸多議題進(jìn)行了廣泛交流和深入討論，共同認為建材行業(yè)是基礎設施建設必不可少的支撐，建筑業(yè)碳中和會(huì )對建材行業(yè)低碳發(fā)展提出更新、更高的要求。建材行業(yè)在實(shí)現“雙碳”目標的同時(shí)，需要協(xié)同支持建筑業(yè)的碳減排。

　　據悉，建筑業(yè)是世界上最大的終端能源消耗及溫室氣體排放的主要產(chǎn)業(yè)之一。

　　根據《中國建筑節能年度發(fā)展研究報告2021》披露的信息，2019年建筑業(yè)建造能耗和建筑運行能耗分別為14億噸和10.2億噸標煤，分別約占全國能源消費總量的29%和21%;建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈二氧化碳排放量約為50億噸，占全國排放比例超過(guò)50%。由此可見(jiàn)，建筑領(lǐng)域低碳轉型對我國實(shí)現“雙碳”目標至關(guān)重要，對世界實(shí)現凈零排放也非常重要。

　　我國已公布碳達峰碳中和的“1+N”政策體系，但我國建筑業(yè)實(shí)現碳達峰碳中和的障礙及路徑尚未得到充分研究。

　　建筑業(yè)為什么要實(shí)現零碳

　　建筑業(yè)實(shí)現零碳的根本目標是改變能源結構，由目前采用的化石能源轉變?yōu)榭稍偕茉?，?shí)質(zhì)目的不僅是為了緩解氣候變化，更是為了實(shí)現永續發(fā)展。通過(guò)破解能源安全問(wèn)題，即由依賴(lài)進(jìn)口國外油氣轉變?yōu)槔脟鴥蕊L(fēng)、光等空間資源;通過(guò)破解大氣污染難題，即由深度凈化轉變?yōu)橄廴驹?，徹底解決污染問(wèn)題。隨之而來(lái)的能源革命則是一場(chǎng)更深刻的大變革，將全面改變能源的生產(chǎn)、轉換、傳輸、終端應用的全過(guò)程。

　　建筑業(yè)相關(guān)碳排放包括建材生產(chǎn)，工程建造、維修及拆除，建筑物運行三大部分。建筑工程的新建、改造、維修都需要大量的建材，而建材生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放占我國工業(yè)生產(chǎn)碳排放的25%左右。節省建材用量，回收利用廢棄建材產(chǎn)品及研發(fā)新的低碳、零碳建材是目前需開(kāi)展的工作，而研究建材的改變對建筑結構體系的影響和建筑結構體系變化對建筑形態(tài)的影響也有重要作用。

　　工程運行過(guò)程如何實(shí)現碳減排

　　建筑工程運行過(guò)程中有化石燃料燃燒產(chǎn)生的直接排放、輸入電力導致的間接排放及外部供熱導致的間接排放。以零碳為目標的建筑能源革命就是要徹底取消建筑工程中化石能源的使用，全面實(shí)現以綠電為基礎的電氣化。建筑工程由單純的電力消費端轉變?yōu)?ldquo;產(chǎn)、儲、消”三位一體，進(jìn)而助力零碳電力發(fā)展。通過(guò)新建建筑節能設計與既有建筑節能改造，實(shí)現節能需求與追求美好生活的統一。

　　電氣化的實(shí)現必須依靠新能源的發(fā)展，包括未來(lái)能源中風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電比例的提高，這需要約1億畝以上的安裝空間，還要解決發(fā)電與用電空間和時(shí)間不同步的問(wèn)題。建筑工程是連接充電樁和電網(wǎng)的橋梁，新能源汽車(chē)充電和用電有助于儲能和調峰。另一方面，終端用能單元從傳統的剛性負載變?yōu)樾滦偷娜嵝载撦d，也有助于電力系統的調節。

　　如何為建筑提供能源供給系統

　　能源供給以零碳為目標，包括電力、熱力和充電樁，對既有建筑進(jìn)行性能改造和機電系統改造，對新建建筑要求實(shí)現零碳化。具體內容有：以安裝和消納光伏電力為目標的改造，即城鄉建筑可全面實(shí)施光伏化;以適應新能源汽車(chē)發(fā)展的社區充電樁系統的建設，即新型充電系統的同步建設;全面實(shí)現以零碳熱源為目標的新型供熱系統;針對北方地區老舊建筑，進(jìn)行降低熱量需求的既有建筑圍護結構的保溫改造;科學(xué)規劃、分布實(shí)施城鎮建筑機電系統提效和配電光儲直柔改造;規劃600億平方米既有建筑和未來(lái)100億平方米新建建筑的零碳化。

　　建筑領(lǐng)域碳排放量核算方法

　　建筑碳排放計算與核算工作是建筑行業(yè)實(shí)現碳達峰碳中和目標的剛性需求。伴隨著(zhù)節能降碳工作逐漸細化，關(guān)于未來(lái)建筑能耗限額管理、能效標識、碳交易與綠色金融等相關(guān)討論引起政府和相關(guān)機構的廣泛關(guān)注，建筑碳排放計算的重要性會(huì )愈加凸顯。

　　國家標準《建筑碳排放計算》GB 51366提出了建材生產(chǎn)及運輸階段、建造及拆除階段和運行階段的碳排放計算，從建筑物全生命周期規范了碳排放量的計算范圍和方法。

　　此外，國家標準《建筑節能與可再生能源利用通用規范》GB 55015對節能設計、節能改造及可再生能源應用提出了具體要求和性能指標。

　　但是，我國減排進(jìn)程及人口、經(jīng)濟發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化，會(huì )給建筑業(yè)碳預算測算帶來(lái)挑戰，復雜變化的建筑內涵碳也會(huì )給碳預算測算帶來(lái)技術(shù)挑戰。

　　目前建筑碳排放的計算核算有狹義、廣義之分。狹義的建筑運行碳排放講的是建筑運營(yíng)碳排放;廣義的建筑運行碳排放通常講全生命期的碳排放，涉及建材生產(chǎn)、建造過(guò)程以及建筑運行、維護、拆除、回收等各環(huán)節。

　　有專(zhuān)家認為，計算碳排放一般有兩個(gè)目標，一是為了算明單體項目、園區項目或新技術(shù)是否真的減排了，這就需要進(jìn)行建筑全生命周期的碳排放計算。另一個(gè)目標是為滿(mǎn)足碳交易和碳排放管理需求，明確每年的碳排放究竟是多少，這就只需要計算建筑實(shí)際運行導致的碳排放。此外，現有的碳排放核算體系不能體現年內和日內不同時(shí)刻碳排放因子的差異，在大比例可再生能源應用的背景下，關(guān)鍵問(wèn)題是給出逐時(shí)碳排放因子，動(dòng)態(tài)核算全年逐時(shí)碳排放量和碳排放責任，評估建筑蓄能和調節對電力系統供需匹配的積極作用。

　　應該指出的是，盡管《建筑碳排放計算》GB 51366提出了建材生產(chǎn)碳排放計算一般規定，但還不夠準確和完善。建議標準可引用建材行業(yè)制定的各種建材產(chǎn)品二氧化碳排放計算標準，以便算清建筑部門(mén)的碳排放量，進(jìn)而解決建筑業(yè)低碳發(fā)展的基本問(wèn)題。

　　建筑規模與碳排放

　　我國城市房屋建筑總量和人均占有量隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展而持續增加。根據12個(gè)大城市統計數據表明，人均建筑面積在45平方米/人—70平方米/人，平均為56平方米/人，與發(fā)達國家相比尚處在較低水平。按城市建設用地開(kāi)發(fā)容積率測算，未來(lái)人均建筑面積可達70平方米/人—100平方米/人。

　　房屋和基礎設施建設投資在GDP中的占比很高，多年來(lái)一直是推動(dòng)GDP增長(cháng)的重要動(dòng)力。一方面要防止房屋供應量盲目增長(cháng)，避免“大拆大建”的城市開(kāi)發(fā)方式造成既有建筑沒(méi)有得到充分利用、建筑壽命短、拆建造成大量的資源消耗和碳排放;另一方面要提高住房的居住屬性，減少住房保值的投資品屬性，使住房供應和持有總量與實(shí)際需求基本持平。隨著(zhù)城市經(jīng)濟結構轉型，經(jīng)濟體制改革深化，城市增長(cháng)模式必然從基建投資導向型轉向居民消費導向型，城市建筑總量和人均擁有水平必然會(huì )保持在一個(gè)相對合理的水平。

　　城鎮化“下半場(chǎng)”出現了越來(lái)越多的城市間人口遷移，尤其是中等收入群體和受過(guò)良好教育的人才及家庭從中小城市向中心城市遷居，在大城市產(chǎn)生了新的住房需求，而后使中小城市住房出現部分閑置。城鎮化人口流動(dòng)是一個(gè)多元、多次、多向流動(dòng)的過(guò)程，會(huì )持續影響住宅的需求與供給關(guān)系。

　　城鎮化進(jìn)程給建筑碳達峰碳中和帶來(lái)三大挑戰：一是城鎮化進(jìn)程與建筑碳鎖定風(fēng)險，二是城鎮化發(fā)展不平衡與省級建筑碳排放梯次達峰問(wèn)題，三是住宅供需時(shí)空錯配與碳排放浪費問(wèn)題?？紤]城鎮化所處階段，有序推進(jìn)省級建筑碳排放梯次達峰。我國不同省市城鎮化發(fā)展差異巨大，最低的城鎮化率不到40%，最高的超過(guò)80%。因此，在制定省級建筑碳達峰目標時(shí)，應充分考慮城鎮化所處階段，避免“一刀切”，做到上下聯(lián)動(dòng)，在確保全國建筑領(lǐng)域碳排放達峰時(shí)間和峰值目標實(shí)現的前提下，有序推進(jìn)各地建筑碳排放梯次達峰。

　　綠色建造與低碳建材

　　綠色建造是我國建筑工程行業(yè)在“可持續發(fā)展”“循環(huán)經(jīng)濟”“低碳經(jīng)濟”等大背景下提出的一種建造理念。綠色建造是指按照綠色發(fā)展要求，著(zhù)眼于建筑全壽命期，通過(guò)科學(xué)管理和技術(shù)創(chuàng )新，采用有利于節約資源、保護環(huán)境、減少排放、提高效率、保障品質(zhì)的建造方式，實(shí)現人與自然和諧共生的工程建造活動(dòng)。

　　從工程建造全過(guò)程來(lái)看，建造階段包含策劃、設計、采購、生產(chǎn)和施工環(huán)節，對建材供應鏈的選擇具有決定權。從全生命期角度出發(fā)，要將綠色低碳發(fā)展理念貫穿工程建造全過(guò)程和上下游產(chǎn)業(yè)鏈，大量采用新型綠色建造方式，全面采用綠色建材，大力推廣近零能耗建筑，建筑垃圾現場(chǎng)排放量大幅減少，最終排放量大幅降低，以實(shí)現工程建造全產(chǎn)業(yè)鏈的綠色低碳發(fā)展。

　　建材產(chǎn)品主要包括水泥和混凝土。水泥行業(yè)作為二氧化碳排放大戶(hù)，這是由水泥生產(chǎn)和應用特性所決定的。水泥生產(chǎn)制備各工藝過(guò)程都有電力消耗，產(chǎn)生的間接二氧化碳排放量約為60千克/噸水泥;水泥熟料煅燒通常是采用煤炭進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的直接二氧化碳排放量約為170千克/噸熟料;水泥熟料生產(chǎn)的主要原料是石灰石，經(jīng)高溫煅燒后會(huì )分解、釋放出大量的二氧化碳，即產(chǎn)生過(guò)程二氧化碳排放量約為300千克/噸水泥。

　　建筑施工過(guò)程和建筑物應用中的碳減排與水泥生產(chǎn)及品種有直接關(guān)系，應從全生命周期分析“零碳建筑”的實(shí)施路徑，同時(shí)也要注重分析建筑工程中水泥基材料的碳吸附功能、預測水泥基材料碳化轉化趨勢。

　　分析表明，我國建筑業(yè)碳排放超全國總排放量的一半，而僅水泥、混凝土結構建設碳排放占比就高達20%。因此，推動(dòng)水泥、混凝土材料的低碳發(fā)展，挖掘混凝土的低碳潛力，大力發(fā)展再生混凝土，成為實(shí)現建筑碳中和目標達成的關(guān)鍵任務(wù)。

　　建筑零碳運行

　　建立在建筑全生命周期基礎上，建筑綜合碳排放為零的零碳建筑逐漸成為建筑業(yè)實(shí)現綠色可持續發(fā)展的重要手段。這就需要在工程設計階段將降低碳排放納入考量，新建零碳建筑，從源頭處減碳降碳。對于新建建筑，在建設階段需要控制用材，應選擇高質(zhì)量、長(cháng)壽命的建筑材料，以推進(jìn)建筑材料的再生循環(huán)與利用，減少資源浪費。

　　在結構選擇上，應選用可裝配式模塊化生產(chǎn)的輕型結構，要去除冗余裝飾，推進(jìn)標準化生產(chǎn)，以減少施工污染，提高勞動(dòng)效率，降低能源消耗。在建設階段，還要控制建筑本體的用能需求。在建筑內部，應打造高效、低碳、智慧的運維管理模式，以智慧手段實(shí)現建筑全生命周期的綠色低碳管理。

　　在控制用材、控制用能的同時(shí)，還應控制建筑的碳排放。要推進(jìn)都市森林、都市農業(yè)建設，增加建設用地綠量。

　　在實(shí)現建筑零碳運行過(guò)程中，應充分進(jìn)行數字技術(shù)的創(chuàng )新應用。從設計階段結合數字手段對設計開(kāi)發(fā)建設方案進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，到在建筑施工過(guò)程中采用智慧管理平臺，以及在運營(yíng)時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)收集碳排放數據來(lái)進(jìn)行減碳策略的規劃，人工智能及大數據技術(shù)都是實(shí)施建筑減碳方案的重要舉措。

　　零碳能源供給系統

　　建筑零碳路徑是以節能為中心，通過(guò)全面實(shí)現綠色電氣化，不再使用化石燃料，同時(shí)實(shí)現零碳電力供給和供熱系統零碳化，這也是未來(lái)城市能源供給系統要達到的目標。預計到2060年，我國發(fā)電量將達到13萬(wàn)億kWh，新能源發(fā)電量可達到11.5萬(wàn)億kWh，而燃煤發(fā)電量?jì)H為0.5萬(wàn)億kWh，約為總發(fā)電量的3.85%，僅用于電力系統的調峰。

　　城市建筑用能首先要考慮風(fēng)電、光電安裝空間。初步估計，我國城市建筑屋頂可安裝8.7億kW光伏發(fā)電系統，年發(fā)電量達1萬(wàn)億kWh，可提供建筑用電量的四分之一，但由于時(shí)間差導致電源側與用電側變化的不協(xié)調，可以通過(guò)建筑儲能、充電樁等來(lái)緩解。未來(lái)的零碳電力系統，是建筑集發(fā)電、用電、儲電和調節功能于一體的。

　　此外，我國農村擁有充足的屋頂面積可轉化為巨大的光伏發(fā)電潛力。據初步測算，農村可安裝屋頂光伏20億kW，年發(fā)電量2.5萬(wàn)億kWh。通過(guò)大量的鄉村調研發(fā)現，農戶(hù)全年用電量一般不超過(guò)3000kWh，有的甚至不到500kWh。因此，農村的光伏發(fā)電潛力遠大于其自身用電需求，有可能通過(guò)合理的配置，實(shí)現真正的自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，使整個(gè)村莊成為一個(gè)綠色發(fā)電廠(chǎng)。

　　建材行業(yè)既是國家社會(huì )經(jīng)濟重要的工業(yè)門(mén)類(lèi)，又是建筑業(yè)不可或缺的基礎。建材行業(yè)在實(shí)現“雙碳”目標的同時(shí)，需要協(xié)同支持建筑業(yè)的碳減排，這就需要基于建筑業(yè)的低碳發(fā)展需求，研究開(kāi)發(fā)更多的低碳建材新產(chǎn)品，進(jìn)而促進(jìn)建材行業(yè)綠色低碳和可持續發(fā)展。(作者系綠色建材國家重點(diǎn)實(shí)驗室學(xué)術(shù)帶頭人、教授 汪瀾)