高翔宇 王新春 盧奕霖

（1.建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所 北京 100024；2.秦皇島星箭特種玻璃有限公司 秦皇島 066004）

0 引言

2015年12月12日，世界各國領(lǐng)導(dǎo)人在巴黎聯(lián)合國氣候變化大會(huì)（COP21）上通過《巴黎協(xié)定》。該協(xié)議設(shè)定了指導(dǎo)所有國家的長期目標(biāo)：大幅度減少全球溫室氣體排放，將本世紀(jì)全球氣溫上升幅度控制在2 ℃，同時(shí)努力將氣溫上升幅度進(jìn)一步控制在1.5 ℃［1］。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，世界需要在2030年前將全球碳排放量減少50%以上，并在2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和［2］。2020年9月，中國宣布二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。2022年11月，工信部、國家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部、住建部印發(fā)《建材行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案》，提出2030年前建材行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰［3］。

建筑是碳排放的三大領(lǐng)域之一，建筑領(lǐng)域?yàn)閷?shí)現(xiàn)碳中和，不論是新建建筑還是既有建筑的節(jié)能改造，均需要三玻兩腔中空玻璃等高性能建筑玻璃，從而帶動(dòng)建筑玻璃的需求將持續(xù)增長［4］。

建筑玻璃工業(yè)是能源和碳排放密集型產(chǎn)業(yè)。嚴(yán)玉廷等［5］把二氧化碳排放分為直接排放和間接排放，其中燃料燃燒過程排放和工業(yè)生產(chǎn)過程排放屬于直接排放，燃料燃燒、過程排放和間接排放占比為61%～67%、20%～24%和12%～15%。中國建筑材料聯(lián)合會(huì)［6］報(bào)告2020年建筑玻璃工業(yè)排放二氧化碳2740萬噸。劉志海［7-8］研究我國平板玻璃單位產(chǎn)品能耗，指出2019年我國浮法玻璃行業(yè)單位產(chǎn)品能耗12.01 kgce/重量箱，并研究平板玻璃碳中和途徑。但至今沒有文獻(xiàn)預(yù)測(cè)建筑玻璃工業(yè)碳排放情況。

在碳中和背景下，建筑玻璃需求仍舊增加，在進(jìn)行碳達(dá)峰預(yù)測(cè)過程中需要考慮新建建筑和既有建筑節(jié)能改造對(duì)玻璃需求的拉動(dòng)，以及高性能中空玻璃的增加對(duì)玻璃需求結(jié)構(gòu)和需求量的影響。相同面積但不同厚度的玻璃，單位面積的碳排放不同，平均厚度減少1 mm，全行業(yè)碳減排降低近20%，因此需要關(guān)注玻璃減薄對(duì)碳達(dá)峰的作用［9］。

本文以文獻(xiàn)［10］為基礎(chǔ)，分析2010—2022年建筑面積和建筑玻璃產(chǎn)量數(shù)據(jù)，對(duì)建筑玻璃面積-建筑面積進(jìn)行線性擬合，結(jié)合玻璃減薄、三玻窗普及等因素，對(duì)未來建筑面積的情景分析，預(yù)測(cè)2023—2040年建筑玻璃需求量，進(jìn)而預(yù)測(cè)碳排放情況，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo)。

1 數(shù)據(jù)處理方法

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2010—2020年新建建筑面積源于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心提供［10］。

2021—2022年新建建筑面積源于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心提供的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)［10］。

1.2 估算數(shù)據(jù)

2010—2022年建筑玻璃產(chǎn)量源于國家統(tǒng)計(jì)局提供的平板玻璃產(chǎn)量，按建筑玻璃占平板玻璃比例90%）估算得出。

2010—2022年翻新建筑面積為結(jié)合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部老舊小區(qū)改造量估算。2010—2022年建筑玻璃面積估算（玻璃50kg/重量箱，玻璃密度2500 kg/m3）：

2010—2022年平均玻璃厚度源于行業(yè)調(diào)研估算。

1.3 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

2023—2040年新建建筑面積源于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心預(yù)測(cè)。

2023—2040年翻新建筑面積源于預(yù)估：基準(zhǔn)情景下每年增加1億m2，高速發(fā)展情景下每年增加1.5億m2，低速發(fā)展情景下每年增加0.5億m2。

2023—2040年平均玻璃厚度源于預(yù)估：基準(zhǔn)情景下每年減薄0.05 mm，快速情景下每年減薄0.1 mm。

2023—2040年“三玻窗普及修正系數(shù)”源于預(yù)估。

由于三玻窗的普及，擬“三玻窗普及修正系數(shù)” 即單位建筑面積普通窗＋三玻窗平均消耗建筑玻璃面積相對(duì)于2022年的比例。預(yù)估方法：

三窗普及率以冪指數(shù)增長，2023年起，40年后增加1/4。

預(yù)估2023—2040年的“三玻窗普及修正系數(shù)”如表1所示。

表1 預(yù)估2023—2040年的“三玻窗普及修正系數(shù)”

2 預(yù)測(cè)方法

分析建筑玻璃使用量與建筑面積之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。因建筑玻璃產(chǎn)量近似于需求量，由2010—2022年建筑面積和建筑玻璃產(chǎn)量數(shù)據(jù)，對(duì)建筑玻璃面積-建筑面積進(jìn)行線性擬合，結(jié)合對(duì)未來建筑面積的情景分析，預(yù)測(cè)2023—2040年建筑玻璃需求量，進(jìn)而預(yù)測(cè)碳排放情況?？蚣芰鞒倘鐖D1所示。

圖1 碳達(dá)峰預(yù)測(cè)框架流程

2.1 建筑玻璃面積與建筑面積間的線性擬合

考慮到2010—2022年室內(nèi)隔斷玻璃的用量以及窗戶面積占?jí)γ姹壤奶岣撸?010年單位建筑面積玻璃用量為基準(zhǔn)，擬“單位建筑面積玻璃用量修正系數(shù)”為預(yù)估單位建筑面積建筑玻璃用量逐年變化情況相對(duì)于2010年的比值。

擬用“（新建＋翻新）修正面積” 即根據(jù)“單位建筑面積玻璃用量修正系數(shù)”，擬合成單位建筑面積玻璃用量不變情況下的虛擬建筑面積?！埃ㄐ陆ǎ拢┬拚娣e”＝“（新建＋翻新）－實(shí)際建筑面積”ד單位建筑面積玻璃用量修正系數(shù)”。

2010—2022年我國每年新建建筑面積、每年翻新建筑面積、每年建筑玻璃產(chǎn)量、平均玻璃厚度、建筑玻璃面積、單位建筑面積玻璃用量修正系數(shù)、（新建＋翻新）修正面積，如表2所示。

建筑玻璃面積與“（新建＋翻新）修正面積”有關(guān)，對(duì)二者進(jìn)行線性回歸分析，如圖2所示。

圖2 建筑玻璃面積與“（新建＋翻新）修正面積”線性回歸圖

由圖2可知，建筑玻璃面積與“（新建＋翻新）修正面積”呈顯著正相關(guān)，y＝1.3269x-24.835，R2＝ 0.9074。

2.2 2023—2040年建筑面積和玻璃減薄發(fā)展情景設(shè)計(jì)

預(yù)計(jì)2023—2040年新建建筑發(fā)展速度減緩，翻新改造建筑將會(huì)增多。以現(xiàn)有的建筑新建速度為基準(zhǔn)（中速），把2023—2040年新建建筑面積分為中速、低速兩檔預(yù)測(cè)，中速為現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)不變、發(fā)展速度不變的情景，低速為建筑業(yè)放緩發(fā)展情景。以現(xiàn)有的建筑翻新速度為基準(zhǔn)（中速），把翻新改造建筑面積分為高速、中速、低速三檔預(yù)測(cè)。以現(xiàn)有的玻璃厚度為基準(zhǔn)（中速），把玻璃減薄分為高速、中速兩檔預(yù)測(cè)。共12種情景組合，如表3所示。

表3 2023—2040年建筑面積和玻璃減薄情景組合

根據(jù)中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提供的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，不同情景下2023—2040年新建建筑面積如表4所示。

表4 2023—2040年新建建筑面積預(yù)測(cè) 億m2

根據(jù)中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提供的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，不同情景下2023—2040年翻新建筑面積如表5所示。

表5 2023—2040年翻新建筑面積預(yù)測(cè) 億m2

由于玻璃減薄，預(yù)測(cè)2023—2040年的“平均玻璃厚度”如表6所示。

表6 預(yù)測(cè)2023—2040年的“平均玻璃厚度” mm

2.3 2023—2040年建筑玻璃面積需求預(yù)測(cè)方法

2023—2040年“單位建筑面積玻璃用量可比系數(shù)”采用2022年數(shù)據(jù)，由2023—2040年新建建筑面積和翻新建筑面積對(duì)建筑玻璃面積進(jìn)行預(yù)測(cè)。計(jì)算公式為：

2.4 2023年—2040年建筑玻璃產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法

由2023—2040年建筑玻璃面積、平均玻璃厚度、三玻窗普及修正系數(shù)對(duì)建筑玻璃產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。計(jì)算公式為：

2.5 2023—2040年建筑玻璃碳排放量測(cè)算方法

根據(jù)對(duì)2020年平板玻璃行業(yè)燃料結(jié)構(gòu)、產(chǎn)能產(chǎn)量、技術(shù)水平等實(shí)際情況，調(diào)研得出平板玻璃碳排放強(qiáng)度為0.0325～0.041 tCO2/重量箱，平均為0.034 tCO2/重量箱［10］。本文預(yù)測(cè)采用平板玻璃碳排放強(qiáng)度為340萬tCO2/億重量箱。

3 建筑玻璃碳排放預(yù)測(cè)

3.1 建筑玻璃面積需求預(yù)測(cè)

根據(jù)式（2）預(yù)測(cè)2023—2040年建筑玻璃面積需求，作出2010—2040年建筑玻璃面積需求發(fā)展趨勢(shì)圖，如圖3所示。

圖3 建筑玻璃面積需求發(fā)展趨勢(shì)

由圖3可知，所有情景下建筑玻璃面積均呈增長趨勢(shì)。由于情景1/情景7、情景2/情景8、情景3/情景9、情景4/情景10、情景5/情景11、情景6/情景12兩兩新建＋翻新情景設(shè)計(jì)相同，只是玻璃減薄速度不同，所以其兩兩玻璃面積需求發(fā)展趨勢(shì)相同。

3.2 建筑玻璃產(chǎn)量預(yù)測(cè)

根據(jù)式（3）預(yù)測(cè)2023—2040年建筑玻璃產(chǎn)量，作出2010—2040年建筑玻璃需求量發(fā)展趨勢(shì)圖，如圖4所示。

圖4 建筑玻璃產(chǎn)量發(fā)展趨勢(shì)

由圖4可見，12種預(yù)測(cè)情景中，建筑玻璃產(chǎn)量（億重量箱）發(fā)展趨勢(shì)不一，具體分析見表7。

表7 建筑玻璃產(chǎn)量（億重量箱）預(yù)測(cè)情景分析

3.3 建筑玻璃碳排放指數(shù)預(yù)測(cè)

根據(jù)式（4）測(cè)算2010—2040年建筑玻璃碳排放指數(shù)（指數(shù)的單位為萬噸），挑選出2030年前產(chǎn)量（億重量箱）達(dá)峰，達(dá)峰之后產(chǎn)量減少的情景，作出建筑玻璃碳排放指數(shù)發(fā)展趨勢(shì)圖，如圖5所示。

圖5 建筑玻璃碳排放指數(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4 建筑玻璃工業(yè)碳達(dá)峰分析

情景1、情景2、情景4、情景5、情景6、情景10均符合2030年前碳達(dá)峰發(fā)展要求，其中，前5個(gè)情景均是在玻璃減薄高速的條件下實(shí)現(xiàn)的。

結(jié)合圖3與圖5可知，情景5、情景6既符合碳達(dá)峰發(fā)展預(yù)期，又符合玻璃產(chǎn)量增長預(yù)期。由此說明，加速減薄玻璃厚度，對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑玻璃工業(yè)碳達(dá)峰有重要影響。

本文原始數(shù)據(jù)多為估算數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步抽樣調(diào)研，改善數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性。