鲁班研究院 | 未来建筑：碳中和建筑

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全球气候危机

根据2022年2月发布的IPCC第六次评估报告，按至少有50%的机会升温保持在1.5℃以下，从2020年初开始测量，世界只能多排放4600亿吨二氧化碳。近年来，全球每年排放约364亿吨。以这种速度继续，我们将在大约10年内耗尽我们的全部碳预算。

IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）提出：如何在这十年内采取气候行动，将升温控制在1.5℃的范围内，这要求2030年将碳污染在2010年的水平上减少45%，到2050年实现净零碳排放。

2020年9月，习主席在第75届联合国大会一般性辩论及气候雄心峰会上发表讲话：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”这一承诺奠定了未来40年中国的碳中和路径：2030实现碳达峰，2031-2045年快速降低碳排放，2046-2060年深度脱碳，实现碳中和。

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建筑碳排放情况分析

全球建筑碳排现状

根据IEA的调查，全世界的建筑物的能源消耗量占全球能源消耗量的近1/3，产生的的温室气体排放占约全部排放量的1/5。

目前来讲，工业化国家的建筑能源使用依然普遍存在浪费和低效的问题。发展中国家随着人口和经济的增长，也有出现同样的问题。预计到2050年，持续增长的人口和住房需求会使全球由建筑消耗的能源量增加一倍至两倍。根据中国建筑节能协会公布的数据，全国建筑全过程碳排放总量占全国碳排放总量比重超半数，其中运行阶段碳排占比21.9%。在美国，住宅和商业建筑占美国温室气体排放量的1/3，消耗全国能源的40%，并且由于能源效率低下，每年浪费超过1000亿美元。‎

建筑碳排预算

2019年住房和城乡建设部批准《建筑碳排放计算标准》为国家标准，明确了建筑碳排放计算标准、建筑物排放的定义、计算边界、排放因子以及计算方法。建筑碳排放是指建筑物在与其有关的建材生产及运输、建造及拆除、运行阶段产生的温室气体排放的总和，以二氧化碳当量表示。计算边界包括与建筑物建材生产及运输、建造及拆除、运行等活动相关的温室气体排放的计算范围。

建筑碳排放核算范围

根据《建筑碳排放计算标准》中给出的数据测算，中国平均建筑隐含碳排放强度为640 kg·CO2/m²，平均建筑运行碳排放根据建筑类型与区位因素而有所不同，北方供暖建筑比其他地区不供暖建筑平均碳排放强度高出37.3kg·CO2/m²。根据2019年的全国各类建筑总面积统计得出，2019年全国建筑运行碳排放总量为16亿吨。

2019年我国城镇人均居住建筑面积为37.7m²，到2030年预计城市化率达到68%，人口将达到峰值14.42亿。如果为新增的1.3亿人口提供37.7m²的居住面积，则需要49亿平方米的新建建筑面积；如果将城市人均住房面积提高到欧盟水平（43m²/人），则需要约100亿平方米的新建建筑面积。以达到欧盟水平测算，从现在起到2030年每年需要竣工居建面积为15亿平方米，几乎同比于2021年全年住宅新开工面积（14.6亿平方米）。为了实现2030建筑业碳达峰的目标，需要达到以下建设指标：

城市建筑运行碳达峰情景假设

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碳中和建筑发展

碳中和建筑，即净零碳建筑，指在建设和运营期间没有净碳排放的建筑。碳中和建筑的实现主要通过减少碳排放量，利用可再生能源或碳抵消来平衡。

根据IEA的建议，为达到2050年净零排放的目标，到2030年，应对所有新建筑实施涵盖运营和施工阶段的能源强度和排放的强制性的零碳建筑规范。各个国家均作出了自己的碳中和承诺。针对建筑业的减碳和碳中和，各国也出台了一系列支持建筑减碳技术研发与应用的投资举措。

各国政策推进

近两年部分国家已实施政策

政策名称 主要内容 美国能源部提高能源效率改善计划(DOE training Program to improve Energy Efficiency) DOE提供3000万美元的资金，作为其减少建筑物碳足迹的行动的一部分。 德国经济发展与复苏规划(German Development and Resilience Plan,DARP)

涉及建筑行业三项投资：

1）进一步开发用木材建造的环境友好型建筑（2000万欧元）；

2）研究市政生活能源转型的实验室投资（5700万欧元）；

3）高碳排建筑改造整治，设立BEG创新奖（2021-26年度共25亿欧元）

英国工业脱碳战略计划

(Industrial Decarbonisation Strategy)

1.71亿英镑已分配给九个绿色技术项目，用于研究脱碳基础设施建设，如CCUS和氢能源。

9.32亿英镑分配给英格兰各地的429个项目，用于减少医院，学校和市政办公室等公共设施的碳排放。

英国家庭能效投资

(Investments for household energy efficiency)

拨出超4400万英镑的资金用于减少建筑物的排放，帮助家庭节省能源费用。这项投资预计使住宅建筑物的碳排放量减少22%，降低15%的能源成本。

日本国家预算2021

(National Budget 2021)

作为2021年日本国家预算第三次补充预算的一部分，日本政府拨款55亿日元用于建筑物的脱碳。通过引入蓄电池和高性能节能通风机等可再生能源设备，建立即使在发生灾难时也能提供能源的净零能耗建筑。‎

中国碳达峰碳中和

“1+N”政策体系

“1+N”政策体系的“1”指碳达峰碳中和指导意见，“N”则包括2030年前碳达峰行动方案以及重点领域和行业政策措施和行动。

在建筑方面：

1）优化建筑用能结构：可再生能源建筑应用，推动建筑用能电气化和低碳化；

2）发展节能低碳建筑：持续提高新建建筑节能标准，全面推广绿色低碳建材。

技术发展与实施策略

目前传统的建筑物减排措施包括使用可再生清洁能源以及提高建筑物能源效率。实施策略可以具体针对不同类别的碳排放。先通过超低能耗建筑减少运行阶段能源需求，然后通过用能结构调整即建筑电气化实现运行过程的零碳。建筑用电采用光伏等可再生能源实现电力系统零碳化。同时与电力系统配合，发掘余热资源，实现零碳供热。

实现建筑碳中和的技术路径

除此外，随着技术的发展，出现了建筑循环经济（Circular Economy）方法以及使用负碳材料来达到建筑物零碳排的目标。

这里的循环经济，指通过先进的制造技术，将使用过的物品恢复到新的状态，与原始物品相比外观或性能没有区别。建筑物采用此类可重复使用的建筑物材料或物品，可以节省80%的温室气体排放。

‎负碳材料最大特点就是可以吸收二氧化碳。‎但目前负碳材料的研发水平还未完全成熟，其成本也相对昂贵。‎

城市层面碳中和实施策略可以从隐含碳和运行碳两个角度出发。控制城市建设规模，减少空置率，避免大拆大建，可以从源头控制隐含碳；延长建筑寿命，发展建筑工业化和装配式建筑则可以从建材消费端减少隐含碳。城市能源结构调整、城区可再生能源协调利用和区域级的低碳社区，则是减少城市运行碳的主要策略。

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碳中和建筑未来发展

净零碳影响着经济发展的各方各面，特别是对于建筑物，因其高排放量，生命周期长等特点，是碳减排行动中不可忽视的一环。不仅要设计和建造新的净零建筑，还需思考如何改造目前的建筑物碳排放问题。根据IPCC的调查，旧建筑和新建筑的节能潜力为50%至90%。

合理的政策推进，可以促进建筑和住区结构有效地使用能源。加之技术的快速发展，也为碳中和建筑的实现和推广带来了可能。

碳中和建筑技术的几大关键问题

碳中和问题解决是全社会都需要参与的行动，社会需要建立一个长效机制，从建筑物及其设备的的规划、施工和运维各方面考虑，投入资金来支持新技术的开发与研究。同时，也需要一系列措施和方法来改变业主、运维负责人员等的粗放式管理模式。

声明：数据主要来源IEA，IPCC，《建筑碳排放计算标准》（GB/T51366-2019）；文章由鲁班研究院原创发布，转载请申请授权。

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