低碳建筑發展和實施路徑探析

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摘要：本文通過分析建筑的碳排放來源，提出針對性的技術解決方案，制定了建筑領域減碳實施路徑。同時，文中介紹了早期天津市民用建筑能效交易方法學相關工作經驗，為后期建筑行業納入碳排放權交易提供創新思路。

關鍵詞：天津市；低碳建筑；發展路徑；減碳

一、天津市建筑節能和綠色建筑工作概況

天津市1991年開展第一階段節能工作，2000年開始執行二步節能標準，2007年執行三步節能標準，2013年執行四步節能標準，各階段節能標準的實施時間均早于國家行業標準。2020年，天津市五步節能設計標準編制完成并通過專家評審，建筑節能率達到了80%以上，在全國處于領先水平?！笆濉逼陂g，在嚴格執行建筑節能標準的基礎上，天津市新建綠色建筑面積超過1.7億平方米，建設5個綠色生態城區，全市獲得綠色建筑評價標識項目337個，建筑面積達到3141萬平方米，其中綠色建筑運行標識項目17個。2018年，天津市發布被動式超低能耗建筑實施意見，規定新建項目總建筑面積在20萬平方米（含）以上的，要建設一棟以上被動式超低能耗建筑。2021年9月，在我國明確提出“雙碳”目標后，天津市在全國率先發布首個省級碳達峰碳中和促進條例，將綠色低碳、節能環保要求融入城市更新、老舊小區改造、智慧城市創建等工程，推進城鄉建設和管理模式低碳轉型。雖然目前天津市建筑節能和綠色建筑已經得到了長足發展，但還不能充分實現碳中和的技術目標。建筑節能是碳中和的基礎，但不完全等同于建筑低碳，低碳未必節能，而節能也不是低碳的普遍要求。建筑碳中和的命題將從新的角度驅使我們再次深入思考建筑節能的理念和實現方式。

二、建筑碳中和技術

目前我國提出的碳達峰和碳中和目標是兩個階段的任務，但是難度卻明顯不同。碳達峰雖然沒有提出明確的達峰上限，但我們要做的主要是壓低峰值，為碳中和降低難度。建筑領域碳排放總量主要取決于建筑面積總量、單位建筑面積能耗強度和單位能耗碳排放量。目前看來，由于人口增量放緩，“房住不炒”政策的嚴格執行，建筑總量在未來可預見年份趨于穩定。加上近年來大力推廣建筑節能工作，建筑單位面積用能強度大幅降低。作為主要的能源品種，電力碳排放近年來逐年降低，太陽能作為可再生能源在建筑中的應用已在國家強制標準《建筑節能與可再生能源利用通用規范》（GB55015-2021）中得到明確，因此建筑碳達峰目標不難實現。2060年全國實現碳中和，有限的林業碳匯量和高成本的CCUS（CarbonCapture，UtilizationandStorage，碳捕獲、利用與封存）應該用來中和那些必須使用化石燃料的保障性行業，如發電、航空領域，對于建筑領域要實現自身的碳中和，而不是依靠外部碳匯抵消碳排放量。

1.建筑碳排放的特點

建筑碳排放包括隱含碳排放、直接碳排放和間接碳排放。其中，隱含碳排放包括建筑材料生產、運輸、建造過程的碳排放，該部分碳排放一般歸為工業生產碳排放，不在建筑碳排放中統計。直接碳排放指的是在建筑物理邊界范圍內，由于化石燃料燃燒產生的碳排放。在居住建筑中主要包括炊事用燃氣，生活熱水用燃氣熱水器等，這部分直接碳排放應該首先消除。目前家用廚房電器產品已經十分普遍，包括冰箱、電飯煲、電烤箱、微波爐等。雖然提供相同熱量的情況下，電力的用能成本略高，但考慮到電氣產品比燃氣灶具有更高的用能效率，這部分費用基本持平。炊事電氣化要改變的主要還是生活習慣問題，中國人有爆炒的習慣，但目前已經有大功率的電磁爐可以滿足短時間高溫爆炒要求，同時也有等離子電焰爐產品，可以用電產生明火，滿足明火炒菜的生活習慣。電熱水器有一定蓄熱作用，溫度穩定，可以隨時放出熱水，避免冷水的浪費，優于燃氣熱水器。如果采用熱泵式電熱水器，用能成本還會明顯低于燃氣熱水器。因此，消除居住建筑中的直接碳排放，主要是觀念的改變，在產品供應和使用經濟性上不存在太大的難度。居住建筑間接碳排放主要包括用電和供暖。居住建筑的用電要實現碳中和，就必須使用光伏等可再生能源。未來，可能采用電力進行供暖從而降低直接碳排放量，加之居民生活水平的提高，建筑用電強度和總量預計還會進一步增加。對于城鎮建筑來說，由于樓層較高，屋頂面積有限，而建筑立面受到不同程度的遮擋，依靠自身安裝的光伏電池提供的電力很難覆蓋建筑用電量，需要依靠區域范圍內的可再生電力補充。低密度建筑，如農村住房，可以依靠場地或屋頂的光伏發電，從用電總量上實現零碳化。但由于光伏發電輸出和建筑用電負荷的不匹配，需要配備較大容量的蓄電池。當前蓄電池較低的能量密度和高昂的材料成本，決定了單純依賴建筑內部的蓄電池調峰將帶來無法承擔的空間成本和經濟成本。目前一些試點建筑采用光伏發電余電上網，但并未考慮到電網的需求，大量分布式光伏向電網輸電時電網可能并不缺電，而建筑缺電的時候，電網也可能同樣缺電，因此該方式并不適用于未來大規模的分布式光伏并網操作。

2.建筑用電與光伏電池供電的解耦

光伏發電的一個顯著特點就是輸出的不穩定性，建筑實現零碳電力，最大的問題是解決建筑用電負荷與光伏發電輸出的匹配。目前是電廠根據建筑用電進行供電調節，稱為“源隨荷動”，由于光伏發電不可調節，未來應該變成“荷隨源動”，建筑根據光伏發電的輸出，調節自身用電需求，使兩者匹配，最大程度的減少棄風棄光。具體的做法是在建筑內部推廣可中斷調節的用電設施，現有的如冰箱，熱水器等，短暫的電力中斷不會對實際使用造成影響。另外未來可以利用超低能耗建筑高性能保溫和高氣密性的優勢，在建筑內部增加蓄能裝置，實現供熱，空調的變頻調節。雖然短暫的運行頻率變化甚至關停會對舒適度造成一定影響，但由于蓄能的作用，不會有明顯的變化。這樣的建筑用電負荷大部分成為可調節負荷，能夠根據外部供電需要做出變化。同時，蓄電池也不是完全的使用建筑內部蓄電池，而應該與停車場充電樁聯動，利用電動汽車的電池作為免費蓄電裝置。電動車輛在停車期間，接入充電樁，當外部可再生能源電量富余時，向電動汽車充電，在建筑用電短缺時，電動汽車蓄電池可以向建筑放電，彌補外部可再生能源電力供應的不足。目前V2G（Vehicle-to-grid，車輛到電網）技術的電動汽車充電裝置已經有相關產品，如果通過設計充電費用機制，電動汽車可以實現免費充電，反向輸電還可以賺錢，從而促使更多的電動汽車參與其中。在建筑碳中和場景下，當前的建筑節能理念也會發生變化。目前節能是單純的降低用能，而未來節能更看重的是建筑負荷適應可再生能源電力變化的調節能力。由于光伏發電過程不消耗燃料，相當于免費發電，因此在電力富余時段完全可以鼓勵大家多用電，而如何在光伏電力供應不足時少用電，才是未來建筑節能的工作核心。這就需要設計新的電價機制，光伏供電富余時，電力價格可以非常低甚至免費，而需要通過蓄電池調節供電時，電力價格就需要大幅提升，通過市場方式引導大家參與調節活動。同時，由于可再生能源都是以電力形式出現，未來電力會成為一種基礎能源形式，目前認為電力是消耗化石能源轉換得到的高品味能源的觀點也許需要改變，利用可再生能源富余時段的電力直接供暖，將會是一種更加經濟和應當鼓勵的用能方式。3.建筑供暖電氣化居住建筑供暖目前還是以集中供暖形式居多，圖1建筑領域碳排放的核算邊界未來隨著超低能耗建筑的推廣，熱泵產品就可以滿足供暖溫度需要，同時實現了電氣化。目前已經開發出相關的雙末端熱泵產品，夏季制冷劑進入風機盤管供冷，冬季制冷劑直通進入地板輻射盤管供暖，減少了水換熱環節或熱風供暖的不舒適性，同時在地板增加蓄熱模塊，有一定的短暫調節適應性，住戶可以完全按需供熱，解決了目前熱計量、供熱節能的問題，有可能成為未來新建建筑，特別是超低能耗建筑的主流供熱方式。

三、建筑碳交易機制

除了技術研發，實現建筑碳達峰、碳中和還需要建筑碳交易機制的助力。2011年，深圳、上海、北京、廣東、天津啟動碳排放交易試點工作，至今已發展至8個地區，覆蓋電力、鋼鐵、石化、化工、熱力等行業，深圳、北京、上海市碳交易對象中還包括大型公共建筑。而天津市早在2010年就嘗試探索民用建筑能效碳排放交易，編制形成《天津市民用建筑能效（碳排放）交易方法學》，解決了建筑節能量測算難、數據真實可靠、考核對象界定等問題，并完成了全國首批建筑能效交易。天津市民用建筑能效（碳排放）交易研究范圍涉及居住建筑、公共建筑（商業建筑、醫院建筑、辦公建筑）、集中供熱熱源及一次網等。通過公共建筑能耗數據監測平臺、調研及現場測試等手段，確定建筑能耗基準線，為當時的建筑能效交易項目提供了考核依據。以天津市居住建筑為例，住宅建筑單位采暖面積的基準線能耗規定為：天津市發展與改委委員會下達的《“十一五”期間供熱系統效率及耗能目標》，即2009-2010年單位供熱面積耗煤量21.8kg標準煤/m2；2010-2011年單位供熱面積耗煤量20.8kg標準煤/m2。方法學適用于天津地區通過換熱站供熱并對熱用戶實行計量收費的供熱單位。熱力公司通過在供熱系統各部位安裝供熱計量裝置，并將以往對居民單純按住宅面積收取采暖費的供熱收費方式，改變為基于兩部制熱價按采暖季用熱量收取采暖費的計量供熱收費方式。供熱收費方式的改變，使熱用戶因行為節能而受益，從而激勵住宅建筑減少采暖用熱量。供熱單位因采用計量供熱方式產生的節能量歸供熱單位所有。在此研究的基礎上，天津市政府在2010年頒發了《天津市民用建筑能效交易實施方案》，參與民用建筑能效交易的法人單位在天津排放權交易所能效市場登記系統進行注冊，委托經天津市住建委認定的民用建筑能效核證機構對減排量進行核證，并由核證機構出具減排量核證報告。憑減排量核證報告可到天津市民用建筑能效專業委員會辦理民用建筑減排量簽發手續，評審通過后即可持專委會簽發的減排量證書到天津排放權交易所進行編碼登記并進行交易。2010年，泰達供熱、瑞景供熱、人民家園供熱中心項目在天津建科建筑節能環境檢測有限公司的碳核證基礎上，完成全國首批民用建筑的碳交易，交易量為30909噸CO2?！短旖蚴忻裼媒ㄖ苄Ы灰讓嵤┓桨浮纷鳛橹袊撞棵裼媒ㄖI域排放權交易規范性文件，是天津發揮先行先試作用，通過金融創新手段促進節能減排、實現發展方式轉變的創舉。該工作實踐針對當前全國建筑行業碳排放權交易的迫切需求，依然可為運用市場機制降低建筑領域碳排放提供創新思路，形成可復制、可推廣的經驗。

四、結語

隨著我國“雙碳”目標的提出，建筑節能將由目前單一的節約能源，演變為提高建筑電氣化率、強制可再生能源應用、提升建筑用電與電網供電互動能力的綜合節能方案。近零能耗建筑、高星級綠色建筑已經成為土地拍賣市場上重要的加分項目，可以預見，在不遠的將來，低碳建筑、零碳建筑很有可能成為新的土地競拍條件。同時，隨著建筑行業納入碳排放交易，房地產市場除了地段價值、居住品質之外，建筑碳資產也必將成為重要的價值衡量手段。從建筑全壽命周期看，作為建材產品的終端消費者，建筑仍應擔當起部分隱含碳排放的排放責任。應更多思考如何提升建筑使用壽命，從“大拆大建”等粗放發展模式向開發低碳結構體系、推廣綠色建材應用等集約型低碳發展模式轉變。

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[4]天津市人民政府辦公廳，天津市民用建筑能效交易實施方案[Z].2010-03-15

作者:汪磊磊 陳丹 單位:天津住宅科學研究院有限公司