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建筑领域碳中和相关定义、目标及技术路线概览.pdf
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1、学术探讨暖通空调H V&A C 年第 卷第 期 引用本文:董建锴,高游,孙德宇,等建筑领域碳中和相关定义、目标及技术路线概览J暖通空调,():D O I:/j h v a c 建筑领域碳中和相关定义、目标及技术路线概览董建锴,高游,孙德宇姜益强,黄帅,(哈尔滨工业大学,哈尔滨;寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室,哈尔滨;中国建筑科学研究院有限公司,北京)摘要:温室气体排放导致的全球气候变化愈发严重,作为重要的用能终端,我国建筑建造和运行相关的碳排放量约占全社会的,因此,制定合理的建筑减排目标和政策对我国 年实现碳中和目标有重要影响.为了科学推进我国的建筑碳减排相关工作,本文梳理
2、了国内外建筑领域碳达峰与碳中和关键名词的定义及低碳建筑和零碳建筑等相关概念,分析了英国、加拿大、新加坡等发达国家建筑领域的碳减排目标政策和实施技术路线,总结了我国现有建筑领域减排工作的有关政策并提出了一些建议.旨在助力我国建筑领域减排政策的制定,以及建筑领域碳达峰和碳中和目标的早日实现.关键词:建筑领域碳排放;碳中和;碳减排目标;技术路线;碳达峰;低碳建筑;零碳建筑O v e r v i e wo f i mp l i c a t i o n s,t a r g e t sa n dt e c h n i c a lp a t h so fc a r b o nn e u t r a l i
3、t yi nb u i l d i n gs e c t o rD o n gJ i a n k a i,G a oY o u,S u nD e y u,J i a n gY i q i a n g,H u a n gS h u a i,(H a r b i nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,H a r b i n;K e yL a b o r a t o r yo fC o l dR e g i o nU r b a na n dR u r a lH u m a nS e t t l e m e n tE n v i r o n m e n t
4、S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,M i n i s t r yo f I n d u s t r ya n dI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y,H a r b i n;C h i n aA c a d e m yo fB u i l d i n gR e s e a r c h,B e i j i n g)A b s t r a c t:I nr e c e n tye a r s,t h egl o b a lw a r m i ngc a u s e dbygr e e n h o u s ega
5、se m i s s i o n sh a sb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u s I nC h i n a,t h e c a r b o ne m i s s i o n s i n t h e c o n s t r u c t i o na n dope r a t i o nph a s eo fb u i l d i ngs e c t o r a c c o u n tf o ra b o u t o ft h ew h o l es o c i e ty sc a r b o ne m i s s i o n s T h e r
6、 e f o r e,t h ef o r m u l a t i o no fr e a s o n a b l eb u i l d i nge m i s s i o nr e d u c t i o nt a rge t sa n dpo l i c i e sh a sa ni mpo r t a n ti mpa c to nt h er e a l i z a t i o no fC h i n a s c a r b o nn e u t r a l i ty I no r d e r t opr o m o t et h eb u i l d i ngc a r b o ne
7、 m i s s i o nr e d u c t i o nw o r ki nC h i n a,t h i spape rs u mm a r i z e st h e i mpl i c a t i o n so fk eyt e r m s r e l a t e d t oc a r b o npe a k i nga n dc a r b o nn e u t r a l i tyi n t h eb u i l d i ngs e c t o r a t h o m ea n da b r o a da n dt h ec o n c ept s r e l a t e dt
8、o l o w c a r b o nb u i l d i nga n dz e r o c a r b o nb u i l d i ng,a n a lys e s t h ec a r b o ne m i s s i o nr e d u c t i o nt a rge tpo l i c i e sa n d i mpl e m e n t a t i o nt e c h n i c a lpa t h s i nt h eb u i l d i ngs e c t o ro f s o m ed e v e l ope dc o u n t r i e ss u c ha s
9、t h eU n i t e dK i ngd o m,C a n a d a,S i ngapo r e,e t c,a n ds u mm a r i z e sC h i n a se x i s t i ngpo l i c i e sr e l a t e dt oe m i s s i o nr e d u c t i o n w o r ki nt h eb u i l d i ngs e c t o ra n dpu t sf o r w a r ds o m es ug ge s t i o n s I ta i m st o h e lpt h ef o r m u l a
10、 t i o no fC h i n a sb u i l d i nge m i s s i o nr e d u c t i o npo l i cya n dt h ee a r lyr e a l i z a t i o no ft h ec a r b o npe a k i nga n dc a r b o nn e u t r a l i tyt a rge t s i nt h eb u i l d i ngs e c t o r K eyw o r d s:c a r b o ne m i s s i o ni n b u i l d i ngs e c t o r;c a
11、r b o n n e u t r a l i ty;c a r b o ne m i s s i o nr e d u c t i o nt a rge t;t e c h n i c a lpa t h;c a r b o npe a k i ng;l o w c a r b o nb u i l d i ng;z e r o c a r b o nb u i l d i ng住房和城乡建设部科技计划项目“建筑领域碳达峰和碳中和实现路径研究”(编号:R )编者按:扫描右上角二维码,可浏览相关文章.董建锴,男,年生,博士研究生,教授,博士生导师 哈尔滨工业大学二校区寒地建筑研究中心 房间E
12、m a i l:d j k h e b c o m收稿日期:一次修回:二次修回:引言近年来,全球气候变暖趋势加剧,联合国政府间气候变化专门委员会(I n t e r g o v e r n m e n t a lP a n e lo nC l i m a t eC h a n g e,I P C C)第六次评估报告指出,由于温室气体的大量排放,年这 年间全球的平均温度比工业化前的全球平均温度上 暖通空调H V&A C 年第 卷第 期学术探讨升了约 .其中,二氧化碳的影响最为严重.据统 计,每 万 亿t的 二 氧 化 碳 排 放 会 导 致()的全球平均温升,且部分地区的温升会更加极端.由此可见
13、,降低目前的碳排放强度直至达到碳中和,对于解决全球变暖问题尤为重要.因此,各国在 巴黎协定 中既定承诺的基础上,先后提出了碳达峰、碳中和的目标.据现有报道,已有 个国家和地区通过制定法规、行政命令、政策宣示、提交自主贡献文件等方式确定了碳中和(或者类似概念)的目标.我国将在 年完成碳达峰,并在 年实现碳中和.相比于部分发达国家的 年碳中和目标,我国设定的碳中和目标的实现时间虽然较晚,但是考虑到这些发达国家大都已实现了碳达峰,而我国则需在 年内实现碳达峰的基础上,用 年的时间实现碳中和,需要比发达国家更快的碳排放量下降速度,这是巨大的挑战.因此,这一艰巨目标的实现需要社会各界的共同努力,以及科学
14、研究的支撑.同时,建筑领域的碳排放量占比居高不下,清华大学建筑节能研究中心的数据显示,年我国建筑建造和运行相关的二氧化碳排放量约占我国总二氧化碳排放量的.因此,建筑领域的减排工作对于全球碳达峰、碳中和目标的实现至关重要,部分国家也对其建筑领域的减排工作进行了规范、管理和引导.而国内的相关工作还有所欠缺,亟需更多更具体的规范、目标、政策等来引导和推进相关工作.本文重点梳理建筑领域相关的碳中和与碳达峰的概念,分析和总结发达国家已有的建筑领域碳中和目标及路线,旨在为我国建筑领域碳达峰、碳中和技术路线的制定提供参考,助力我国建筑领域尽早实现碳中和及碳达峰的目标.建筑领域碳达峰与碳中和相关概念碳达峰与碳
15、中和作为新生概念,明确其定义与相关定义的含义对行业乃至全社会推动目标的实现具有重要意义.碳达峰及碳中和碳中和是如今世界各国应对气候变化的终极目标之一,生态经济建设大辞典(上册)中给出了碳中和的定义:“碳中和指总释放碳量为零,排放多少碳就作多少碳抵消措施来达到平衡”.碳中和需建立在总碳排放量下降到一定程度的前提下,但由于人类的生产生活,碳排放量不可能下降到零,余下的这部分可通过以下几种手段进行碳抵消:一是利用碳吸收或碳捕获、利用与封存(C C U S)去除排放到大气中的二氧化碳;二是通过生产可再生能源,使本身的碳排放量得到补偿;三是通过碳交易购买一定的碳排放权,当碳抵消的总量大于或等于碳排放量时
16、,即可称为达到碳中和.碳达峰是实现碳中和的先决条件,虽然在碳中和定义的描述中,可用碳捕获、碳封存、生产可再生能源等方式抵消已产生的碳排放量,但考虑到该技术的局限性,无法用于抵消过多的碳排放量,因此需将总体的碳排放量降至一个足够低的数值,再运用抵消的方式实现碳中和.碳达峰指碳排放量在某一时期达到总量峰值,但在之后会进入平台期并有一定波动(一般要求平台期不会出现超过峰值的波动值),最后进入平稳下降阶段.一些已有的规定对碳达峰提出了更高的要求.世界资源研究所要求将提交的峰值目标与之后的碳排放清单进行比较,以保证碳达峰的可靠性.联合国环境署则要求在碳达峰后年,其碳排放量需较峰值减少 以上,并无条件承诺
17、会进一步减少碳排放量.在建筑领域中,碳排放主要来自于建筑建造和运行个阶段,又可进一步细分为土地利用过程中释放固化的二氧化碳带来的直接排放、建材生产和建筑建造过程中的直接/间接二氧化碳排放、运行阶段能源使用带来的直接二氧化碳排放和用电带来的间接二氧化碳排放.各国建筑领域应分别从这些角度入手,采取合理且有效的措施,有效控制和减少碳排放.目前,大多数国家建筑领域的碳达峰、碳中和工作仍处在起步阶段,中国相较于大部分发达国家,面临着更为严峻的挑战.我国当下最为紧迫的任务是制定相关的政策、法律和规范,实现以碳排放量来衡量和评估建筑.因此,本文对建筑领域的低碳建筑、零碳建筑等有关概念进行了整理、归纳总结.低
18、碳建筑目前,我国建筑节能领域主要聚焦于降低建筑能耗,对其作了大量研究并制定了一系列关于绿色建筑、低能耗建筑等的规范和标准.诚然,对实现 巴黎协定 所需的碳减排而言,利用可再生能源并实现建筑高能效是重要的目标.但将能源利用作 ()董建锴,等:建筑领域碳中和相关定义、目标及技术路线概览 为唯一的评价指标,无法确定排放物对环境的全部影响,通常以温室气体排放量(以碳当量衡量)来表示建筑排放物对环境的影响.随着碳达峰、碳中和目标的提出,建筑领域势必要向低碳建筑方向转型.但目前在建筑碳排放领域中,低碳建筑仍是一个较为模糊的概念,在现有的各国标准中尚无明确的定量标准,且各国有关部门、研究机构提出的定性标准也
19、有一定的区别.芬兰赫尔辛基省环境部在 低碳建筑采购标准 中定义低碳建筑为关注全寿命周期,在能源、材料和技 术等方面进 行创新,以减 少碳排放 的建筑.F r a n k等人提出低碳建筑的目标是在确保有效的室内舒适性的同时,产生的二氧化碳排放量远低于普通建筑.L u o等人描述低碳建筑为通过使用低碳材料、低碳技术和可再生能源等手段,在建筑全寿命周期内减少碳排放量并提高能源性能的建筑.J o n e s强调,低碳建筑应以降低建筑产品的能源需求为基础,充分利用可再生能源.在国家发展和改革委员会组织编写的 生态经济建设大辞典(上册)中,对低碳建筑进行了如下定义:低碳建筑指在建筑的全寿命周期内,以低能耗
20、、低污染、低排放为基础,最大限度地减少碳排放,为人们提供具有合理舒适度使用空间的建筑模式.因此,低碳建筑的实现需建立在绿色建筑的基础上,而不能为减少碳排放而影响建筑的环境效益,以及人的健康与舒适.综合以上的描述和定义,低碳建筑应做到在建筑全寿命周期内,保证健康和舒适性的基础上,在材料、能源、技术等方面进行改进,降低建筑碳排放.而与目前大力推行的低能耗建筑相比,二者都是建立在绿色建筑的基础上,但他们聚焦的角度和衡量建筑的方式不同,低能耗建筑以建筑能源的种类和消耗量为评判标准,而低碳建筑以碳排放量作为主要评估标准;另一方面,低碳建筑是一个涉及建筑全寿命周期的概念.为实现该目标,从业者和研究人员应聚
21、焦建材生产、建造、建筑运行乃至拆除等阶段,努力降低全过程中的建筑碳排放量.低碳建筑是建筑领域在碳中和大背景下的努力方向,为更好地推进和建设低碳建筑,需要有关政策、规范及评估体系的指引.如建筑直接、间接碳排放量的划分,以及低碳建筑排放量的限额和目标等问题都需要进一步的研究.零碳建筑参照 生态经济建设大辞典(下册)、生态文明建设大辞典(第一册)中低碳城市和零碳建筑的定义,零碳建筑可视为在低碳建筑基础上提出的更为激进的目标,是指在建筑的全寿命周期内,以低能耗、低污染、低排放为基础,通过清洁能源利用、植物净化等手段,最大限度地减少碳排放,直至实现零排放.建筑实现零碳排放的方式有减碳和碳中和.常见的手段
22、包括:提高能效、提高能源利用效率、现场或场地外生产清洁可再生能源、购买场地外清洁可再生能源等.在一些定义中只允许使用部分手段,一些定义给出了这些技术策略使用的优先顺序.如世界绿色建筑委员会(WG B C)规定了实现零碳建筑允许采用的技术的优先级,如表所示.表WG B C对于实现零碳建筑手段优先级的规定排放类型减排措施直接排放提高能源效率优先于利用可再生能源利用现场可再生能源优先于利用场地外可再生能源利用可再生能源优先于碳补偿间接排放碳减排优先于碳补偿目前,零碳建筑的定义并不完全统一,不同国家、不同研究机构和学者给出的定义在允许采用的碳中和技术、涵盖的寿命周期、涵盖的能源使用范围等方面有所区别.
23、如英国零碳中心对零碳建筑的定义中包含常规的能源使用(包括供暖、制冷、热水、照明)导致的碳排放,而非常规的能源使用(包括烹饪和插座系统)导致的碳排放则不在考虑范围内.考虑到零碳建筑标准较为严苛,导致短期内无法实现,挪威设立了个等级以适用于不同的建筑类型和当地条件,如表所示,通过限定碳补偿可抵消的排放类型,给出了实现难度由高到低的零碳建筑等级,构成了一个较为完善的体系,以规范不同区域和不同条件下建筑的减排工作.其他有关概念零碳建筑作为建筑领域碳减排工作的终极目标之一,是一个较为严苛的概念,实现难度较大.完善低碳建筑的体系,还需要概念的支撑,如净零排放建筑、净零碳建筑等,为建筑部门和相关从业者提供一
24、条较为可行的发展路径.T o r c e l l i n i等人在研究中给出了净零排放建筑的概念:建筑物所产生的可再生能源能量应等于或多于其二氧化碳排放量所对应的一次能源能量.暖通空调H V&A C 年第 卷第 期学术探讨表挪威各等级的零碳建筑零碳建筑等级具体内容考虑运营阶段排放的零碳建筑(Z E B O)可通过生产可再生能源抵消建筑运营过程中的二氧化碳排放考虑运营阶段且不考虑插座排放的零碳建筑(Z E B OE Q)可通过生产可再生能源抵消建筑运营过程中的二氧化碳排放,同时不考虑设备的能源消耗(插座负载)带来的间接排放考虑建材生产、运营阶段排放的零碳建筑(Z E B OM)可通过生产可再生能
25、源抵消建材生产和建筑运营过程中的二氧化碳排放考虑建材 生 产、建 造、运 营 阶 段 排 放 的 零 碳 建 筑(Z E B C OM)可通过生产可再生能源抵消建材生产、建造和建筑运营过程中的二氧化碳排放考虑建筑全寿命周期排放的零碳建筑(Z E B C OMP L E T E)可通过生产可再生能源抵消建筑全寿命周期的二氧化碳排放(包含上述所有阶段,以及建筑设计、交易、维护、拆除等所有阶段)挪威有关机构对净零排放建筑的定义为:建筑产生的可再生能源对应的二氧化碳当量多于或等于二氧化碳排放量,同时规定了净零排放建筑的碳排放量不能通过碳交易的手段来抵消,但可以通过现场可再生能源的生产进行碳补偿.英国有
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