低碳建筑發(fā)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(shù)解決方案，制定了建筑領(lǐng)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(xué)相關(guān)工作經(jīng)驗，為后期建筑行業(yè)納入碳排放權(quán)交易提供創(chuàng)新思路。
關(guān)鍵詞：天津市；低碳建筑；發(fā)展路徑；減碳
一、天津市建筑節(jié)能和綠色建筑工作概況
天津市1991年開展第一階段節(jié)能工作，2000年開始執(zhí)行二步節(jié)能標準，2007年執(zhí)行三步節(jié)能標準，2013年執(zhí)行四步節(jié)能標準，各階段節(jié)能標準的實施時間均早于國家行業(yè)標準。2020年，天津市五步節(jié)能設(shè)計標準編制完成并通過專家評審，建筑節(jié)能率達到了80%以上，在全國處于領(lǐng)先水平?！笆濉逼陂g，在嚴格執(zhí)行建筑節(jié)能標準的基礎(chǔ)上，天津市新建綠色建筑面積超過1.7億平方米，建設(shè)5個綠色生態(tài)城區(qū)，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(fā)布被動式超低能耗建筑實施意見，規(guī)定新建項目總建筑面積在20萬平方米（含）以上的，要建設(shè)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(fā)布首個省級碳達峰碳中和促進條例，將綠色低碳、節(jié)能環(huán)保要求融入城市更新、老舊小區(qū)改造、智慧城市創(chuàng)建等工程，推進城鄉(xiāng)建設(shè)和管理模式低碳轉(zhuǎn)型。雖然目前天津市建筑節(jié)能和綠色建筑已經(jīng)得到了長足發(fā)展，但還不能充分實現(xiàn)碳中和的技術(shù)目標。建筑節(jié)能是碳中和的基礎(chǔ)，但不完全等同于建筑低碳，低碳未必節(jié)能，而節(jié)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(qū)使我們再次深入思考建筑節(jié)能的理念和實現(xiàn)方式。
二、建筑碳中和技術(shù)
目前我國提出的碳達峰和碳中和目標是兩個階段的任務(wù)，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(lǐng)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(zhí)行，建筑總量在未來可預(yù)見年份趨于穩(wěn)定。加上近年來大力推廣建筑節(jié)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(yīng)用已在國家強制標準《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB55015-2021）中得到明確，因此建筑碳達峰目標不難實現(xiàn)。2060年全國實現(xiàn)碳中和，有限的林業(yè)碳匯量和高成本的CCUS（CarbonCapture，UtilizationandStorage，碳捕獲、利用與封存）應(yīng)該用來中和那些必須使用化石燃料的保障性行業(yè)，如發(fā)電、航空領(lǐng)域，對于建筑領(lǐng)域要實現(xiàn)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(chǎn)、運輸、建造過程的碳排放，該部分碳排放一般歸為工業(yè)生產(chǎn)碳排放，不在建筑碳排放中統(tǒng)計。直接碳排放指的是在建筑物理邊界范圍內(nèi)，由于化石燃料燃燒產(chǎn)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(yīng)該首先消除。目前家用廚房電器產(chǎn)品已經(jīng)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(chǎn)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(xí)慣問題，中國人有爆炒的習(xí)慣，但目前已經(jīng)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(chǎn)品，可以用電產(chǎn)生明火，滿足明火炒菜的生活習(xí)慣。電熱水器有一定蓄熱作用，溫度穩(wěn)定，可以隨時放出熱水，避免冷水的浪費，優(yōu)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(chǎn)品供應(yīng)和使用經(jīng)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(xiàn)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(yù)計還會進一步增加。對于城鎮(zhèn)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(qū)域范圍內(nèi)的可再生電力補充。低密度建筑，如農(nóng)村住房，可以依靠場地或屋頂?shù)墓夥l(fā)電，從用電總量上實現(xiàn)零碳化。但由于光伏發(fā)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(nèi)部的蓄電池調(diào)峰將帶來無法承擔的空間成本和經(jīng)濟成本。目前一些試點建筑采用光伏發(fā)電余電上網(wǎng)，但并未考慮到電網(wǎng)的需求，大量分布式光伏向電網(wǎng)輸電時電網(wǎng)可能并不缺電，而建筑缺電的時候，電網(wǎng)也可能同樣缺電，因此該方式并不適用于未來大規(guī)模的分布式光伏并網(wǎng)操作。
2.建筑用電與光伏電池供電的解耦
光伏發(fā)電的一個顯著特點就是輸出的不穩(wěn)定性，建筑實現(xiàn)零碳電力，最大的問題是解決建筑用電負荷與光伏發(fā)電輸出的匹配。目前是電廠根據(jù)建筑用電進行供電調(diào)節(jié)，稱為“源隨荷動”，由于光伏發(fā)電不可調(diào)節(jié)，未來應(yīng)該變成“荷隨源動”，建筑根據(jù)光伏發(fā)電的輸出，調(diào)節(jié)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(nèi)部推廣可中斷調(diào)節(jié)的用電設(shè)施，現(xiàn)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(yōu)勢，在建筑內(nèi)部增加蓄能裝置，實現(xiàn)供熱，空調(diào)的變頻調(diào)節(jié)。雖然短暫的運行頻率變化甚至關(guān)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(diào)節(jié)負荷，能夠根據(jù)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(nèi)部蓄電池，而應(yīng)該與停車場充電樁聯(lián)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(yīng)的不足。目前V2G（Vehicle-to-grid，車輛到電網(wǎng)）技術(shù)的電動汽車充電裝置已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品，如果通過設(shè)計充電費用機制，電動汽車可以實現(xiàn)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(jié)能理念也會發(fā)生變化。目前節(jié)能是單純的降低用能，而未來節(jié)能更看重的是建筑負荷適應(yīng)可再生能源電力變化的調(diào)節(jié)能力。由于光伏發(fā)電過程不消耗燃料，相當于免費發(fā)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(yīng)不足時少用電，才是未來建筑節(jié)能的工作核心。這就需要設(shè)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(diào)節(jié)供電時，電力價格就需要大幅提升，通過市場方式引導(dǎo)大家參與調(diào)節(jié)活動。同時，由于可再生能源都是以電力形式出現(xiàn)，未來電力會成為一種基礎(chǔ)能源形式，目前認為電力是消耗化石能源轉(zhuǎn)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(jīng)濟和應(yīng)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(lǐng)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(chǎn)品就可以滿足供暖溫度需要，同時實現(xiàn)了電氣化。目前已經(jīng)開發(fā)出相關(guān)的雙末端熱泵產(chǎn)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(huán)節(jié)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(diào)節(jié)適應(yīng)性，住戶可以完全按需供熱，解決了目前熱計量、供熱節(jié)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(shù)研發(fā)，實現(xiàn)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(fā)展至8個地區(qū)，覆蓋電力、鋼鐵、石化、化工、熱力等行業(yè)，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(xué)》，解決了建筑節(jié)能量測算難、數(shù)據(jù)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(yè)建筑、醫(yī)院建筑、辦公建筑）、集中供熱熱源及一次網(wǎng)等。通過公共建筑能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺、調(diào)研及現(xiàn)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(jù)。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(guī)定為：天津市發(fā)展與改委委員會下達的《“十一五”期間供熱系統(tǒng)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(xué)適用于天津地區(qū)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(tǒng)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?yōu)榛趦刹恐茻醿r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(jié)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(chǎn)生的節(jié)能量歸供熱單位所有。在此研究的基礎(chǔ)上，天津市政府在2010年頒發(fā)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(quán)交易所能效市場登記系統(tǒng)進行注冊，委托經(jīng)天津市住建委認定的民用建筑能效核證機構(gòu)對減排量進行核證，并由核證機構(gòu)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(yè)委員會辦理民用建筑減排量簽發(fā)手續(xù)，評審?fù)ㄟ^后即可持專委會簽發(fā)的減排量證書到天津排放權(quán)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(jié)能環(huán)境檢測有限公司的碳核證基礎(chǔ)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ㄖI(lǐng)域排放權(quán)交易規(guī)范性文件，是天津發(fā)揮先行先試作用，通過金融創(chuàng)新手段促進節(jié)能減排、實現(xiàn)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的創(chuàng)舉。該工作實踐針對當前全國建筑行業(yè)碳排放權(quán)交易的迫切需求，依然可為運用市場機制降低建筑領(lǐng)域碳排放提供創(chuàng)新思路，形成可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗。
四、結(jié)語
隨著我國“雙碳”目標的提出，建筑節(jié)能將由目前單一的節(jié)約能源，演變?yōu)樘岣呓ㄖ姎饣?、強制可再生能源?yīng)用、提升建筑用電與電網(wǎng)供電互動能力的綜合節(jié)能方案。近零能耗建筑、高星級綠色建筑已經(jīng)成為土地拍賣市場上重要的加分項目，可以預(yù)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(yè)納入碳排放交易，房地產(chǎn)市場除了地段價值、居住品質(zhì)之外，建筑碳資產(chǎn)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(chǎn)品的終端消費者，建筑仍應(yīng)擔當起部分隱含碳排放的排放責任。應(yīng)更多思考如何提升建筑使用壽命，從“大拆大建”等粗放發(fā)展模式向開發(fā)低碳結(jié)構(gòu)體系、推廣綠色建材應(yīng)用等集約型低碳發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。
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作者:汪磊磊 陳丹 單位:天津住宅科學(xué)研究院有限公司
