于成東

低碳城市是以低碳經(jīng)濟(jì)為發(fā)展模式及方向、市民以低碳生活為理念和行為特征、政府公務(wù)管理層以低碳社會(huì)為建設(shè)目標(biāo)和藍(lán)圖的城市。在“碳達(dá)峰、碳中和”的大背景下，低碳城市已成為城市品牌的新目標(biāo)。城市是現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的聚集地，是國民收入主體，城市碳排放為城鄉(xiāng)碳排放總量的70%～80%。近年來，隨著城市建設(shè)步伐加快，城市中為人們提供工作和生活空間的建筑，其建造過程和維護(hù)運(yùn)行過程能耗巨大，碳排放已達(dá)城市碳排放總量的40%以上。由此可見，低碳建筑是我國低碳城市建設(shè)的重點(diǎn)。下面，筆者就低碳建筑問題談?wù)剛€(gè)人粗淺看法——

大力推進(jìn)建筑綠色節(jié)能普及化

綠色建筑是低碳城市的重要組成部分。綠色建筑建設(shè)包括：建筑節(jié)能政策與法規(guī)的建立；建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與評價(jià)技術(shù)；供熱計(jì)量控制技術(shù)研究；可再生能源等新能源和低能耗、超低能耗技術(shù)與產(chǎn)品在住宅建筑中的應(yīng)用；推廣建筑節(jié)能，促進(jìn)政府部門、設(shè)計(jì)單位、房地產(chǎn)企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)等形成合力。

為進(jìn)一步加大建筑節(jié)能減排力度，2020年7月住建部、國家發(fā)展改革委等多部門發(fā)布《綠色建筑創(chuàng)建行動(dòng)方案》要求：到2022年城鎮(zhèn)新建建筑中綠色建筑的面積占比達(dá)70%，進(jìn)一步提高既有建筑能效水平和推廣綠色建材應(yīng)用。與此同時(shí)，部分地方政府先后出臺(tái)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，新建建筑中綠色建筑的比例大幅提升，全國多地超低能耗、近零能耗綠色建筑相繼建成，并呈現(xiàn)出從綠色建筑試點(diǎn)向區(qū)域示范發(fā)展的良好勢頭。

近年來，國家在綠色建筑政策上支持力度較大，形成較為完善的目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)管體系，取得迅猛發(fā)展。但與發(fā)達(dá)國家相比，仍處于發(fā)展階段，需要進(jìn)一步提升建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)性能，具備條件的地區(qū)可率先達(dá)到近零能耗建筑，最終實(shí)現(xiàn)零能耗建筑。對于既有老舊建筑，應(yīng)通過完善稅收補(bǔ)貼獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，采取市場化運(yùn)作模式，加大改造力度，提升建筑節(jié)能水平，以推動(dòng)“零碳”建筑時(shí)代早日來到。

努力推進(jìn)建筑用能設(shè)備電氣化

能源供給側(cè)向綠色電力轉(zhuǎn)變是“雙碳”目標(biāo)背景下的必然抉擇，所以能源需求側(cè)降碳脫碳首先意味著終端電氣化。根據(jù)國網(wǎng)能源研究院（國家電網(wǎng)公司的綜合性能源研究智庫）2019年12月的研究成果，我國終端電氣化率2050年需達(dá)到50%以上，其中工業(yè)、建筑、交通部門分別達(dá)到52%、65%、35%。

民用建筑分公共建筑和居民建筑，建筑運(yùn)行能耗主要包括供熱取暖、制冷、熱水供應(yīng)、炊事、照明、家電、電梯、通風(fēng)等方面的能耗。目前，居民建筑的制冷、照明、家電、電梯、通風(fēng)已實(shí)現(xiàn)100%電氣化，但居民建筑的供熱取暖、熱水供應(yīng)、炊事以及公共建筑的供熱取暖、制冷、熱水供應(yīng)、炊事等的電氣化率仍然較低。

我國北方城鎮(zhèn)普遍實(shí)行集中供熱取暖，主要熱源為燃煤（燃?xì)猓犭娐?lián)產(chǎn)和燃煤（燃?xì)猓╁仩t。2017年我國大力推行北方地區(qū)清潔取暖工作，一些城市對區(qū)域集中供熱采暖熱源實(shí)施了“煤改電”替代工程，在推動(dòng)我國建筑供熱取暖用能電氣化方面進(jìn)行了有益嘗試。

在炊事方面，我國城市居民、單位食堂和餐飲業(yè)多數(shù)采用燃?xì)庠罹?。根?jù)清華大學(xué)建筑電氣化接受程度調(diào)研結(jié)果顯示：一方面，住宅炊事正在逐步向公建炊事轉(zhuǎn)移，今后不但要關(guān)注住宅炊事電氣化，更要關(guān)注單位食堂和餐飲業(yè)炊事電氣化問題，這將是今后城市炊事碳排放的大頭。另一方面，炊事電氣化替代技術(shù)已基本成熟，各類炊事電器設(shè)備不斷出現(xiàn)，從家用小型的蒸蛋器到大食堂的電蒸鍋、炒鍋，在技術(shù)上完全可以實(shí)現(xiàn)炊事電器全覆蓋。因此，實(shí)現(xiàn)炊事電氣化，取消化石能源的難點(diǎn)主要在于烹調(diào)文化和生活習(xí)慣。今后，隨著炊具電器不斷創(chuàng)新和低碳科普教育不斷展開，我國城市實(shí)現(xiàn)零碳炊事應(yīng)無較大障礙。

總之，城市建筑用能電氣化需綜合考慮公共建筑與居民住宅，也要考慮南北方氣候差異。隨著人民生活水平提高，家用電器的數(shù)量和使用強(qiáng)度呈上升趨勢。未來區(qū)域性供熱取暖和自采暖的電氣化也將逐步替代區(qū)域性燃煤燃?xì)忮仩t，炊事電氣化應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注餐廳電氣化和居民炊事習(xí)慣問題。

同時(shí)，應(yīng)繼續(xù)完善家電能效標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)簽計(jì)劃，大力推廣智能家電的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智慧管控，提高系統(tǒng)能效。

積極推進(jìn)建筑“用產(chǎn)蓄”能一體化

3月27日，中國工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能中心主任江億，在第17屆清華大學(xué)建筑節(jié)能學(xué)術(shù)周“中國低碳城鎮(zhèn)住宅發(fā)展”公開論壇上指出，基于我國建筑部門碳中和實(shí)現(xiàn)路徑的需要，建筑功能也應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，即：由過去單純的能源消費(fèi)者，轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模風(fēng)電、光電接入的貢獻(xiàn)者，集用能、產(chǎn)能、蓄能于一體，協(xié)助消納風(fēng)電、光電，解決風(fēng)電、光電的間歇性、波動(dòng)性所帶來的問題。

充分利用建筑的屋頂空間和其他可接受太陽輻射的外表面安裝光伏電池，通過這種分布式光伏發(fā)電的形式，可以在很大程度上解決大規(guī)模發(fā)展光電的時(shí)間、空間資源不足的問題，盡可能充分利用建筑表面安裝光伏，應(yīng)該成為建筑設(shè)計(jì)的重要追求，外表面的光伏利用率也應(yīng)成為今后評價(jià)綠色建筑或節(jié)能建筑的重要指標(biāo)。除了光伏發(fā)電，在零碳能源系統(tǒng)中，建筑還要承擔(dān)又一重要使命，即協(xié)助消納風(fēng)電、光電。建筑自身的光伏電力的特點(diǎn)是一天內(nèi)根據(jù)太陽輻射的變化而變化。中東部地區(qū)和海上的風(fēng)電、光電基地的發(fā)電量也是在一天內(nèi)根據(jù)天氣條件隨時(shí)變化。這些變化與用電側(cè)的需求變化并不匹配，需要有蓄能裝置來平衡電源和需求的變化。

發(fā)展建筑表面的光伏發(fā)電，這是未來大勢所趨。目前，光伏組件的成本越來越低，整體看，我國光伏發(fā)電的平均每度電成本已低于煤電。發(fā)展光伏也不會(huì)給建筑本身帶來負(fù)面影響，發(fā)展光伏的主要困難是接入和消納，在建筑內(nèi)沒有實(shí)現(xiàn)“光儲(chǔ)直柔”（光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、直流、柔性調(diào)節(jié)能力）技術(shù)改造?！肮鈨?chǔ)直柔”新型配電系統(tǒng)具體包括：利用建筑表面，發(fā)展光伏發(fā)電；連接鄰近停車場的智能充電樁，并在建筑內(nèi)部配置部分蓄電池，形成較大儲(chǔ)電能力；建筑內(nèi)部采用直流配電，通過直流電壓變化傳遞對負(fù)載用電的需求；變過去剛性用電方式為柔性，使建筑用電與風(fēng)電、光電聯(lián)動(dòng)。當(dāng)風(fēng)光發(fā)電多時(shí)就多用，并儲(chǔ)存多余電力。在發(fā)電少或不發(fā)電的情況下，則靠蓄電裝置、電動(dòng)汽車的電池和負(fù)載調(diào)節(jié)維持建筑運(yùn)行。由此，構(gòu)成一個(gè)容量巨大的分布式虛擬蓄能系統(tǒng)，以達(dá)到電源側(cè)與需求側(cè)之間的平衡。當(dāng)前，可以先建設(shè)建筑周邊停車場的光伏直流充電樁，由電動(dòng)汽車通過慢充方式消納光伏電力。這樣既有利于電動(dòng)車的推廣，又與未來建筑的“光儲(chǔ)直柔”配電改造相銜接，既是通向建筑碳中和路徑中間的重要節(jié)點(diǎn)，又是長遠(yuǎn)方向與近期任務(wù)有機(jī)結(jié)合的發(fā)展方式。

扎實(shí)推進(jìn)建筑建造維護(hù)綠色化

我國制造業(yè)用能占全國能源消費(fèi)總量的 65%，制造業(yè)用能中，80%為鋼鐵、有色、化工和建材這四個(gè)行業(yè)。2019 年我國鋼產(chǎn)量超過 10億噸，排世界第一。我國水泥、玻璃等產(chǎn)量達(dá)世界總量50%以上，形成巨大的碳排放。

大量的房屋和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來對鋼鐵、建材和有色金屬的旺盛需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國鋼鐵產(chǎn)品的70%，建材產(chǎn)品的90%，有色產(chǎn)品的20%都用于房屋和基礎(chǔ)設(shè)施建造，其中用于房屋建造占一半以上。而這些產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸又形成巨大的碳排放。

我國民用建筑建造由于建材生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工過程導(dǎo)致的二氧化碳排放量已達(dá)16億噸，接近建筑運(yùn)行的22億噸的二氧化碳排放量。兩者之和幾乎達(dá)到我國碳排放總量的40%，成為全社會(huì)二氧化碳排放占比最大的部門。

我國建筑業(yè)過去主要模式是“大拆大建”，這在特定時(shí)期有其積極意義，但從長遠(yuǎn)發(fā)展和能耗上看，應(yīng)更加重視老舊建筑的更新和改造。當(dāng)不涉及結(jié)構(gòu)主體時(shí)，通過建筑加固、維修和改造也可以滿足功能提升的需要，與大拆大建相比，就不需要大量鋼材和水泥等，同此導(dǎo)致的碳排放要遠(yuǎn)小于大拆大建。建筑產(chǎn)業(yè)應(yīng)實(shí)行轉(zhuǎn)型，從造新房轉(zhuǎn)為修舊房。這一轉(zhuǎn)型將大大減少房屋建設(shè)對鋼鐵、水泥等建材的大量需求，從而實(shí)現(xiàn)這些行業(yè)的減產(chǎn)和轉(zhuǎn)型。

加大新型低碳建材和配套的結(jié)構(gòu)體系及建造方式的科研力度，是未來建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳的重要任務(wù)。利用從煙氣中分離出來的二氧化碳生產(chǎn)新型建材，使建筑成為固碳的載體，可以使建筑業(yè)從目前的高碳行業(yè)轉(zhuǎn)為負(fù)碳行業(yè)，為碳中和事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

穩(wěn)步推進(jìn)建筑電力熱力零碳化

我國以煤炭為主要能源，需加速推進(jìn)清潔能源替代和減排整治，隨著碳中和的推進(jìn)，我國未來將減少煤炭依賴。

中國幅員遼闊，化石能源儲(chǔ)量較為豐富，其中以煤炭資源為主，石油、天然氣等資源儲(chǔ)量相對少一些。我國能源利用仍然以化石燃料為主，其中煤炭占絕對主導(dǎo)地位，其次是石油、水能、核能、風(fēng)能和天然氣。我國能源長期依賴煤炭等化石燃料，也給我國的生態(tài)環(huán)境造成極大壓力。我國的碳排放量長期居于世界首位，且遠(yuǎn)高于第二、三、四名的美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。

2019年全球二氧化碳排放量為341.7億噸，中國是98.26億噸。隨著國際社會(huì)對氣候變化的日益重視，我國所面臨的碳減排壓力不斷增加。

“十四五”規(guī)劃對于優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu)提出了一系列建議，在此基礎(chǔ)上，各地區(qū)結(jié)合自身的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和資源儲(chǔ)備情況分別制定了符合地區(qū)實(shí)際的政策目標(biāo)，多個(gè)地區(qū)宣布將減少煤炭等化石能源消費(fèi)，增加水能、風(fēng)能、太陽能、氫能、核能等清潔能源和可再生能源的開發(fā)和利用。

其中，上海市計(jì)劃在2025年前實(shí)現(xiàn)煤炭消費(fèi)總量占一次能源消費(fèi)比重下降至30%，并將本地可再生能源占全社會(huì)用電量比重提高到8%；

廣東省提出到2025年，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.0250億千瓦（包含核電裝機(jī)1850萬千瓦，氣電裝機(jī)4200萬千瓦，風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)4200萬千瓦），并使天然氣供應(yīng)能力達(dá)到700億立方米以上，制氫規(guī)模達(dá)到8萬噸，新增風(fēng)電1100萬千瓦左右；

江蘇省計(jì)劃到2025年底，實(shí)現(xiàn)全省光伏發(fā)電裝機(jī)達(dá)到2600萬千瓦，風(fēng)電新增約1100萬千瓦，新增投資約1200億元……

隨著新型能源的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，煤炭占我國能源消費(fèi)的比重逐年下降。截至2020年，我國煤炭消費(fèi)量占總能源消費(fèi)量的比重由2017年的60.4%下降為57%左右。同時(shí)，我國的非化石能源消費(fèi)占比由13.8%上升至 15.8%左右，總體能源結(jié)構(gòu)有所改善。

實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)仍需要很大的整治力度和措施。隨著國家政策的不斷推進(jìn)，我國能源利用結(jié)構(gòu)已經(jīng)有所改善。以電廠為例，從目前來看，我國電廠仍主要依賴火力發(fā)電，清潔能源和可再生能源的占比較低。2019年，我國煤炭發(fā)電比重高達(dá)64.6%，而光伏發(fā)電占比僅為3.0%，風(fēng)力發(fā)電占比為5.4%。因此要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)非一朝一夕之事，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，需要不斷完善消費(fèi)綠色能源的鼓勵(lì)政策，科學(xué)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，優(yōu)化能源市場。

目前看來，對于提高能源效率、促進(jìn)低碳化發(fā)展，我國仍然需要付出很大的整治力度。我國不斷提升能源綠色低碳消費(fèi)水平，推進(jìn)電能替代，在各個(gè)領(lǐng)域推行以電代煤、以電代油，提升電氣化水平。加大分散燃煤治理，提高燃煤鍋爐的運(yùn)行效率，加大污染治理力度。根據(jù)大氣環(huán)境改善要求，嚴(yán)格規(guī)定燃料禁燃區(qū)；推進(jìn)北方取暖方式清潔化，2019年北方清潔取暖達(dá)到55%，與2016年相比，提高21%。

目前，我國北方城鎮(zhèn)建筑有約150億平方米的冬季供暖面積，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)一步發(fā)展和居民對建筑環(huán)境的需求不斷提高，未來北方城鎮(zhèn)冬季供暖面積將達(dá)到200億平方米。

現(xiàn)在，我國北方城鎮(zhèn)采暖建筑的冬季平均耗熱量為0.3吉焦/平方米，這就需要每年42億吉焦的熱量來滿足供暖需求。目前，這些熱量中約有40%是由各種規(guī)模的燃煤燃?xì)忮仩t提供，50%則由熱電聯(lián)產(chǎn)電廠提供，其余10%主要是通過不同的電動(dòng)熱泵，從空氣、污水、地下水及地下土壤等各種低品位熱源提取熱量來滿足供熱需求。燃煤、燃?xì)忮仩t造成約10億噸二氧化碳的排放，熱電聯(lián)產(chǎn)和電動(dòng)熱泵供熱也需要分?jǐn)傠姀S所排放二氧化碳的一部分責(zé)任。

核電是未來零碳電力系統(tǒng)中的重要電源。按照規(guī)劃，未來將在東部沿海建設(shè)核電。核電排出的余熱都排入海中，若有效回收這部分熱量，將會(huì)有效緩解北方地區(qū)供熱熱源不足問題。如果采用跨季節(jié)蓄熱，使核電全年都按照熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行，幾乎可滿足80%的北方地區(qū)供熱需求。所以，核能具有巨大的深度開發(fā)利用潛力。

推進(jìn)建筑電力和熱力綠色化，絕非一朝一夕就可實(shí)現(xiàn)，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施。既要保證建筑電力和熱力的民生需求，又要積極穩(wěn)步推進(jìn)，逐步進(jìn)行零碳替代，這也是我國建筑領(lǐng)域最終實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵所在。