分析了影響該市建筑運(yùn)行階段碳排放的影響因素，預(yù)測(cè)了不同情景下該市建筑運(yùn)行碳排放情況，量化分析了各項(xiàng)技術(shù)措施的節(jié)能減排能力。結(jié)果表明：基準(zhǔn)情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將于2028年達(dá)峰，達(dá)峰值為196.54 t CO2；到2060年，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將下降至48.81 t CO2。在新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)+既有建筑節(jié)能改造+可再生能源應(yīng)用這3種技術(shù)措施進(jìn)行疊加的強(qiáng)化情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將于2028年達(dá)峰，達(dá)峰值為177.72 t CO2，到2060年，該市建筑運(yùn)行碳排放將下降至14.41 t CO2，相比于基準(zhǔn)情景可減少34.4 t CO2排放。建議該市主要技術(shù)措施推廣執(zhí)行的順序?yàn)榭稍偕茉磻?yīng)用gt;新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)gt;既有建筑節(jié)能改造。

建筑運(yùn)行階段； 碳排放； 碳達(dá)峰； 碳中和

TU201.5A

建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)

［定稿日期］2024-01-07

［基金項(xiàng)目］四川華西集團(tuán)科技項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：HXKX2021/024）

［作者簡介］徐佳（1995—），女，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)榻ㄖ?jié)能與綠色建筑。

0" 引言

2020年9月22日第75屆聯(lián)合國大會(huì)，習(xí)近平主席強(qiáng)調(diào)中國碳排放量將努力實(shí)現(xiàn)在2030年前完成達(dá)峰，在2060年前爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)碳中和［1］。在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的道路上建筑領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，根據(jù)《中國建筑能耗研究報(bào)告（2022）》，2020年全國建筑全過程（建材生產(chǎn)+建筑施工+建筑運(yùn)行）碳排放總量為50.8億t CO2，占全國碳排放總量的50.9%，其中建筑運(yùn)行階段碳排放總量為21.6億t CO2，占全國碳排放總量的21.7%，建材生產(chǎn)階段碳排放總量為28.2億t CO2，占全國碳排放總量的28.2%，建筑施工階段碳排放總量為1.0億t CO2，占全國碳排放總量的1.0%［2］。與此同時(shí)，據(jù)該報(bào)告預(yù)測(cè)2021年全國建筑全過程碳排放總量將超過2020年，達(dá)到52.2億t CO2，同比2020年將增長2.7%，其中建材生產(chǎn)階段、建筑施工階段、建筑運(yùn)行階段的碳排放量將分別達(dá)到28.7億t CO2、1.0億t CO2、22.4億t CO2［2］。因此，建筑領(lǐng)域的碳中和、碳達(dá)峰是實(shí)現(xiàn)國家層級(jí)“雙碳”目標(biāo)的重要保障。

本文以某市建筑運(yùn)行階段碳排放為研究對(duì)象。首先，對(duì)建筑運(yùn)行階段碳排放的關(guān)鍵影響因素進(jìn)行預(yù)測(cè)分析；其次，對(duì)該市基準(zhǔn)情形下的建筑運(yùn)行碳排放進(jìn)行預(yù)測(cè)；最后，根據(jù)政策基礎(chǔ)預(yù)測(cè)3種情景疊加的強(qiáng)化情景下該市建筑運(yùn)行階段碳排放情況，為該市建筑領(lǐng)域“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)參考。

1" 建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)模型

目前，建筑碳排放預(yù)測(cè)模型主要通過自上而下的方法和自下而上的方法建立，其中自上而下的方法是通過預(yù)估的建筑總能耗和碳排放量，再進(jìn)行時(shí)間及空間的降尺度分析，該方法下的主要模型有STIRPAT模型、IPAT模型、基于Kaya恒等式的預(yù)測(cè)模型等［3］。自下而上的方法是先通過計(jì)算單體建筑的逐時(shí)能耗和碳排放量，再放大到區(qū)域尺寸進(jìn)行建筑總體能耗和碳排放量的分析［4］。

為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該市各類型建筑運(yùn)行碳排放，本文將該市建筑運(yùn)行階段拆分為城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑和公共建筑分別進(jìn)行預(yù)測(cè)。依據(jù)Kaya恒等式預(yù)測(cè)，各類型建筑運(yùn)行碳排放模型公式［5］：

建筑運(yùn)行碳排放=公共建筑碳排放+城鎮(zhèn)居住建筑碳排放+農(nóng)村居住建筑碳排放

城鎮(zhèn)居住建筑碳排放=人口×城鎮(zhèn)化率×城鎮(zhèn)人均居住建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

農(nóng)村居住建筑碳排放=人口×（1-城鎮(zhèn)化率）×農(nóng)村人均居住建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

公共建筑碳排放=人口×人均公共建筑面積×單位面積能耗×單位能耗碳排放

其中：單位能耗碳排放= 2.66×煤消費(fèi)比例+1.73×油消費(fèi)比例+1.56×天然氣消費(fèi)比例+電力排放因子×電氣化比例。

2" 建筑運(yùn)行階段碳排放影響因素分析

基于國內(nèi)外學(xué)者對(duì)建筑運(yùn)行階段碳排放影響因素的研究，表明影響建筑運(yùn)行階段碳排放的主要因素有人口總量及分布、建筑面積、城鎮(zhèn)化率、能源結(jié)構(gòu)等［4、6-8］，徐偉等［9］指出人口總量、建筑面積、建筑運(yùn)行能耗強(qiáng)度是分析建筑運(yùn)行碳排放的基礎(chǔ)條件。本文將分別對(duì)該市的人口總量、城鎮(zhèn)化率、人均建筑面積、單位面積能耗、單位能耗碳排放進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

2.1" 人口總量

通過年鑒數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，“十三五”期間該市人口逐漸減少，至2020年該市擁有人口316.1萬人，“十三五”期間人口年增長率為-1.33%，導(dǎo)致該市人口出現(xiàn)逐漸減少的原因主要是因?yàn)檗r(nóng)村人口大量外出務(wù)工所致。結(jié)合該市的經(jīng)濟(jì)等因素的發(fā)展情況，本文對(duì)該市的人口做出了預(yù)測(cè)，如圖1所示，2010—2029年該市人口將逐漸減少，預(yù)計(jì)到2025年該市人口為312.6萬人，2030年該市將擁有310.9萬人口，在2030年后該市人口將逐漸上漲，到2060年該市人口預(yù)計(jì)將達(dá)到380.1萬人，同比2030年將增長22.26%，并在2060年之后保持上漲趨勢(shì)，這將成為2060年該市建筑領(lǐng)域在2060年完成碳中和的最不利因素之一。

2.2" 城鎮(zhèn)化率

由于該市山區(qū)涵蓋范圍廣，該市逐年城鎮(zhèn)化率普遍低于全國城鎮(zhèn)化率，盡管“十三五”期間該市城鎮(zhèn)化率已由46.72%增長至53.11%，但仍然低于全國城鎮(zhèn)化率。結(jié)合該市的經(jīng)濟(jì)、文化教育、社會(huì)保障等因素，本文對(duì)該市的城鎮(zhèn)化率進(jìn)行了預(yù)測(cè)，如圖2所示。預(yù)計(jì)到2025年該市城鎮(zhèn)化率將達(dá)到64.0%，2030年將達(dá)到66%，至2060年城鎮(zhèn)化率將增長至76.0%，同比2030年增長率達(dá)到15.15%。

2.3" 人均建筑面積

人均建筑面積是影響建筑碳排放水平的關(guān)鍵因素之一，主要與該市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平等因素有關(guān)［4］。根據(jù)年鑒數(shù)據(jù)顯示，2010年該市總建筑面積共有16 441.14萬m2，其中公共建筑面積為4 182.21萬m2、城鎮(zhèn)居住建筑面積2 935萬m2、農(nóng)村居住建筑面積9 323.93萬m2。“十三五”期間該市總建筑面積從18 038.18萬平方米增長至17 801.34萬m2，增長率為-1.31%，其中公共建筑面積增長率為20.30%，城鎮(zhèn)居住建筑面積增長率為9.40%，農(nóng)村居住建筑面積增長率為-12.89%。在人均建筑面積方面，“十三五”期間全市人均建筑面積變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出拋物線，2016年和2020年全市人均建筑面積均為56.32 m2/人，公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積分別增加2.2 m2/人、-0.77 m2/人、0.20 m2/人。為對(duì)該市的建筑碳排放進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，本文分別對(duì)該市的公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積進(jìn)行了預(yù)測(cè)，具體預(yù)測(cè)詳見圖3。

建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)徐佳， 高波， 巫朝敏， 等： 雙碳背景下某市建筑運(yùn)行階段減排路徑研究

根據(jù)圖3可見，該市2025年公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積將分別達(dá)到13.46 m2/人、33.05 m2/人、62.42 m2/人，2030年公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積將分別達(dá)到14.90 m2/人、34.10 m2/人、64.29 m2/人，2060年公共建筑人均面積、城鎮(zhèn)居住建筑人均面積、農(nóng)村居住建筑人均面積將分別達(dá)到17.35 m2/人、37.30 m2/人、68.94 m2/人。

2.4" 單位面積能耗

單位面積能耗主要受用能結(jié)構(gòu)、建筑面積、用能強(qiáng)度等因素的影響。該市無論是公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑還是農(nóng)村居住建筑，其主要用能類型為電力+燃?xì)?其他用能。公共建筑、農(nóng)村居住建筑的電氣化普遍比城鎮(zhèn)居住建筑高，每年公共建筑電力消耗占其總能源消耗的比例均高于59%，農(nóng)村居住建筑電力消耗占其總能源消耗的比例均高于53%。通過對(duì)該市2010—2020年建筑的用能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析歸納出了2010—2020年該市單位面積能耗的變化規(guī)律，并通過該變化規(guī)律預(yù)測(cè)了2021—2060年該市3類建筑的單位面積能耗情況。根據(jù)圖4可見，3類建筑的單位面積能耗呈現(xiàn)出逐漸遞減的發(fā)展大趨勢(shì)，但農(nóng)村居住建筑的單位面積能耗由于受到農(nóng)村建筑面積變化的影響，其在2030年之后的逐年降低率明顯低于其他兩類建筑。在2030年公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑的單位面積能耗將分別降低至8.61 kgce/m2、10.26 kgce/m2、1.50 kgce/m2。

2.5" 單位能耗碳排放

根據(jù)圖5可知，3類建筑的單位能耗碳排放將逐年遞減，在2030年公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑的單位能耗碳排放將分別降低至1.02 kgCO2/kgce、1.31 kgCO2/kgce、1.02 kgCO2/kgce。導(dǎo)致3類建筑單位能耗碳排放逐年遞減的主要原因是建筑電氣化和電網(wǎng)清潔度在不斷提升，據(jù)統(tǒng)計(jì)該市部分地區(qū)水電資源豐富，電力排放因子平穩(wěn)下降。

3" 基準(zhǔn)情景建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)

本文依據(jù)國家、省市級(jí)規(guī)劃文件的相關(guān)預(yù)期性目標(biāo)，使用建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)了在基準(zhǔn)情景下該市建筑運(yùn)行階段碳排放情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口發(fā)展、用能發(fā)展等因素設(shè)定的基準(zhǔn)情景參數(shù)見表1。

基準(zhǔn)情景下建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)結(jié)果如圖6所示。基準(zhǔn)情景下，該市建筑運(yùn)行碳排放總量將在2028年左右再度達(dá)到峰值，峰值約196.54萬t CO2，能夠按期完成2030年前碳達(dá)峰的目標(biāo)。該市建筑運(yùn)行階段碳排放的變化趨勢(shì)與全國建筑部門總體運(yùn)行階段碳排放的變化趨勢(shì)大體相同，都是以先大幅上升再緩慢下降的趨勢(shì)變化［10］。在2028年碳達(dá)峰之后，該市運(yùn)行階段碳排放總量將開始呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，向建筑碳中和邁步。預(yù)計(jì)至2060年建筑運(yùn)行碳排放總量降至48.81萬t CO2，相比2020年總量降低約147.73萬t CO2，下降幅度為75.17%。公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑的建筑運(yùn)行碳排放量在2028年達(dá)峰后也逐漸衰減。

4" 強(qiáng)化情景建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)

考慮到2060年距離現(xiàn)在較為遙遠(yuǎn)，期間充滿各種政策、

技術(shù)、社會(huì)環(huán)境等方面的不確定性影響因素，特別面向2060年設(shè)立了碳中和強(qiáng)化情景［11］，對(duì)不同情景的建筑運(yùn)行碳排放進(jìn)行了預(yù)測(cè)，各情景條件下的參數(shù)設(shè)置如表2、表3所示。

如圖7所示，碳中和強(qiáng)化情景下，即在新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)+既有建筑節(jié)能改造+可再生能源應(yīng)用這3種技術(shù)措施情景進(jìn)行疊加的條件下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放量也是將于2028年完成達(dá)峰，且峰值同比基準(zhǔn)情景下降9.58%。強(qiáng)化情景下該市2060年建筑運(yùn)行碳排放總量降至14.41萬t CO2，相比于基準(zhǔn)情景，再降低了44.58萬t CO2，其中新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、既有建筑節(jié)能改造、可再生能源應(yīng)用對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)率分別為13.51%、3.73%、17.16%?？梢姡稍偕茉吹膽?yīng)用對(duì)促進(jìn)碳中和的達(dá)成具有重要意義。

如圖7所示，強(qiáng)化情景下農(nóng)村居住建筑建筑運(yùn)行階段碳達(dá)峰的時(shí)間可提前1年于2027年完成，2028年該市建筑運(yùn)行階段碳達(dá)峰量為177.72萬tCO2，其中公共建筑運(yùn)行碳排放占比39.47%，城鎮(zhèn)居住建筑運(yùn)行碳排放占比52.52%，農(nóng)村居住建筑運(yùn)行碳排放占比8.01%。2060年該市公共建筑、城鎮(zhèn)居住建筑、農(nóng)村居住建筑運(yùn)行階段的碳排放量將分別達(dá)到5.30萬t CO2、8.79萬t CO2、0.32萬t CO2，近60%的建筑運(yùn)行碳排放量來自于城鎮(zhèn)居住建筑?？梢?，隨著時(shí)間的推進(jìn)居住建筑運(yùn)行碳排放量的比例將不斷增加，農(nóng)村居住建筑運(yùn)行碳排放量的比例將不斷減少。這主要受該市城鎮(zhèn)化率的不斷提高、城鎮(zhèn)居住面積不斷增加、城鎮(zhèn)人口不斷增加等原因的影響。

5" 結(jié)論

本文通過分析影響該市建筑運(yùn)行階段碳排放的影響因素，建立該市建筑運(yùn)行階段碳排放預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)了不同情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放情況，對(duì)該市建筑運(yùn)行階段實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的主要技術(shù)路徑進(jìn)行了研究，得出主要結(jié)論：

（1）基準(zhǔn)情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將于2028年達(dá)峰，達(dá)峰值為196.54 t CO2；到2060年，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將下降至48.81 t CO2，相比于峰值下降率為75.17%。

（2）通過新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)+既有建筑節(jié)能改造+可再生能源應(yīng)用這3種技術(shù)措施情景進(jìn)行疊加的強(qiáng)化情景下，該市建筑運(yùn)行階段碳排放將于2028年達(dá)峰，達(dá)峰值為177.72 t CO2，相比于基準(zhǔn)情景峰值可下降18.82t CO2；到2060年，該市建筑運(yùn)行碳排放將下降至14.41 t CO2，相比于基準(zhǔn)情景可減少34.4 t CO2排放，該市建筑運(yùn)行階段碳排放量的減少速度明顯加快。

（3）結(jié)合該市未來建筑運(yùn)行階段碳排放水平，建議該市以新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、既有建筑節(jié)能改造、可再生能源應(yīng)用作為主要節(jié)能減排技術(shù)措施的同時(shí)在結(jié)合用能電氣化為輔助措施來完成“雙碳”目標(biāo)。通過對(duì)各項(xiàng)主要技術(shù)措施的技術(shù)難度、減排效益及可執(zhí)行推廣性進(jìn)行分析，主要技術(shù)措施推廣執(zhí)行的順序?yàn)榭稍偕茉磻?yīng)用gt;新建建筑執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)gt;既有建筑節(jié)能改造。

（4）基于該市現(xiàn)有建筑運(yùn)行碳排放數(shù)據(jù)，建議該市在制定政策的過程中要充分考慮“雙碳”目標(biāo)的完成，根據(jù)目前數(shù)據(jù)顯示該市可在2030年前順利完成碳達(dá)峰，但按期完成碳中和的壓力較大，碳中和的實(shí)現(xiàn)需要從現(xiàn)階段就開始考慮并逐步制定相關(guān)的政策措施。

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