专家观点|王有为：建设领域双碳实践的若干认知

01 碳排放的表达方式与计算时间

十几年前，业内已对碳排放的三种表达方式得到共识，即人均排放、单位GDP排放、单位地域面积排放（每 平方公里地域的碳排放量），以至于迄今仍有以此表达方式的，如香港认为城市已碳达峰，近年一直维持在约 4000~4500万吨二氧化碳当量，发电量是其最大的碳排放量，占总排放量约70%，他们打算逐步利用更多的天然气发电替代部分电煤发电，他们公布的人均碳排放量是2014年6.2吨/人，2020年小于4.5吨/人，2030年3.3~3.8吨/人。
    因为当今国际国内人口流动的情况非常突出，故计算人均排放时，对消耗的能源与碳排放能基本把握，但总人数的量难以正确估算，水份含量较大，故不太适用。地域面积与人口总量同样难以正确估算，各地区各城市均由平原、山地、水域等面积组成，占地又不一样，若以每平方公里的排放量对比，会发生较大的差异，不具备可比性，故很少有人应用。国家、地区、城市 的GDP是世界经济发展的重要参数，联合国对其的统 计方法作了许多规定，具有一定的可靠性，所以用单位GDP的能耗与碳排放来计算获得共识。中国是以一万元人民币的GDP统计其能耗与碳排放，国际上是以1千美元的GDP统计其能耗与碳排放，这样就有一定的 可比性。北京市公布2020年万元GDP能耗和碳排放分 别下降到0.21吨标准煤和0.42吨二氧化碳，为全国最优水平，上海市万元GDP的能耗为0.31吨标准煤，杭州市万元GDP的能耗为0.29吨标准煤。数值的大小，与城市的性质有关，北京的经济主要增长点来自金融、 科技等产业，具有能耗低、技术先进、附加值高等特点， 它的高能耗高排放产业几年前就外迁，人口不断往雄安疏解。上海是生产型城市，与国外大都市不一样（以居 住为主，碳排放主要来自建筑和交通），它的制造业发达，为国家产生较高的GDP，当前二氧化碳年排放量2亿吨左右。据世界资源研究所的数据，其中来自工业、 交通和建筑三大领域的碳排放比分别占45%、30%和 25%左右。2025年建筑领域碳排放量控制在4500万吨左右，也就是说要在保持经济增长的同时，将碳排放量 5000多万吨降低500多万吨，压力相对较大。香港是消费型城市，外向型经济体，大部分物品都依靠进口， 与生产及运输进口食品、物料和产品相关的碳排放所外在的，只有调控消费需求，可减少碳排放。所以做城市的碳达峰分析时，要与城市的性质结合起来考虑，不能 以绝对值的大小来判断城市的低碳程度。
    中央工作意见文件中，分列了2025年、2030年、2060年三个时段的主要目标。近期工作肯定是以2025年的目标为主要考虑。文件写到：到2025年，绿色低 碳循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用 效率大幅提升，单位国内生产总值能耗比2020年下降13.5%，单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下 降18%；非化石能源消费比重达到20%左右；森林覆 盖率达到24.1%，森林蓄积量达到180亿立方米，为实现碳达峰、碳中和奠定坚实基础。

这个目标传递了几个重要信号，碳排放的表达方式是以单位GDP能耗与碳排放来体现的，它不仅要给量 化指标，还要求2025年与2020年相比，满足减幅指标，非化石能源比重要达到20%，同时明确了固碳的要求。
    建设领域如何实施呢？笔者主观认为，大体上可以 一个城市、一个城区（园区）来分析计算，如上海虹桥 商务区核心区面积为3.7Km2，人口为110458人，核心 区的GDP为207.5亿元，碳排放量60.06万tCO2e/a， 单位面积碳排放的量162.32kgCO2e/m2a，单位人口碳 排放量5.44CO2e/人.a，单位GDP碳排放量0.289tCO2e/ 万元，相当于同类商务区2005年的碳排放水平，减碳 比达58.35%，这是我国绿色生态城区评审中得分率最高的一个新城新区，十几年前就考虑绿色低碳发展，这 里的人均排放、单位地域面积排放仅供参考，但其万元 GDP的碳排放量为0.289t是个相当先进的数字。中小 范围可缩小到一个建筑，甚至施工企业接到某项目的施 工任务。建造新项目大致分为基础工程、主体结构与装 修装饰机电设备安装三个阶段，基础工程采用挖土机、 推土机、打桩机、压路机，能源以油为主，后二个阶段 以电为主。笔者在深圳做绿色施工示范项目时，曾对吊车、施工电梯、电焊机、钢筋切割机、木工电锯、泵送混泥土、食堂、办公室、工人宿舍等安排了17块电表， 每天的用能情况全部进入能源监测仪，从进场第一天到竣工验收那天，所用的油、气、煤、电全部智能记录， 这样项目的合同总额，可以推算出万元GDP的能耗与 碳排放，再结合工地上采用可再生能源的情况，若结合主动措施（设备更新、管理制度加严、施工工艺创新等）与2020年时的能耗与碳排放作比较，就可评判是否绿 色低碳了。若在我国的中心城市和省会城市，对较大的 项目都实施类似的真正意义上的绿色建造，充分体现建造阶段的能源与碳排放的精细测算，应该是国际领先水平。

建筑碳排放过去以建材生产、运输、施工、运营、维修、拆除、废弃物处理七个阶段全生命周期考虑的， 运营时间各国基本以40~60年为准考虑，中国是以50年为准考虑，所以运营的碳排放占比最大，约80%~90%（中国建筑碳排放案例汇编一书证明了此比）。目前，国际国内高度关心气候变化与碳排放，纷纷要求短期内做到碳达峰，我国也在联合国大会上承诺2030年碳达峰，所以原有的全生命周期（50年）的理论已跟不上形势要求。中央已要求以年为步长来计算汇报分析碳排放的量值问题。施工一般2~3年，在50年的全生命周期中占比很小，未引起重视。若以年为步长，施工引起的能耗强度、排放强度，立即上升到显眼的位置，当今基本划分为建造（含建材、运输、施工）与运营（含维修等）二个阶段，各种资料数据不一，统计口径有异， 笔者认为，建造占全社会排放的24%，运营占20%， 似相对靠谱，当然随着国家基本建设的方针调整，会随之而变化的。

02  建筑设计依托的标准

    中央双碳工作意见（十八）款规定，大力发展节能 低碳建筑。持续提高新建建筑节能标准，加快推进超低 能耗、近零能耗、低碳建筑规模化发展。由于国内标准化工作的放开，各省市地区协会学会大力开展建筑标准 的编制工作，形成名目众多的局面。除绿色建筑、节能建筑、被动式建筑、主动式建筑、健康建筑外，按能耗 程度，又有超低能耗、近零能耗、零能耗三类建筑，按碳排放不一，又有低碳建筑、零碳建筑，当然还有智能建筑、生态建筑、百年建筑，出于不同角度命名的建筑名。全球找不到一个国家能像中国给建筑有那么丰富多彩的冠名，以致常有人议论，我们到底去设计哪种建筑。针对当前的形势，双碳工作意见给出的答案很明确，能耗与碳排放是建筑考虑的重中之重。
    天津市的老专家在一次讨论中发言说：“有些绿建三星的建筑，其能耗比非绿色建筑还高，连国外也如此。此话不见得正确，其科学性在此且不深入展开讨论，却暴露了工程界设计、计算、分析、评价中的一个问题。我们所做的基础是静态负荷下的分析，三十年的气象资料，室内外的温差、围护结构的传热系数、门窗的气密性、硬件设备的效率、室内工况条件的设定等，但对动态负荷缺乏分析，工作时间的变化，人员的增减，电梯使用的频度，气候的变化，物业管理的到位，特别是人的行为，开了窗开空调或暖气，温度设置的高低等均是无法估算的，形成了实测能耗与计算能耗的差异，这 在日后的双碳工作中应给以高度的关注。特别是行为节能，会议中、口头上都有共识，落实到行动，或量化分析， 始终没见到有效的研究。在香港的某次论坛上，英国剑桥大学的一位教授指出，英国的建筑碳排放占27%，既有建筑改造后可减少3%，但如果抓行为节能后可减9%， 是旧房改造的3倍。新加坡一位业内人士指出，有调查报告得出行为节能已占建筑能耗的50%。虽没细究，但这些信息是惊人的。我国的标准已有涉及行为节能，如国标《绿色生态城区评价标准》GB/T51255-2017中11.2.6鼓励城区节能，有促进节能的措施，评价总分为6分，应按下列规则分别评分并累计：（1）制定管理措施，公共建筑夏季室内空调设置不低于  26°  C，冬季室内空调设置不高于20°C，评价分值为3分。（2）制定优惠措施，鼓励居民购置一级或二级节能家电，评价分值为3分。
    有研究表明，夏天温度降低一度，能耗增加9%， 冬天温度升高一度，能耗增加12%，温度设置的行为与节能有如此大的关联，所以中央明确近五年开展碳达峰 中七项重点工作之一就是绿色低碳生活，行为节能应含在绿色低碳生活中，绿建委对此的工作规划之一就是开展对青少年绿色低碳科普教育。我们组织专家编写 了大学、中学、小学三个层次的绿色低碳教材，分别在部分省市开展了科普教育，取得了一定效果，让青少年从小就树起绿色低碳理念，为民族的文化进步发挥了一点作用。
    设计启动前，一张白纸一片空地，估算未来建筑的能耗与碳排放当然是以软件为基础，不同的软件不同的工况条件，计算结果会有一定的差异，可作为分析对比的参考。中央文件既然强调了超低能耗、近零能耗、低碳建筑规模化发展，工程界尽可能按此标准设计且评定能耗与碳排放。但需清醒的认识到，中央所指2030年的碳达峰，绝对是指实际的能耗与碳排放，而不是设计分析的能耗与碳排放。
03  建筑节能减排的重点与具体做法
    民用建筑基本分为居住建筑与公共建筑两部分。过去的经验，公共建筑是居住建筑能耗的5~10倍，引发 了一个问题，抓建筑能耗与碳排放的技术路线如何制订。居住建筑占比较大，涉及到以人为本的问题，高层居住 建筑能耗又肯定大于多层、低层居住建筑，最关键的是居住人的贫富不一、行为不一，有的人家中电器齐全， 所有房间灯光、空调全部打开，行为无法控制；公共建筑分为办公建筑(政府办公楼、商务办公楼、企业办公楼)、星级宾馆(高星级与中低星级)、商厦(大型、中 小型)、医院建筑(不同级别)及体育馆、图书馆、博物馆、 展览馆等建筑，能耗明显高于居住建筑，最重要的是公 共建筑有条件装上智能设备，将其每天的能耗(分项记录中的照明、插座、空调、动力等)自动记录在案，便于向国家交出实测能耗数据，更是未来碳交易的充分依据。碍于管理工作量的约束，建议针对高能耗高排放的建筑，如高星级宾馆、大型商厦、高级别医院、政府办公楼(起到示范作用)数据信息中心强制安装能源监测装置，交出实测数据。
纽约为世界第三大碳排放城市(建筑排放占69%， 交通占23%）纽约政府为节能减排，对2.3万平米以上 的建筑实施配额管理，每超一吨二氧化碳罚款268美元， 迫使业主采取各种措施，将能耗与碳排放降下来。中央 工作意见文件中(十八)款指出，大力推进城乡既有建 筑和市政基础设施节能改造，提升建筑节能低碳水平， 逐步开展建筑能耗限额管理，推行建筑能效检测评识，开展建筑领域低碳发展绩效评估。国内外的经验表明， 配额和碳价是促进节能减排的两个杀手锏。
    上海市在2018年对纳管企业就下达了1.58亿吨的 配额总量，分配方法如下：（1）行业基准线法：电企业、电网企业、供热企业。（2）历史强度法：工业企业、航空港口及水运企业、自来水生产企业。（3）历史排放法：商场、宾馆、商务办公、机场等 建筑，以及产品复杂、近几年边界变化大、难以采用行业基准线法或历史强度法的工业企业。每类核算方法均有细节规定。

碳排放权交易，归根结底还是一种带有金融性质的政策性工具。它并不鼓励企业花钱买配额完成任务，而 是通过市场手段来促使企业逐步降低碳排放强度，碳排 放的配额分配主要靠行政手段实施。每年根据宏观经济 的发展，节能减排技术的进步以及国家应对气候变化政策的发展，对分配给各企业的碳排放配额进行调整，促使企业不断提升能源利用效率。
    除了配额的约束作用，碳价的变化也是促使企业不断节能减排的一个重要因素。中国目前的碳价是52元人民币/吨，欧盟的碳价年内已从58欧元/吨涨到85欧元/吨。专家判断，我国的碳价近期会上扬。碳价与 配额是推进我国节能减排的两个杀手锏。
    双碳工作要以实际的能耗与碳排放作为交卷成果， 应该引起我国工程界的高度关注，当前超低能耗、近零能耗、零能耗、近零碳、零碳的呼声很高，但几乎看不 到最终实测数据的建筑分析(二层的小别墅无实用意义，不在此例）。
    例如，日本三菱电机在神奈川县镰仓市(与北京气候 相近)所建6400平米的办公大楼，通过结合自发电子 节能设备实现能源消耗实际为零。该大楼已获得第三方机构的零能耗“ZEB”认证，在日本尚属首例。
    该办公楼为四层，楼内还设有升降梯和食堂等能耗较高的设备，维持作为办公大楼的便利性。自动控制空 调和照明以实现优先利用自然通风和采光，能耗较同规 模的大楼消减了63.5%,在屋顶和各层的屋檐设置了约1200块太阳能电池板，作为大楼的能源供应。约260名员工在此工作，进行约1年时间的验证，投资成本较 高约40亿日元(约合人民币2.5亿元)，即每平米造价约4万元人民币。
    中国建筑的节能减排一定要经得起第三方机构的检测认证，才算是真正落实中央的双碳要求，才能进入到碳市场进行交易。
04  建筑电气化在双碳工作中的地位
    能源转型是双碳工作中的重要环节。能源转型既要突出清洁能源取代化石能源的工作，又要加大电能在终 端能源中的比重，即加快建筑电气化、工业电气化、交 通电气化。这三大产业中，建筑具有电气化的最大优势。
    中国节能协会公布的几个关键数据引人深思。2018年建筑运营碳排放占全国能源碳排放的 22%，全过程碳排放占比约51%。直流建筑联盟指出2060碳 中和目标下，在建筑用能需求合理增长的前提下，建 筑电力系统至少达到双90%(即建筑电气化率90%， 建筑电力供给中非化石比例90%)，同时大力推进建筑 节能工作，建筑碳排放量才有可能降到5.5亿吨左右，基本满足巴黎协定2度目标的要求，如果没有足够大 比例的清洁能源作为终端用能，再电气化，负荷再增 长也只会增碳，所以非化石能源的应用是建筑领域电气化非常重要的前提。建筑本身的直接碳排放包括炊事、热水、采暖三个部分，电气化意味着这三块通过电气化兑现(电气化率90%）加上电力供给中非化石比例90%，降碳的作用很 明显。2019年全国非化石能源发电量23938.9亿千瓦时， 占全国发电量的比重为32.7%。五大发电集团相继对中 央表态至2025年达峰。建筑获得的是绿电，这就是建筑电气化的基础。
    建筑电气化解决方案是“光、储、直、柔”系统。“光”指分布式光伏，未来城市有近50亿平米的屋顶和可见光垂直表面。利用其80%做光伏，可解决目前 建筑用电的近40%，农村可利用屋顶150亿平米，利 用其80%的光伏，可发电量是目前农村用电总量的3-4倍（据直流建筑联盟）。这意味着，通过与电网的柔性交互，建筑电气化不仅消纳来自电网的清洁能源电力， 还能支持区域内的电力用户，如工业和公共事业。国家 能源局2021 年 6 月 20 日下发《关于报送整县（市、 区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》要求党政机 关、学校、医院、厂房等屋顶安装不同比例的光伏发电，且将过去的BAPV（附在建筑物上的光伏）系统提高为 BIPV（建材型光伏组件）。建筑电气化得有一个前提，光伏得有足够的量，如果没有足够的量还需要电网输出 很多的负荷，这样电网的压力就比较大。
    “储”，国内的宁德时代、比亚迪企业的全部锂电 池储能设备产能占全球同类产能70%以上的市场份额， 近年来已发展到钒电池，瞬间充电，安全性高、容量大、环保性强，使用寿命是锂电池的九倍。但比较美国，将光能储存在墙内，还是有相当的差距，下一步要充分解 决分布式电储能技术，分布式储能非常重要，没有它就很难实现柔性的交互，很难与区域电网交互。
    “直”指建筑直流配电，我国西电东送已建十条直流输送线（建设成本低、能量损失小），六条交流输送线，可与现有的交流配电系统共生共用。
“柔”指柔性负载，消纳区域内的清洁能源发电，帮助电网实现调峰和调度，有助于提高建筑和城市的 韧性。

建议各省、市、区在贯彻落实碳达峰过程中，可启动建筑电气化的示范点，对比其“光、储、直、柔”系统，总结其碳排放的量化数据，有希望让建筑走在工业与交通的前面。