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      火狐體育全站app手機app下載綠色建筑的“自我修養”:建筑全過程的節

      文章來源:未知時間:2022-05-04 點擊:

        火狐體育全站app手機app下載隨著城鎮化進程的加快,我國建筑規模持續擴大,導致建筑領域的能源消耗和碳排放不斷增加,其高能耗、高排放問題日益嚴峻。2021年10月,中央、國務院印發的《關于推動城鄉建設綠色發展的意見》中提出,要建設高品質綠色建筑,實施建筑領域碳達峰碳中和行動。

        中大咨詢對建筑領域的碳排放格局及其來源進行分析,總結出了建筑全過程中各環節具體的碳減排路徑。

        建筑領域是全球碳排放的主要來源之一,2019年全球建筑全過程碳排放量占總量的38%,能源消耗占比35%(圖 1)。根據發達國家經驗,建筑碳排放將逐漸超過工業、交通等領域躍居首位,我國城市化率的提升正在加大建筑行業的降碳壓力,建筑行業減碳任重而道遠。

        我國建筑全過程能耗較高,碳排放占比超過全國總量的一半,建筑業的低碳發展與“雙碳”目標的實現密切相關。我國建筑總規模位居全球首位,現有城鎮總建筑存量約為650億平方米,預計每年新增建筑面積約20億平方米,碳排放呈現上漲趨勢。2019年全國建筑全過程碳排放總量近50億噸,占全國碳排放的比重為50.6%;能耗總量為22.33億噸標準煤,占全國能源消費總量比重為46.5%(圖 2)。建筑領域的減碳是我國“雙碳”工作中的關鍵環節,對全方位邁向低碳社會具有重要意義。

        建筑全生命周期碳排放具體包括建材生產、建筑施工及其內部運行等環節,而生產和運行階段是消耗能源和產生碳排放的主要階段。

        從具體數據來看,我國建筑領域碳排放中,建材生產階段占最例,約為 55%,其次是建筑運行的碳排放,約占43%,施工過程僅占 2%左右(圖 3);能耗方面,也主要來自于生產和運行階段,分別約占50%和46%(圖 4)。

        建筑生產過程中產生的大量碳排放主要來自工業碳排放大戶——鋼鐵、水泥等建材,2018年碳排放量均超過了10億噸(圖 5),分別占比48%、41%(圖 6);我國目前的新建建筑為鋼筋混凝土結構,其中水泥的生產過程需要消耗大量的能源,并導致大量碳排放。

        建筑運行階段,碳排放主要來源于用電消耗和供熱系統中的煤炭燃燒。2018年,我國建筑運行中的供暖、生活熱水、炊事等環節消耗化石能源相關的直接排放占比達總量的一半,間接排放中電力和熱力相關的碳排放分別占42%和8%(圖 8)。

        基于上述背景,發展綠色低碳建筑對于我國現代化城鄉建設而言具有必要性。建筑領域的碳中和需要貫徹綠色低碳的發展理念,從建筑全生命周期的各環節入手,采取節能降碳措施,實現建筑全過程減碳(圖 9)。

        建筑領域脫碳的路徑之一是建筑材料低碳化,從生產階段入手,開發更為綠色環保的新型低碳建材,實現技術升級。

        水泥是建材工業中的碳排放大戶,2020年水泥碳排放約占全國總量的13%,占主要建材碳排放的41%,是建筑領域碳中和進程中的關鍵產業。水泥的生產過程減碳,除依靠原料替代技術之外,需要開發新型低碳水泥品種和應用低碳膠凝性材料。

        另外,高性能混凝土材料也成為低碳發展新趨勢,相較于傳統建筑混凝土,具有降低水泥使用量、耐久性強、減少二氧化碳排放量等優勢(表 1)。例如,漢麻混凝土可以用生物纖維等綠色環保材料替代石灰石原料,降低水泥熟料系數;高延性混凝土(HDC)與超高性能混凝土(UHPC)可以通過加入不同新型材料提高混凝土硬度,提高耐久度。

        在綠色低碳建筑理念的引領下,大力支持和發展具有減碳優勢和長期效益的裝配式建筑。裝配式建筑是把建筑構件和配件在預制工廠中生產完成,然后運輸到施工現場,并采用可靠的安裝方式將構件組裝而成的建造方式。相較于現場澆筑,裝配式建筑具備減少材料使用、縮短工期和減少廢棄物等優勢(表 2),更符合綠色建筑的要求。

        我國政策正逐步推動裝配式建筑相關產業迅速發展(表 3),開工面積逐年上漲。2020年全國新開工裝配式建筑共計6.3億㎡(圖 10);預計到2025年,裝配式建筑相較于現澆建筑可減少碳排放2663萬噸。

        裝配式鋼結構是可循環使用的綠色建筑,未來將逐漸提高鋼結構裝配式建筑比例。由于混凝土裝配式的建造成本略低于鋼結構裝配式,目前我國裝配式建筑中混凝土建筑仍占比較大(圖 11)。然而,混凝土裝配式建筑的建造還存在關鍵技術不完備等問題,且混凝土結構資源消耗較多,在拆卸后會變成建筑垃圾,有違綠色低碳發展理念。

        鋼結構作為延性材料,抗震性能更佳,重量僅為混凝土的50-60%,基礎造價更低,具有更好的經濟性;鋼結構也是可回收材料,在拆卸后可循環利用,更加綠色環保。以住宅領域為例,較發達國家而言,目前我國鋼結構的滲透率很低(圖 12),未來具有較大的發展潛力。

        BIPV(光伏建筑一體化)在“雙碳”要求下極具市場潛力,應用前景十分廣闊。BIPV與建筑物同時設計、施工和安裝,形成太陽能光伏發電系統,既具有發電功能,又具有建筑構件和建筑材料的功能,可與建筑物形成完美的統一體。

        BIPV目前仍處于起步階段,總裝機量僅為全球光伏市場的1%左右。2019、2020年全球BIPV總裝機量分別達到1.15GW和2.3GW,每年總裝機量約占全球光伏市場的1%。歐洲市場方面,預計未來幾年BIPV將快速增長,2023年新增量將達0.5GW左右,而國內2020年裝機容量已超過該水平。

        截至2021年底,我國既有建筑面積可安裝光伏400GW,每年竣工建筑面積可安裝40GW,潛在市場空間達千億元。BIPV是我國“雙碳”目標之下的大勢所趨。

        對于供給端而言,運用“光儲直柔”建筑新型供配電技術,提高建筑終端電氣化水平,幫助解決建筑領域資源消耗大、排放高的問題。“光儲直柔”指在建筑領域應用太陽能光伏、分布式儲能、直流配電和柔互四項技術(圖 14)。

        建筑新型供配電技術與建筑傳統供配電系統相比優勢突出,一方面是源、儲、荷的布局從分離到融合,另一方面是終端建筑的用電需求也將從原來的剛性需求轉變為柔性需求。與常規光伏建筑相比,光伏直流建筑具備電能利用率高、節能優勢明顯、設備投資少,投資回收期短等優勢。

        建筑全面電氣化是“雙碳”進程的關鍵環節,通過革新節能技術和使用節能電器,在熱水、供暖、炊事等方面全面實行電力替代。

        從終端能源消費來看,“十三五”以來,我國建筑部門電氣化發展水平迅速提升,截至2019年,建筑電氣化率(電力消費占一次能源需求的比例)達到44.1%(圖 15),電氣化發展潛力巨大。

        生活熱水電能替代:目前全國制備生活熱水大約造成全年二氧化碳排放0.8億噸,用電熱水器替代燃氣熱水器,是未來低碳發展的必然趨勢;供暖電能替代:供暖方面趨向于推廣空氣能熱泵、構建新型低碳供熱體系,利用高效電熱泵作為替代熱源,采用空氣能熱水器實現節能和經濟效益;炊事電能替代:實現炊事電氣化是炊事實現零碳的可行途徑,如推進智能變頻電氣灶等全電氣化爐灶技術的創新以實現電能替代和減少碳排放。

        鼓勵被動式超低能耗建筑發展,通過優化建筑整體布局、采用高性能外窗和墻體以及提升建筑的整體氣密性等性能化設計幫助建筑降低運行能耗(圖 16)。

        被動式超低能耗建筑能大幅度降低對外界能源的需求,有明顯的節能減排效益,各級政府對被動式低能耗建筑的認可度越來越高,截止到2020年8月已經頒布115項被動式建筑鼓勵政策。被動式超低能耗建筑能夠有效促進中國加速完成“雙碳”目標,同時也帶動了建材產業低碳升級。

        建筑的運營管理層面,建筑樓宇智能化轉型是節能提效的重要手段,通過打造自動化的節能系統達到降碳效果。

        目前,美國與日本建筑智能化占新建建筑的比例已經分別超過70%和60%,而中國建筑智能化市場起步較晚,現仍處于快速發展階段。我國樓宇智能化行業市場規模幾年來保持穩定的增長趨勢,預計到2025年,我國智能樓宇市場容量將突破萬億規模(圖17)。建筑智能化是建筑節能改造過程中的關鍵環節,據測算,2020年建筑智能化在新建樓宇中的比例超過45%,有望在2030年達到70%。

        建立樓宇自動化系統(BAS),打造智能型建筑樓宇。樓宇自動化系統分為五大系統(圖 18),現已涵蓋建筑中的所有可控的機電設備,能夠達到節能、舒適和高效的目標。

        日本、美國和歐盟國家從上世紀九十年始推動建筑垃圾回收利用的資源化處理,時至今日平均資源轉化率已經高達90%(圖 19)。中國每年產生的建筑垃圾規模巨大,約為20億噸,每年建筑垃圾約占城市固廢總量的40%,但目前仍以相對簡單、成本低廉的填埋處理為主,資源化回收處理轉化率較低。

        中國建筑垃圾資源回收利用流程主要分為垃圾分類、回收處理、再生處理等五個主要步驟(圖 20),再生處理階段將混凝土、磚和石等按照不同配比尺寸等做成再生骨料,后可制成再生磚、無機料等進行二次利用。

        另外,對于上述措施未能完全消除的碳排放,需要通過碳捕集利用與封存(CCUS)技術和生態固碳等方式形成碳匯,推動建筑領域降碳。發展CCUS技術是未來建筑碳中和的重要選擇,如利用二氧化碳礦化養護混凝土,縮短混凝土初凝時間、提高抗壓強度以及減少水泥用量;同時,加快提升綠化率,增加建筑群綠化碳匯,達到改善空氣質量、美化環境的效果。

        建筑行業能耗和碳排放量較高,是“雙碳”目標之下需要重點關注的一大領域,建筑全過程的節能降碳行動對于我國實現碳中和目標具有深遠意義。中大咨詢將持續關注“雙碳”目標下重點領域的發展趨勢和具體減碳路徑,并在后續推出研究成果。

        [2]《2018-2023年中國樓宇智能化行業市場深度分析及投資戰略研究報告》,前瞻產業研究院

        [5]劉亮俊, 李朋飛, 秦志浩. 碳中和背景下綠色裝配式建筑發展前景展望[J]. 綠色環保建材, 2021(6):2.

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