[2024年資助成果] 民用建筑低碳建造關(guān)鍵技術(shù)研究-胡姍

民用建筑低碳建造關(guān)鍵技術(shù)研究

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

胡 姍，清華大學(xué)建筑學(xué)院助理研究員

建筑部門是我國(guó)能源消費(fèi)側(cè)重要的用能部門之一，建筑部門的節(jié)能減碳工作是我國(guó)未來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要基礎(chǔ)。除建筑運(yùn)行之外，建筑建造相關(guān)的排放也是全社會(huì)碳排放的重要組成部分。從全球來(lái)看，建筑業(yè)建造相關(guān)能耗占到全社會(huì)能耗總量的6%，占到全社會(huì)碳排放量的11%。而中國(guó)目前仍處于高速建設(shè)時(shí)期，建筑建造能耗和排放要顯著高于全球平均水平，分別占到總量的14%和22%，且相比于建筑運(yùn)行碳排放，建材與建造相關(guān)碳排放是在較短期周期內(nèi)完成的、對(duì)環(huán)境影響較大，因此重視并優(yōu)化建筑建造相關(guān)的用能與排放在我國(guó)是更加突出的問(wèn)題，是建筑與工業(yè)行業(yè)協(xié)同落實(shí)碳減排目標(biāo)的關(guān)鍵內(nèi)容。在此領(lǐng)域，我國(guó)長(zhǎng)期面臨著數(shù)據(jù)缺乏、關(guān)鍵問(wèn)題不清、未來(lái)發(fā)展路徑不明的問(wèn)題，因此本研究聚集于國(guó)家雙碳戰(zhàn)略下對(duì)于建造隱含碳排放減排規(guī)劃的需求，開(kāi)展了全球建筑建造隱含碳的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比及建造隱含碳排放的關(guān)鍵影響因素梳理，通過(guò)典型案例評(píng)估了單體建筑建造隱含碳排放的減排潛力，同時(shí)建立了中國(guó)建筑建造隱含能耗和碳排放的宏觀模型，評(píng)估了中國(guó)建筑隱含碳排放的現(xiàn)狀及未來(lái)減碳路徑，研究成果可為我國(guó)房地產(chǎn)開(kāi)展建筑綠色低碳建造提供技術(shù)路徑指導(dǎo)，對(duì)于我國(guó)實(shí)現(xiàn)建設(shè)領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展提供了政策決策參考。

重要研究進(jìn)展及成果

研究成果1：全球建筑建造隱含碳排放的現(xiàn)狀研究

1.1各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于隱含碳排放的關(guān)注集中在建材生產(chǎn)與運(yùn)輸階段

我國(guó)碳排放統(tǒng)計(jì)計(jì)算主要執(zhí)行的是2019年由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)頒布的《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51366，對(duì)比中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、日本《建物のＬＣＡ指針》及歐洲（英國(guó)）標(biāo)準(zhǔn)《EN15978》，可以發(fā)現(xiàn)如下結(jié)論：1）僅日本關(guān)注了設(shè)計(jì)階段的碳排放；2）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)未考慮維修、替換及處置處理階段。3）均未考慮建材回收對(duì)于隱含碳排放的影響，中國(guó)未考慮建材的回收及其碳排放影響，歐洲標(biāo)準(zhǔn)中回收階段的碳排放獨(dú)立于全生命周期之外。實(shí)際上各類標(biāo)準(zhǔn)和研究中建筑隱含碳排放的邊界、定義都并不統(tǒng)一，計(jì)算方法和采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也有顯著差異，各國(guó)雖然已經(jīng)有了建筑隱含碳排放的相關(guān)核算標(biāo)準(zhǔn)，但考慮到實(shí)際操作的可行性，在計(jì)算方法、邊界設(shè)定和碳排放因子方面都有一些簡(jiǎn)化和省略?？傮w趨勢(shì)是各國(guó)對(duì)于均關(guān)注了建材的生產(chǎn)和運(yùn)輸碳排放，但是未考慮維修、替換及處置處理階段的碳排放核算，也未考慮回收階段的碳排放。在全球各國(guó)的建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中（圖 1），也開(kāi)始關(guān)注建筑隱含碳排放，但具體看來(lái)各類標(biāo)準(zhǔn)雖然要求審核隱含碳排放，但大多數(shù)作為加分項(xiàng)，而且基本都不要求提供實(shí)際建材消耗量數(shù)據(jù)，僅采用默認(rèn)值，同時(shí)也不包含建筑隱含碳排放數(shù)據(jù)的披露要求。

圖1 全球各國(guó)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于建筑隱含碳排放的規(guī)定

研究成果2：建筑建造隱含碳排放的影響因素分析

從建筑的全壽命期（建材及運(yùn)輸、建造、運(yùn)行、拆除）看，建筑運(yùn)行用能相關(guān)碳排放占比最高約為70%，其次是建造隱含碳，包括建材生產(chǎn)碳排放約占20%，維護(hù)修繕過(guò)程約占5%，建材運(yùn)輸和建造過(guò)程約占3%，拆除處理過(guò)程約占2%。本研究進(jìn)一步通過(guò)開(kāi)展建筑建造隱含碳排放的文獻(xiàn)綜述、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、專家訪談、全球?qū)Ρ燃暗湫桶咐治?，得到我?guó)建筑建造隱含碳排放的關(guān)鍵影響因素包括：新建建筑的規(guī)模（圖 2）、存量建筑壽命、建筑結(jié)構(gòu)體系（圖 3）、建材類型，主要包括鋼材、水泥的用量和類型。低除此以外，在建筑的維修、改造、修繕階段盡量以修代拆，避免結(jié)構(gòu)體系的重建，以及對(duì)拆除階段的建材進(jìn)行回收和循環(huán)利用，也能顯著降低全社會(huì)建筑隱含碳排放。

圖2 全球建筑現(xiàn)狀規(guī)模與增速對(duì)比

圖2 不同結(jié)構(gòu)體系建筑建材碳排放分布情況（kg/m

本研究進(jìn)一步選取了位于海南的某商業(yè)建筑案例，提取其設(shè)計(jì)方案并估算其建造隱含碳排放，并對(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化比選，如圖 4。結(jié)果表明，按照原設(shè)計(jì)方案其建造隱含碳排放為708kgCO/m（混凝土方案）和720 kgCO/m（鋼結(jié)構(gòu)方案），通過(guò)采用100%的綠色三星建材，最多可將建造隱含碳排放降低14.7%。但對(duì)于房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)來(lái)說(shuō)，針對(duì)新建建筑開(kāi)展隱含碳排放降低的相關(guān)工作，仍然面臨著相關(guān)障礙，主要包括：建材行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈龐雜，尚未形成可支持低碳建材選型與建造過(guò)程減排的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、成套技術(shù)解決方案、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品庫(kù)以及權(quán)威認(rèn)證體系。

圖4 典型案例建筑隱含碳排放核算與方案優(yōu)化

研究成果3：中國(guó)建筑隱含碳排放核算模型構(gòu)建與減排路徑分析

在研究成果1和2的基礎(chǔ)上，本研究對(duì)建筑建造領(lǐng)域的建筑規(guī)模、建材、隱含能耗和排放進(jìn)行了物質(zhì)流分析，并建立了中國(guó)建筑建造隱含能耗和碳排放分析模型（China Building Construction Model），其中包括中國(guó)建筑規(guī)模輪換模型（building stock turn-over mode）、建材模塊（building material module）、建造隱含能耗和排放模塊(building embodied energy and emission module)，如圖 4。由于中國(guó)缺乏官方的建筑面積數(shù)據(jù)，中國(guó)建筑規(guī)模輪換模型利用各類建筑的竣工量、拆除量、區(qū)域調(diào)整量來(lái)估計(jì)全國(guó)分省的城鎮(zhèn)住宅、農(nóng)村住宅和公共建筑逐年存量，作為隱含能耗和碳排放估算的輸入。在中國(guó)建筑建造隱含能耗和碳排放分析模型中，考慮了三種不同的建筑類型，水泥、鋼鐵、黏土磚、建筑陶瓷、鋁材和玻璃六類建材，煤、油、氣、電四類能源，以及能源相關(guān)二氧化碳排放和水泥生產(chǎn)過(guò)程二氧化排放兩類排放。

5 中國(guó)建筑建造的物質(zhì)流分析（上）和模型框架（下）

基于模型，本研究對(duì)中國(guó)建筑建造隱含能耗及排放的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并基于對(duì)未來(lái)建筑規(guī)模的預(yù)測(cè)分析了隱含碳排放降低的潛力。結(jié)果表明，2022年中國(guó)民用建筑建造能耗為5.0億tce，占全國(guó)總能耗的9%；碳排放總量約為15億tCO，占全社會(huì)CO2排放總量的比例約13%?？紤]口徑包括工業(yè)建筑及各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，那么中國(guó)建筑業(yè)建造能耗為14.5億tce，建筑業(yè)建造相關(guān)的碳排放總量約42億tCO。如果未來(lái)中國(guó)建筑領(lǐng)域按照“大拆大建”模式發(fā)展，按照20~25年的建筑壽命來(lái)推算，面對(duì)未來(lái)人均80m2建筑面積的發(fā)展目標(biāo)，我國(guó)將在2025年及2050年前后再次經(jīng)歷建材消耗及建筑建造隱含碳排放的峰值。2050年的峰值高達(dá)12億tCO。面向我國(guó)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)，應(yīng)盡早實(shí)現(xiàn)建筑建造相關(guān)碳排放的碳達(dá)峰，并盡量降低碳排放助力全社會(huì)的碳中和目標(biāo)，因此建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)采用的關(guān)鍵措施是：合理的人均面積規(guī)劃和建筑規(guī)模總量控制（人均住宅面積40m/人，人均公建面積15.5 m/人，建筑面積總量750億m）；由“大拆大建”逐漸轉(zhuǎn)型至“以修代拆，精細(xì)修繕”，通過(guò)低碳方式實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)延壽（壽命達(dá)到50年以上），從而避免大規(guī)模建筑的結(jié)構(gòu)性重建；同時(shí)通過(guò)深度改造來(lái)實(shí)現(xiàn)老舊建筑的功能提升和重新利用；加強(qiáng)建筑拆除過(guò)程中的建材回收及循環(huán)利用，這樣有可能實(shí)現(xiàn)我國(guó)建造業(yè)的平穩(wěn)著陸，民用建筑建造相關(guān)碳排放可逐漸降低。再進(jìn)一步通過(guò)新型建材、新型結(jié)構(gòu)體系技術(shù)的應(yīng)用，有望于2060年前實(shí)現(xiàn)建筑建造的零排放。

圖6 中國(guó)建筑建造隱含能耗和排放現(xiàn)狀及未來(lái)情景分析結(jié)果

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簡(jiǎn)介

胡姍，清華大學(xué)建筑學(xué)院助理研究員，主持國(guó)自然青年基金、面上基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子課題等。發(fā)表國(guó)內(nèi)外期刊論文40余篇，6篇入選ESI高被引論文，擔(dān)任國(guó)際SCI期刊Building Simulation（JCR-Q1）領(lǐng)域編輯。

聯(lián)系方式：hushan@tsinghua.edu.cn

“房地產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展”研究資助計(jì)劃

本項(xiàng)計(jì)劃由清華大學(xué)恒隆房地產(chǎn)研究中心于2023年初啟動(dòng)，該計(jì)劃面向清華大學(xué)全體教師和研究人員征集，鼓勵(lì)和支持我校圍繞房地產(chǎn)行業(yè)的多元場(chǎng)景，開(kāi)展創(chuàng)新性、跨學(xué)科交叉研究等。2024年度研究計(jì)劃共資助了10項(xiàng)研究，相關(guān)成果發(fā)布會(huì)已于2025年1月10日在清華大學(xué)舉行。2025年研究資助計(jì)劃申報(bào)指南業(yè)已發(fā)布，感謝您的關(guān)注，期待您的申請(qǐng)與轉(zhuǎn)發(fā)。

點(diǎn)擊查看：2025年研究資助計(jì)劃申報(bào)指南

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