建筑碳中和路径的分析与研究

  以“建筑领域的碳中和路径”研究对象，确定建筑领域碳中和的重要性和可行性以及实现建筑碳中和的方法和路径。分析目前国际碳排形势，以一些典型城市为例分析其碳中和路径，以一些典型的低碳建筑为例分析其减碳方法。根据结果得出 ：建筑领域的节能减排对整体碳中和的实现至关重要，建筑碳中和路径主要是发展被动式建筑，被动式建筑在不同天气特征情况下采取不同的节能措施，主要措施有大量使用光伏、风力、热能回收等可再次生产的能源，增加绿化面积等固碳手段。

  早在 20 世纪末期，人类就意识到了气候平均状态随时间的变化对于人类生活居住环境所造成的影响，并就此提出了改善意见；在国际上多次开会讨论，并形成了《联合国应对气候平均状态随时间的变化框架公约》。此公约对 20 世纪中叶所要达到的温室气体排放总量及温室气体浓度作了规定，并对到 21 世纪末地表温度上升限度作了规定，要求升高≤2 ℃。但是，因为这个公约并没有对各国所要承担的责任有明确严格的规定，而且大部分国家并没意识到环境问题的严重性与紧迫性，所以环境保护和环境改善问题在此后的 10 多年间并没什么实质性进展。

  21 世纪初期，部分沿海城市、岛屿国家、水上城市已经感觉到了海平面的升高、水位线 年，马尔代夫政府举行了一场类似于行为艺术的“水下会议”，签署了呼吁各国减少碳排的文件，并提交给在当年年底召开的联合国气候大会。当年的联合国气候大会却并未形成任何决议，因为对不同发展状况的国家提出了相同标准的碳排要求，这一提议明显有失公正合理。

  此后几年，全球气候持续恶化，各国政府对于气候问题逐渐重视起来，意识到环境问题是事关子孙后代、人类生存的大事。在联合国的推动下，将近 200 个国家的参与，达成了《巴黎协定》。

  这一协定意义巨大，给了各个国家更大的自主性，各国能够准确的通过实际发展状况制定目标，更具有可操作性、延续性。使节能减排成为了世界各国的共识。

  在这样的全球大环境的背景下，碳中和的概念被提出。碳中和是指地球上所产生的所有的温室气体，包括各种生物呼吸和生产活动等产生的 CO 2 等温室气体的总和，与地球上所有吸收、固化的温室气体的总量相平衡。碳中和是一种空气中温室气体总量和浓度不再升高的平衡的稳定的状态。

  相关多个方面数据显示，在 2010 年之前，已经有近 50 个国家实现了碳达峰，占当时全球碳排放总量的 1/3 以上。《巴黎协定》达成之后，全球绝大多数国家都形成了普遍的共识——人类命运共同体（保护地球环境是全人类共同的责任）。至 2021 年底，全球已有约 200 个国家签署了这一协定，近 200 个国家做出承诺，各国家依据自己发展现状制定了不同的实现碳中和目标的时间。实际上已经有几个发达国家实现了碳中和目标，对此他们将持续深化，继续深耕；大部分发展中国家也都制定了切实可行的方案，这类国家大都将实现碳中和的目标设定在 21 世纪中叶。

  我国作为一个有责任有担当的大国，也做出了相关承诺。2020 年 9 月底，中国承诺，中国 CO 2 排放量力争在今后 10 a 内达到峰值，努力争取在此后 40 a 内实现碳中和的目标。此时中国的 GDP 能源强度比世界中等水准高出50%，比欧盟高出 2 倍多。GDP 碳强度比世界中等水准高出 2 倍多，比欧盟高出 5 倍多。中国的人口众多，幅员辽阔，碳排现状极不乐观，节能减排之路任重道远。

  实现碳中和的本质是发展方式和生活方式的转型升级，告别资源依赖， 走向技术依赖，由资源推动型发展模式向技术推动型发展模式转变。

  全球各国虽然真实的情况各有不同，但在节能减排的碳中和之路上，大家目标相同，所以相关举措还是可以相互借鉴的。

  首先，节能减碳行为主体肯定是人。人类社会快速的生存发展造成了自然界生态失衡的现状，导致了气候的变化。所以，节能减碳相关领域即对应人类生产生活的范围，生产主要指各行各业的制造业，制造业的升级优化之路也是节能减碳的必经之路，生产生活都是围绕衣、食、住、行、玩进行。

  衣、食、住、行、玩中又以住、行、玩 3 个方面耗能最高、碳排量最高。各项数据分析显示，建筑的能耗最高。建筑的全生命周期非常长，一般都有几十年到上百年不等，所以建筑的优化有很长远的意义。

  在建筑优化之路上，被动式超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑等概念被相继提出，业内人士不断探索深化，稳步前行。

  曾被联合国人居署选为“最适合居住的城市”的哥本哈根，在能源消耗方面的举措有：优化区域供热及能源设施的运营管理，翻新供能设施来提高能源效率，安装光伏模块来补充区域供热，监控能源消耗和优化建筑运营。①能源生产方面：转变天然气、区域供热供冷方式，提高能效；优化给排水的输送方式；架设风力涡轮机和光伏系统。②交通方面：减少交通部门（陆、海）的温室气体排放；2025 年之前全部更换为零排放公交车；提供充气和充电站及电动车免费停车位；修建完善自行车绿色线路及自行车停车场。③城市管理方面：在市政建筑物、车辆和市政采购上示范绿色解决方案；加强哥本哈根郊外的绿地建设；推广气候相关的知识和资源（以儿童和年轻人为主）；市政府自身建筑物中将率先进行能源系统的节能改良。

  气候宜人，高度城市化的港口城市阿姆斯特丹，政策更加细化。①建筑方面：开展“无天然气城市计划”，天然气逐步从城市街区撤出；市政项目先行实施；在地产招标中纳入能源中性的指标要求；启动大型研究项目探索地热供暖的可能性；照明灯替换为 LED 节能灯等。②交通方面：市政车辆在 2025 年之前全部实现零排放；推进充电站安装；通过优先使用电动出租车等方式加快向电动交通方式的转换，并提供无排放车辆补助；推广公共交通加强自行车基础设施建设。③能源方面：有计划地安装风力涡轮机，并把风能的安装利用纳入国家区域能源战略；按计划实现太阳能的使用量，与租房公司达成协议向租户提供太阳能股份分红。④工商业方面：迅速制定能源转换计划和可替代方案；创造有利于吸引创新和可持续发展的良好商业环境；敦促政府基于“污染者付费”原则实现公平的能源过渡，引入 CO 2 定价等措施；尽快关闭高污染高碳排的工厂。

  纽约市的碳中和举措较为宽泛。①建筑方面:制定规则规定建筑的能源利用。②交通方面：推动电动车辆等可持续出行方式。③能源方面：先在政府部门实现 100％ 可再生电力，再在社区、部门跨地理跨政府保证 100％ 清洁能源电力。④管理方面：采取可持续生活方式，实践智慧城市规划。在政府部门实现垃圾的零废弃。

  还有一些其他城市。濒临波罗的海的芬兰首都赫尔辛基主要是提升建筑建造和运行能效，控制运输土方量；通过用地规划提升碳汇。加拿大西部太平洋沿岸的温哥华表示所有新建建筑要实现碳中和；既有建筑的碳排放要减少 20％。澳大利亚南部的港市阿德莱德要加大节能投资；通过增加对洁净空间和开敞空间的绿化来提升碳汇；鼓励分布式可再次生产的能源的供应和储存。

  北欧建筑及家具多以木材为主，木结构建筑本身与混凝土建筑相比碳排放量就少很多。某办公楼外墙均采用低碳排的玻璃和岩板，外墙和屋顶均装光伏电池并重点优化采光。有些按被动房标准建造的建筑，有热回收系统、雨水收集系统和太阳能电池、绿色屋顶。瑞典林德堡疗养院农场中的“生态谷仓”使用附近木材重建翻新的建筑，设置了太阳能电池，菜园，花卉草地等，设置了生物水处理系统、生物炭生产系统。全球以“生态”为主题的建筑不胜枚举，因地制宜，各有千秋。中国的“生态建筑、生态小镇、生态城”自2010 年起也是遍地开花，蓬勃发展。

  由以上能够准确的看出，已制定明确减碳方案的全部都是非常发达、高度城市化的城市，优化方案主要为建筑、交通、能源、管理几个维度。并且港口城市更适合风力发电这种清洁能源，气候也适合自然通风来保持舒适的生活环境。世界各国均已意识到了减碳环保的重要性并开始付出行动了。

  建筑领域碳排结构，按着建筑周期分，建筑产生的碳排分为建造阶段产生的和运行阶段产生的，其实如果按照真正的产品全生命周期看的话，还应该包括建筑废料的回收再利用；目前仅考虑建造阶段和运行阶段的。从直接与间接上分，建造阶段直接碳排主要为施工时产生的碳排，间接碳排主要为各类建材生产时产生的碳排；运行阶段直接碳排为供暖、制冷、生活热水、日常电器的使用等，间接碳排就是电力和热力的供应源头的碳排。

  建筑方面为节能减碳只能从以上几个维度制定方法措施，减碳路径也只能是减少碳排放和增加碳吸收两种。

  为降低施工时的碳排放，可最好能够降低施工时的作业工序、作业时间、作业难度，推广装配式建筑，模块化、集成化、标准化施工。

  为降低建材生产时的碳排放，可使用新材料、新技术、新科技，生产线升级改造等，比如使用碳回收、碳固化技术，能源回收重复利用等。

  对于建筑运行阶段的碳排放，新建建筑可通过合理地布局增加绿化面积的方式提高固碳能力，使用太阳能电池板、雨水收集、热回收等使建筑成为能源的生产者和储蓄者；同时系统的智能控制整体运行使建筑成为能源的调配者；此类超级碳排的建筑被称为“超低能耗建筑”或者“近零能耗建筑”，这些建筑还常常使用大面积的天窗和风塔来提供建筑内部的采光和通风。

  实际上建筑的全生命周期还包括达到设计周期后拆除回收阶段的碳排放，拆除方案，回收方案等在前期设计中也应该全面考虑，因建筑本身就是个非常庞大而且影响周期很长的事物。前期设计阶段的统筹规划，全生命周期式设计能大大降低整体的实际碳排量，降低因设计不合理产生的返工、整改等。

  早在 2007 年，我国就展开了第一批生态城项目的开发建设。此后我国对于“近零能耗建筑”的探索与研究不断加深，各地有关政策及标准也不断出台、更新。建筑领域相关行业的产业升级、系统化发展，被动房及其相关的高科技与集成系统必定是实现建筑领域碳中和的最有效的路径。

  自 2013 年，我国首栋超低能耗示范项目建成落地，经过长期发展探索，有关技术现已趋于成熟，“以室内环境健康舒适为前提的，最大限度地利用可再次生产的能源，降低整体建筑能耗”已成为行业共识。超低能耗建筑必将如雨后春笋，欣欣向荣，在全国各地落地生根，开出不同的艳丽花朵，为祖国的减碳事业开疆扩土、加油助力。

  从爱尔兰约翰·廷德尔于 1860 年得出大气中某些气体的增加导致了气候的升温的结论，到后来人们意识到气候平均状态随时间的变化对人类生存造成的危害，并且明确 CO 2 对于地球升温的影响最大，再到现在全球达成“节能减碳”共识并制定明确时间节点及举措，人类已经走过了一个多世纪的时间。各项多个方面数据显示建筑产生的碳排占比很大，就我国而言，目前现有建筑每年运行产生碳排放约占全国总碳排量的 1/5 以上。对此各个国家都进行了探索与研究，我国也在不断地进行探索分析。为改善人类居住环境，一些优秀的项目案例为我们的建筑碳中和之路提供了更多有效的方法，主要是将“一次性能源”用“可再次生产的能源”代替，采用“能源回收系统”以减少能源浪费，采用增加绿植等方式将建筑本身从“碳排者”转变为“固碳吸碳者”。此类建筑碳排量达到很低时被称为“低碳建筑”或者“近零能耗建筑”，碳排量达到零时被称为“零能耗建筑”，统称为“被动式建筑”。发展被动式建筑及有关技术必定是实现建筑领域碳中和的最有效的路径。

  倪海琼，1981 年生，高级工程师，从事土木工程研究工作，现供职于河北奥润顺达窗业有限公司，任总裁。

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