建筑领域碳排放控制方法初探

建筑领域碳排放控制方法初探

张磊1

（1.无锡市惠山国有投资控股集团有限公司，无锡 214000 ）

摘要：随着2020年9月国家双碳目标的确定，即2030年碳达峰，2060年碳中和；建筑领域的控碳进度进一步加快，各部委以及各省市专门出台了一系列的标准及要求，这也倒逼建筑领域这个能耗大头，无论是从经济、技术等各方面需要进行控碳技术的尝试与落地，本文结合建筑领域目前现状，结合政策导向要求，从经济、技术等多维度分析未来建筑领域碳排放控制的路径，从而提出对目前阶段碳排放控制的基本方法。

关键词：碳中和，碳达峰，可再生能源，绿色建筑

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0引言

随着绿色建筑技术体系不断完善与推广，目前中国已有超过75%的新建建筑是绿色建筑，据统计到2020年底，累计取得绿色建筑标识的项目达到了2.47万个，总建面也达到了25.69亿平方米，其中装配式建筑新开工面积增长到了6.3亿平方米。而作为发展较为发达的江苏区域，虽然已基本上实现了100%新建建筑为绿色建筑，但是仍然由于体量大、技术应用不合理等存在巨大节能以及降碳潜力，建筑行业的碳排放总量光2021年的量就达到了1.2亿吨，其占江苏省碳排放总量的16.7%，因此推动建筑领域的控碳技术的发展显得尤为重要，大力倡导绿色建筑的发展，从而推动建筑行业的可持续高质量发展，将双碳目标即碳达峰碳中和作为终极目标，从技术源头抓起，实现建筑全生命周期的减碳、控碳。

1政策现状调研分析

根据国家“十四五”战略规划要求，中国的碳强度要求再下降18%，同时碳排放影响评价还被纳入了国家战略层面，按照目前“十四五”战略规划分解，仅江苏省就需在2021年实现碳排放强度下降不低于4.2%得要求；随着2030年碳达峰时间期限的到来，在建筑领域的高质量发展要求下，结合国家最近新发布实施的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》(GB 55015-2021)，也相应制定了落地层面的标准规范《居住建筑热环境和节能设计标准》、《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》、《住宅设计标准》等；这些规范的颁布实施也将江苏省乃至夏热冬冷地区建筑节能提高到了一个新的高度，光节能率的要求已经统一提高到了75%的要求，这也是夏热冬冷地区首次提出这样的目标；同时江苏省根据自身实际情况，在《江苏省“十四五”绿色建筑高质量发展规划》中明确要求：“城镇新建建筑100%执行绿色建筑标准，推动既有建筑绿色节能改造面积达到 3000 万平方米。到2025年超低能耗新建建筑超过500 万平方米，可再生能源替代率超过8%，装配式建筑占同期新开工项目超过50%。”在建筑领域通过控碳绿色技术的大力发展与利用，实现产业转型及升级，也是双碳目标实现的趋势所迫。

2建筑全生命周期碳排放结构分析

根据建筑全生命周期分析，碳排放控制主要分为五个阶段，即：建筑材料生产阶段、建筑材料运输阶段、建设项目施工阶段、建设项目运行管理阶段以及建筑拆除、废弃回收阶段；这五个阶段的碳排放控制主要要点如下：

表1 建筑全生命周期碳排放分析表

国内碳排放首本计算规范《建筑碳排放计算标准》（GB/T51366-2019）也已于2019年颁布实施，同时结合最新发布的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》(GB 55015-2021)要求：“新建、扩建和改建建筑以及既有建筑节能改造均应进行建筑节能设计。建筑项目可行性研究报告、建设方案和初步设计文件应包含建筑能耗、可再生能源利用及建筑碳排放分析报告。”不难看出建筑碳排放的计算是控碳技术路线选择的重要环节，而了解清楚全生命周期每个阶段的控碳要点也是最重要的一环。

目前建筑碳排放计算还处于起步阶段，这与国际上的ISO 16745还存在一定差距，对照目前所处的阶段，国内计算主要存在以下几个问题：建筑材料的碳排放因子数据更新不及时甚至缺失、引用错误相关碳排放因子、各家企业计算标准不统一、运行管理阶段的计算不完善；这些问题也是引导我们在控碳技术路线需要关注的。

3控碳技术路径初探

针对目前碳排放数据大量缺乏的情况，结合国际上常用生命周期评估法（LCA），它是量化碳足迹的行业标准，我们可以通过以下步骤的碳排放分析，改善内部运营，实现各阶段减碳、控碳的目标，具体方式如下：

1.计算不同设计方案下的碳排放指标；

2.计算确定碳排放量最大的环节；

3.计算不同建筑材料产品的碳排放对不同设计方案的影响；

4.对比选择最优设计方案以及建材品类等；

通过上述分析不难看出建筑领域的碳排放控制，也就是为了实现双碳目标“碳达峰、碳中和”，归根结底就是实现建筑的零碳。为了实现这些目标，需要在原有的节能、绿色建筑上再一次的改变技术路径，将用能模式再一次升级，按照超低能耗甚至零能耗的标准要求进行建筑领域的控碳技术路线选择。零碳建筑是一个从策划、设计、施工、交付、运营全生命周期需要一体化实施的系统工程，这里面涉及到各种可再生能源新技术的利用、建筑新材料及新工艺的选择等，再通过数字化、信息化的管理手段，实现建筑全过程减碳目标。不同建筑减碳技术程度所对应的技术路线要点详见下图：

图1 各阶段绿色建筑技术路线要点分析图

通过上述技术路线要点的分析，我们总结出控碳技术路线的基础原则：

1. 以绿色建筑为基础，强调建筑节能，包括围护结构以及建筑系统的整体提效；
2. 改变传统用能方式，推广可再生能源利用，重点发展“光储直柔”等柔性用电技术，加大余热回收的利用；
3. 在大力推行电气化进程中，将建筑由原先的耗能者转变为生产、消耗、存储三位一体新模式；

4典型技术应用分析

4.1 被动式设计策略

规划设计阶段

总体规划布局是被动式建筑设计首要考虑的问题，其合理性对减碳节能效果起到了关键性影响，一般来说这个阶段重点需要关注建筑的朝向、布局以及间距。

朝向主要对于建筑物的影响因素是日照和风向，根据我们所处的地理位置的特性——北半球，建筑为了获得最大的太阳辐射，一般都是坐北朝南，从而在冬季可以增加辐射量，减少采暖负荷。而在夏季绝大多数地区以南向或东南风向为主，在主立面设计时尽量垂直于主导风向，这样有利于自然通风，同时还避免了西晒的问题。

建筑的平面布局通常有并列式、自由式、周边式、错列式等等，在布局时要充分考虑周边建筑、风向、日照等对建筑本体的影响，最大限度的利用外部因素对建筑减排产生积极的效果。

房屋的间距对小区的风环境以及日照有很大的影响，当间距过小时就容易使得建筑的背风面以及下迎风面出现局部风压过小，甚至产生涡旋的现象，直接影响了自然通风的效果。间距过小还会使得遮挡严重，减少日射辐射的得热量，增加了不必要的能耗，同时间距过小也会对消防产生不利的影响。

施工图设计阶段

在设计落地阶段，着重对体型系数、窗墙比以及围护结构设计进行匹配。体型系数直接影响了建筑物的节能性，控制体型系数主要从简化布局、增加建筑层数及体量、减少凹凸面、减少面宽、加大进深这些方面考虑。在选取窗墙比时，综合考虑传热与采光之间的平衡。围护结构设计时，对保温材料的形式、安装工艺、耐久性等都要考虑，特别对于热量传递占比比较大的外窗设计时，通过选择传热系数低、遮阳系数高的系统窗来改善节能性能，提高建筑物的整体密封性能。在被动技术选择上最大限度的采用自然通风、自然采光以及建筑遮阳技术。

4.2 主动设计策略

常见的主动设计主要包含建筑物运行相关的空调、通风、照明、供水等机电系统，这些系统都是能源利用的大户，减碳的目标一方面在设备性能能上做技术的更新与提升，更重要的事转变能源使用的方式，特别是电气化进程中大力推广可再生能源的使用，通过储能技术的不断改善，实现跨季节甚至跨地区的规模化应用。

在不同机电系统技术升级中，我们不难看到，随着热泵技术的广泛推广、冷热暖三联供区域系统的应用、余热技术的采用以及光伏直流能源系统的尝试等等，已经在减碳控碳的技术上初见成效，但是由于可再生能源季节性、地域性分布不均，倒逼我们需要有一个围绕储能的建筑能源管理系统，这是未来实现建筑零碳的核心。目前常见的储能技术及特点详见下表：

表2 常见储能技术及特点

4.3 建造全过程管控策略

建材管控——建筑材料优先选择绿色环保材料，大量应用可再生、可重复利用的材料，尽量减少运输，优先选择本土材料，在材料选择初期就考虑到材料的二次利用及拆除后的再利用。

施工管控——这是一个复杂的动态过程，策划先行，将全过程以及各项措施技术都考虑到施工组织中去，减少施工过程中的浪费，增加循环再利用的比例，从而降低碳排放。

拆除回收管控——拆除方式以材料回收再利用为前提，减少拆除投入为核心，就地再利用，减少碳排放。

5发展与展望

建筑领域能耗消耗占全球消耗的 36%，能源相关的碳排放比例超过了38%，消耗资源的占比达到了50%。如果不加以控制，据预测到2060年这些指标预计将在总碳足迹中翻一番，这对全人类都是一个巨大的挑战，因此建筑领域的碳排放控制势在必行，文中所提及的以碳排放计算为指引的技术路线选择中多多少少还存在一些问题，但是随着技术的不断进步、碳排放控制的经验不断增强，同时对建筑领域的各阶段碳排放主要因素进行控制分析，通过合理的技术路线选择，从超低能耗建筑开始向零碳建筑过渡，采用储能等技术实现可再生能源的跨地区、跨季节利用，从而在建筑领域实现双碳目标，这必将使得我国从传统的高速增长向未来有质量的高速发展转型。

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