实现碳峰碳中和的建筑能耗挑战与对策

2022-08-21

摘要：减少建筑运营中的二氧化碳排放已成为我国碳达峰和碳中和目标的重要组成部分。通过构建“近零能耗建筑+农村建筑能耗+其他能耗”的融合情景分析模型，定量分析建筑如何在能源需求的合理控制下运行，以实现全国碳达峰和碳中和。未来40年的目标。 ，调整能源结构，推动节能低碳技术等领域进步，针对建筑运营中碳达峰和碳中和的问题和挑战提出相关政策建议。

关键词：碳峰；碳中和；建筑运行能耗；近零能耗建筑；电气化；清洁供暖

建筑运营能耗是指民用建筑在运营阶段为维护建筑室内环境，保证建筑功能而产生的所有最终能源消耗，主要包括煤炭、天然气、液化石油气（LPG） ，热和电。在能源平衡表中，建筑运营能耗主要包括城乡居民、批发、零售、住宿、餐饮等行业的最终能源消耗。本文所涉及的能源类型不包括太阳能热水器能源、薪柴、秸秆等非商业能源，也不包括氢能等非常规能源。

相关碳排放范围的定义，本文仅涵盖用于取暖、做饭、卫生热水等化石能源如煤炭、天然气、LPG等的直接二氧化碳排放。和其他主要用途需要从电网和供热站购买的电力和热量的间接二氧化碳排放，不包括建筑材料生产、建筑、制冷剂排放、建筑拆除和建筑垃圾处理等间接排放和非二氧化碳排放。二氧化碳排放量。

建筑运营所产生的二氧化碳能否尽快达峰并实现碳中和，不仅关系到经济社会可持续发展、能源低碳转型等宏观经济趋势，也关系到未来的发展。人们对美好生活的向往。满足社会主义共同富裕的本质要求。社会上有一种观点认为，只要建筑运营达到高电气化率，动力和热源结构清洁低碳，建筑运营的能源消耗就可以实现碳中和。建筑行业真的只能被动地等待国家碳达到峰值和碳中和吗？

一、建筑能耗实现峰值碳和碳中和的挑战与对策

(一）能源消耗和碳排放现状

1、建筑能耗状况

根据《中国建筑节能年度发展研究报告2021》数据，2019年我国总建筑面积约644亿平方米，其中：城镇住宅建筑面积282亿平方米，农村住宅建筑面积228亿平方米。米，公共建筑面积134亿平方米。根据《中国能源统计年鉴（2020）》，2019年居民生活、批发、零售、住宿、餐饮等行业最终能源消耗为6.34亿吨标准煤（不含LPG其他LPG）石油产品，包括一些用于运输、邮政业、建筑业、农业等的热能和煤炭）。其中，煤炭2.24亿吨，天然气623亿立方米，液化石油气3063万吨，热能16.4亿千焦，电2.06万亿千瓦时，其他能源2921万吨标准煤。若将电转化为煤耗发电，2019年建筑运营一次能源消耗约为10.2亿吨标准煤。

2、建筑运营碳排放现状

根据生态环境部2020年《省级二氧化碳排放达峰行动计划编制指南》中的全国温室气体清单排放因子，2019年建筑运营能耗二氧化碳排放量为为21.5亿吨，约占全国总量的五分之一，其中直接排放4.7亿吨，占全国总排放量的21.7%建设运营。 2019年我国建筑作业人均二氧化碳排放量1.54吨，建筑作业单位面积二氧化碳排放量33.4 kg/㎡。建筑运营减碳已成为我国碳达峰和碳中和目标的重要组成部分，对我国经济高质量发展和全面迈向低碳社会具有重要意义。

(二）建筑运营不是减排难，但面临很大挑战

从减碳技术来看，建筑运营虽然不是二氧化碳减排难度较大的领域，但仍面临很大挑战，主要表现在以下几个方面：

一是现有建筑存量大，节能建筑占比不大。我国是世界上现有建筑面积最大的国家。 2019年全国建筑面积约644亿平方米。新建建筑中，城市新建建筑基本达到节能建筑设计标准，但农村建筑达标率很低。 2019年，节能建筑面积仅占城镇现有建筑的56%。截至2020年9月，更节能的近零能耗建筑示范面积仅为1200万平方米，占城市建设面积的0.03%。在既有建筑面积中，高耗能的传统建筑仍占较大比重，既有建筑节能低碳改造面临投资大、成本高的巨大市场障碍。

二是我国建筑面积总规模尚未达到顶峰，继续保持较快增长。我国人均住宅建筑面积接近发达国家水平。 2017年，英国和法国的人均居住面积仅为35平方米，德国约为44平方米。 2019年，我国城镇人均住房建筑面积达到39.8平方米。米，农村住房建筑面积高达48.9平方米。尽管如此，近年来，我国每年新增建筑面积仍超过40亿平方米。

三是对加快发展近零能耗等节能低碳建筑缺乏认识和重视。建筑体系长期以来以规模化建设为基础，对年竣工面积、建筑质量、建筑安全等都有明确的目标和要求。然而，面对碳达峰和碳中和的新要求，零能耗建筑已经尚未形成统一认识。此外，近零能耗建筑在传统能源供应形式上发生了革命性变化，对建筑材料、零部件、施工技术、人才和产业发展提出了更高的要求。人们对节能低碳新技术、零部件性能、质量、价格等方面的疑虑，以及能否在短时间内形成新的配套产业的担忧，极大地制约了变革在理解中。

第四，建筑运营的能源供应和消费结构远未达到清洁低碳的要求。 2019年，在建筑运营终端能源消耗中，煤炭、天然气、LPG等化石能源占比46.6%；热能占最终能源消耗的8.8%，目前热源主要来自煤电热电联产和天然气供热；电力占最终能源消耗的40%，而火电仍占2019年电力结构的59%。随着生活水平的不断提高，人们对居住环境舒适度的要求也在不断提高，终端对供暖、空调、生活热水和家用电器的需求将继续增长。如果能源结构不能清洁低碳，建筑运营碳排放将呈上升趋势。

(三）建筑能耗和碳中和达到碳中和峰值的基本路径选择

被动应对碳峰值和碳中和会成为建筑行业的最终选择吗？从终端能源需求来看，中国制造强国的目标已经明确。即使在二氧化碳达到峰值之后，工业部门仍然需要大量能源需求来支持我国成为现代强国的目标。化石能源被用作工业原料和工业高品位热能的需要。属于难减排领域；在交通运输行业电气化进程中，解决国际航空、海运能源供应问题也存在技术难题；在非二氧化碳减排领域，技术问题较多；大规模利用碳捕集和掩埋 存储技术（CCS/CCUS）的未来也仍不明朗。

在这种情况下，如果建筑面积继续增加，能源需求继续增加，势必会增加全国实现碳达峰和碳中和的难度。因此，建筑部门必须积极行动，一方面降低建筑总能耗，另一方面提高建筑电气化率。只有降低建筑总能耗，才能使建筑碳排放尽快达峰，只有提高建筑电气化水平，才能有利于可再生能源等低碳零碳能源的高比例，从而实现建筑运营净零能耗。排放。

实现碳达峰和碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，传统和常规手段难以实现这一战略目标。降低建筑能耗总量，需要在控制建筑面积规模、推进近零能耗建筑、提高终端用能设备（系统）能效水平、降低能耗等方面比以往更加努力。不合理的能源使用。为实现建筑高电气化率，必须在可再生能源、核电余热等零碳热源技术推广、电热泵采暖、空调技术推广等方面取得持续显著成效，以及光储直接-柔性建筑的发展。为研究建筑运营实现碳达峰和碳中和两条基本路径的工作重点和时间表，本研究采用情景分析的方法对重要技术和政策选择的节点进行量化，即为建筑运营提供技术支持。政府决策。

二、建筑运营碳排放情景分析的主要条件及结论

(一）基于LEAP模型集成近零能耗建筑技术的情景分析方法

本研究基于“自下而上”的LEAP模型，结合2019年发布的《近零能耗建筑技术标准（GB/-2019）》）的分类和指标，并基于清华大学建筑节能研究中心建筑能耗分类方法构建了“近零能耗建筑+农村建筑能耗+其他能耗”的融合情景分析模型，对能耗数据进行了重新调整和拆分（如图1，以2018年数据为例）调整后的情景分析模块，既保留了LEAP在能源结构和效率水平上自下而上的特点，又突出了近零能源的作用建筑在实现碳排放方面的作用。调峰和碳中和的作用为近零能耗建筑的未来发展和结构变化留下了可量化的空间。

图1 建筑运行能耗数据调整拆分示意图

(二）情景分析的主要假设

本研究的基准年为 2019 年，目标年从 2025 年开始，每 5 年为一个节点年，直至 2060 年。情景分析设置两种情景：情景 1 为建筑面积高/近低的情景零能耗比，即“十四五”期间，现有建筑面积将继续扩大，“十四五”之后将逐步减少； “十四五”期间高耗能建筑难以加快发展，未来近零能耗建筑的比例会越来越少。情景二是控制建筑面积/高能耗近零能耗建筑比例的情景，即“十四五”以来建筑面积快速扩张受到抑制，近——零能耗建筑快速推广。主要情景和假设详见表 1。

(三）主要结论

1、不同场景下，建筑运营终端能源需求高峰时间差异较大

情景1下，2040年建筑运营最终能源需求峰值约为9亿吨标准煤，2060年将下降至约6.8亿吨标准煤。情景2下，建筑运营终端能源需求将在2025年达到峰值，峰值约7.4亿吨标准煤，而2060年建筑运营终端能源需求仅为3.@左右>6亿吨标准煤。

图2 2019-2060年建筑运营终端能源需求情景

2、建筑运营能耗的直接碳排放将在 2025 年达到峰值

情景分析结果表明，无论情景1还是情景2，建筑运营直接二氧化碳排放尚未达峰，达峰时间为2025年，但达峰时间不同。情景 1 的直接排放峰值为 5.1.3 GtCO2能耗管理图片，情景 2 的直接排放峰值为 4.9.5 GtCO2。情景 1 和情景 2 将分别在 2060 年和 2055 年清除直接排放。

3、建筑运营能耗所有二氧化碳排放的峰值时间最早是2025年，最晚不会超过2030年

从两种情景的分析可以看出，情景一将在2030年完成碳排放的峰值，峰值约为24亿吨二氧化碳。情景2的达峰时间可提前至2025年，达峰时间约为22亿吨二氧化碳。

图3 2019-2060年建筑运营能耗二氧化碳排放情景

4、2040年在电力零碳排放和80%供热零碳能源供应的条件下，建筑运营能耗基本实现碳中和

由于北方城区2000年后建成的房屋到2060年仍在使用，即使通过节能低碳改造达到超低能耗建筑标准的要求，仍需集中或分散供热，集中供热难以实现100%零碳能源供应。因此，到2060年国家实现碳中和时，情景2建筑的碳排放量约为3600万吨二氧化碳，基本实现碳中和。

5、如果建筑总面积不能得到有效控制，近零能耗建筑不能快速发展，建筑运营能耗实现碳中和的风险将增大

由于两种情景对建筑面积规模和近零能耗建筑比例的假设不同，两种情景在每个时间节点的碳排放量存在较大差异。与情景一相比，2035年碳排放量相差约6.1亿吨二氧化碳，2040年相差6.6亿吨二氧化碳，2050年相差6. @3.6亿吨二氧化碳，到2060年也会相差1.9 GtCO2。如果总建筑面积不能控制在760亿平方米以内，发展近零能源2030年以后建筑可以开工，2060年建筑运营产生的碳排放量仍将达到约2.3亿吨二氧化碳。

6、改善电气化是实现碳中和的必要途径

无论是场景一还是场景二，电力在建筑运营终端能源中的占比都在不断增加。到 2060 年，情景 1 和情景 2 的电气化率分别为 81.8% 和 95.1%。建筑终端的高电气化率将实现可再生电力、核电等零碳能源的大规模使用。

三、建设运营实现碳中和、达峰的主要技术路径和政策选择

(一）合理控制建筑面积规模是建筑运营实现碳峰碳中和的必要措施

只有打破现有的住房建设惯性，“十四五”期间年新增竣工面积不超过30亿平方米，“十五五”期间不超过2亿平方米，2050年后不超过7.5亿平方米；同时，2035年前年均拆迁面积小于15亿平方米，2040年后年均拆迁面积≤10亿平方米，2030年总建筑面积控制在760亿平方米以内. 只有到 2060 年，建筑物才有可能在本质上实现碳中和。

完善和调整政策是合理控制建筑面积的必要支撑。首先，要出台政策，抑制地方政府建房卖地的冲动。对人均新增建设面积超过全国人均水平的省级地方政府，暂停两年内暂停土地招拍卖政策。其次，要建立建筑企业修房盈利机制，为建筑业寻找发展之路，实现城市住房建设由“建新兼备”的转型。以“建设多于建设”。据清华大学建筑学院专家测算，拆迁+新建综合碳排放在0.6 t/㎡-0.7 t/㎡范围内，而改造和延长建筑寿命的碳排放量约为0. 3 t/㎡。

(二）发展近零能耗建筑是实现建筑运营能耗峰值碳中和的首要任务

必须统一认识，发展近零能耗建筑应该是实现碳中和的首要任务。建筑建设要从传统建筑→节能建筑→超低能耗建筑→近零能耗建筑→零能耗建筑转变。从“十四五”开始，将提高新建建筑面积中超低能耗建筑和近零能耗建筑的比例。根据模型理论，超低能耗建筑面积在新建建筑中的占比将从2019年提高0.25%，到2025年提高到35.5%，28.到 2030 年，9% 的新建建筑面积应该是零能耗建筑。 2035年后，新建建筑面积应100%接近零能耗。

在既有建筑改造中，2025年超低能耗建筑改造面积占0.16%，2035年占39.7%，78.7% in 2040 %, 2045 年以后既有建筑的所有改造都应达到超低能耗建筑标准。为此，地方政府示范工程要以政府投资项目为抓手，研究出台特定区域和特殊新区强制性推广政策和配套标准，推动近零能耗建筑率先推广应用。尽快研究制定适合夏热冬冷、夏热冬暖地区的标准或规范，尽快研究解决北方采暖区既有建筑超低能耗建筑改造方案，并适时进行示范推广。

(三）清洁供暖是中短期建筑运营降低化石能源消耗的必要途径

实现清洁供暖不仅符合绿色低碳发展趋势，也是利用现有集中供暖系统减少建筑运营中化石能源消耗和相应碳排放的必经之路。短期和中期。

近期要以工业余热为基础，以低品位热源替代燃煤，实现近零碳供热，不再建设以天然气为热源的集中供热基础设施。中期内，一是尽快提高供热终端电气化率，提高电驱动热泵市场占有率（空气源、水源、地源热泵等）需求问题，避免南方地区使用天然气壁挂炉取暖。

2035年，采用热泵技术的电采暖比例将达到30%以上，2050年后，这一比例将达到近60%。二是尽快开发、示范和推广北方沿海核电站余热利用、季节差异和夜间热源利用等清洁供暖新技术和新设备。谷电储能。三是加快在农村推广利用可再生能源的被动房技术，优先开展农房外墙、门窗、屋顶的保温改造，从根本上解决大热问题。北方农村住宅的损失和节能低效。到2060年，包括清洁电力在内的无碳能源在供暖供热中的比例达到80%以上。

(四）实施建筑电气化是高比例利用可再生能源、核电等零碳电力的重要举措

为实现高层建筑电气化目标，必须尽快组织实施建筑电气化工程。一是有条件的地区在新建建筑中开展新型供配电系统示范，适时推广；热泵技术补充供暖；三是不断提高农村居民住宅终端能源电气化比例，推广电饭煲、电卫生热水、空气源热泵技术补充供暖。四是研究探索在城市集中供热管网中使用电力驱动热泵技术的可行性。

(五）不断提高建筑物内设施、设备和系统的能源效率

长期努力的目标应该是提高建筑物内的空调、照明、电热水器等家用和办公电器、电梯等电气系统和终端设备的能源利用效率。为不断提高能源利用效率，要适时修订空调、热水器、冰箱、炊具等主要家用电器能效标准，提高市场准入门槛，增强引导作用市场上先进的能效值，充分发挥能效标识和绿色节能认证的作用。 在“十四五”、“十五五”乃至很长一段时间内，要确保主要家用电器和办公电器的能效水平每五年提高5% ; 2030年后，LED等高效照明电器产品的市场占有率将达到100%。

(六）引导健康、低碳的消费模式和行为选择

鉴于近零能耗建筑推广困难，新建建筑应执行更高的强制性节能标准，鼓励北方采暖地区将目前推荐的国家标准《近零能耗建筑技术标准》升级为强制性地方标准推动近零能耗建筑带头推广北方供暖地区。同时，尽快研究出台有利于近零能耗建筑的土地流转、容积率计算、新旧楼商品房预售等政策。

鉴于建筑电气化项目实施困难，为引导建筑用能进一步向电气化转变，应在现有天然气阶梯电价的基础上，实施更具差异化的天然气阶梯电价政策，鼓励居民做饭、卫生热水、电代气取暖。

针对建筑领域现有建筑节能改造市场机制的薄弱环节，加大绿色金融对节能低碳建材、零部件等生产企业和大宗消费者的支持力度，推广绿色节能低碳技术和零部件。市场化和产业化。研究建立建筑碳统计、碳审计、碳监测、碳公示制度，探索建立基于建筑能耗配额制的碳交易市场。

（本文发表于《中国能源》第202期1.9，作者系于聪，女，研究员，主要研究领域为提高能效的战略、规划和政策。）

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