林波荣:碳达峰和碳中和目标下建筑行业碳减排路径和科技创新启示

时间:2021/09/06

国际金融论坛于826日举行以节能减碳、城市和建筑更绿色为主题的学术会议。教育部长江学者特聘教授、清华大学生态规划与绿色建筑教育部重点实验室主任林波荣出席并做报告。(以下内容根据录音整理,仅供参考。)

双碳目标对我国来说既是一个巨大的挑战也是机遇。跟发达国家相比,双碳目标的提出对我国来说主要有以下三方面的挑战。

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第一是我国碳排放总量大。我国碳排放总量相当于美国的2倍,欧盟的3倍。第二是我国实现碳中和的时间短。对比欧盟28国和美国实现碳中和的时间。从达峰到中和欧盟用71年,美国用了43年,而我国从2030年到2060年只有30年的时间。第三是我国目前的经济发展阶段,意味着一定程度上还会增加碳排放。反过来说,就是低碳发展还没有与我国经济发展的前提实现脱钩。欧盟在过去的2030年里面,经济增长和碳排放总量已经实现脱钩,也就是碳排放的总量基本上保持不变,而经济持续增长。

 

建筑业的碳排放,根据IPCC体系规定和国家相关标准,包含直接排放、间接排放和隐含排放,这是从建筑的全生命周期来看的。从全球来看,如果考虑建筑的建造和运行,建筑的排放总量占全球碳排放总量的39%,其中运行相关的占28%,建造相关的占11%。我国大概的比例是两者相加占了42%,其中运行排放占了22%。对比全球数据,可以看出我国在运行方面的排放还有一定增长需求,但建造方面的排放必须下降。

 

单个建筑在全生命周期的碳排放总量,建筑寿命按50年计算,运行期间的碳排放占70%90%,建材排放的占比10%30%,而建造和拆除各占1%。以年为单位看,建筑建造期间的碳排放是非常高的,但这是一个阶段性的数据。从长期看,还要关注运营期间的碳排放。

 

了解了中国建筑行业碳排放大的特点和各个阶段排放的比例后,在制定建筑行业减排目标的时候就需要避免四个误区。

 

误区一, 不要认为实现碳中和就等于四个工业部门(电力、交通、能源、建筑)都能实现零排放。我国生态目标的落实,不是要求到2060年电力、交通、能源和建筑都实现碳中和。这种想法既不科学也不现实。

 

我们来看2060年规划目标,能源里仍保留了5亿吨的二氧化碳排放,加工过程还有10亿吨排放,加起来有15亿吨。要实现碳中和,事实上通过跨部门协同才能效益最大化。在不影响经济发展、不影响民生质量需求的同时,科学系统地实现减排目标。建筑部门,在高质量达到碳中和目标的过程中,可以为其他部门的碳中和创造更多的时间和空间。现在一些国内示范园区,采取比较激进的做法,强调依托外部绿色电力输入,率先实现碳中和。这样的做法非常简单粗暴,是没有推广示范价值的。这种误区一定要避免。

 

第二个需要避免的误区是认为建筑行业碳中和等于推广零碳建筑,实现建筑排放清零。这种想法事实上是缺乏全局的效益考虑,缺乏中国发展的城市规模效应的考虑,也缺乏跟其他部门行业的协同。这样做其实成本很高,难以实现落地和推广。

 

从各地的构建部门的补贴和工程实践可以看到,做超低能耗还没有实现零碳,它的增量成本都会达到每平方米增加6001000元,甚至更高。要实现零耗能和零碳排放,增量成本就会增长更多,这是一个很大的问题。

 

必须以城市为中心来综合考虑碳中和目标,我非常赞成这种理念。实现碳中和的方式应该是从城市到城市建成区、再到社区建筑,这么一个多尺度的实现方式,细分每个环节的碳排放目标。这样才有可能实现高效和较低成本的综合发展。综合设计,初步估计增量成本,比前面的模式至少下降50%以上。

 

比如说把建筑跟交通融合在一个园区里面,实现双向的储电和供电。在车辆方面实现一车一桩的智能充电桩,白天利用充电桩的光伏发电给电动车充电,夜间可以反向让电动车给建筑充电,这样就可以解决50%60%的电力补充问题。这样园区不需要全部输入绿色电力。

 

第二,充分利用园区里面各种屋面和立面建设光伏发电。进一步解决10%20%的用电问题。此外,考虑到未来碳中和的政策落实,电力行业必然会加大峰谷电价差。需要在建筑行业推广各种储能技术,以及风机、水泵、电机、电瓶,这样有利于电力需求侧的技术,可以再解决10%20%的目标。最后通过合理的利用城市周边的绿电,再解决20%30%的碳中和目标。这个综合方式的百分比其实都是可以来调节的,能够为达成碳中和目标提供高效能和低成本的解决方案。

 

第三个误区就要注意在实现建筑行业碳排放管理的时候,不能只抓新建建筑,忽视既有建筑。以北京市为例,全市的既有建筑占全市建筑面积的85%,其中2000年之前的建筑占25%以上。这些建筑普遍存在节能标准落后,维护结构设施老化,碳排放强度大的问题。如果我们只抓新建,事实上只抓住了很小一部分排放问题。

 

我们需要调整既有建筑改造的重点,结合国家十四五的城市更新行动,城市双修的方案,把既有建筑节能改造的重点和资金使用方向,从简单的节能维护、安全、加固,调整到降低碳排放的目标上。比如说,对老建筑保温层的改造补贴,不如补贴换窗户更有利于低碳化。再比如对热力管网的补贴,应该向收益更高的方向发展。

 

要取消光的补贴,加大光电补贴,逐步淡化超低能耗的补贴,调整为低碳零碳的补贴等等。在这个基础上,不断地推进公共建筑的低碳改造和住宅改造,不断提升既有建筑的智慧运维、低碳运维。

 

第四个误区是要转变观念,减碳不等于节能。我们不能用传统的思路,用老办法面对新情况。必须在详细的碳排放清单分析的基础上,真正地抓住重点给出解决方案。

 

首先,要转变观念,节能不等于低碳。比如说供热水,用燃气加热,用其他的热力方式有可能是节能的,但是不是低碳,需要进行对比分析后再做优化。一开始不一定节能。各种储能设施,也不一定节能,但实现低碳的目标可能比节能更重要。对太阳能光热不应该继续补贴,应该补贴光电。对燃气热水器的补贴也要转变,重点不是简单用电热水器,而是用热泵热水器,更重要的是对具体的碳排放和低碳零碳的路径设计做清单分析,抓大放小,统筹重点、优化方案。

 

一个建筑或者某一个城市建筑行业的碳排放,还是要用数据说话。燃气是不是全部要电气化,要具体分析。对于居民生活方面,无火不炊的生活习惯要考虑是否兼顾。不同地区、不同人员结构,不同建筑用途和功能,情况都是不一样的,不要一刀切,还是要鼓励科学系统地解决问题。

 

在分析四个误区的基础上,跟大家再汇报一下科技创新的几个关键。

 

关键之一,在源头减量。在排放源头降低碳排放,对新建建筑很重要,对既有建筑也是如此。要形成以低碳目标为导向的设计方法,要把空间减量和设备减量结合起来,突破以减量为导向的全过程设计优化的方法。能耗和碳排放都需要从强度、空间和时间三个维度来考虑,不要简单地只考虑强度的降低,要考虑空间跟时间的关系。

 

在此基础上要研发具有人工智能的优化软件。我们面对的可能不是简单的几个空间,而是几十个上百个空间。这里面有很多工作值得创新,需要关注。

 

关键之二,要建立全新的低碳环境的价值观和系统设计的新理念。我们的建筑要实现低碳,一方面要改善环境,满足人的需求,另一方面要有碳排放的天花板限制,只有强调建筑适应气候,强调部分时间、局部空间的使用环境营造方式,才能在低碳和健康两个目标方面实现统筹。在应对设计策略上,进一步强调个性化、自然化、健康化,才有可能实现创新,才能用低碳理念对供暖、照明、通风系统实现低碳的变革。

 

这些创新不能只关注环境、能耗,还要关注低碳的结构体系使用,关注建材的低碳化。不同住宅的结构体系的碳排放高低相差60%以上,公共建筑甚至高出几倍以上。因此一定要用政策、标准、价格等方式来引领、规范结构体系,要不断地创新和应用。这方面需要进一步引导。

 

还要用设计方法、创新政策、标准引导,形成以低碳建材为主的建筑新格局,减少水泥钢筋、玻璃等高碳建材的使用,鼓励多用各种低碳建材。例如逐步强调植物纤维残渣等新型环保的建材。发达国家已出现很多这样的例子。我国需要实现规模化发展,大幅降低成本,走向千万家。

 

关键之三,在能源资产方面,要因地制宜地考虑供暖热水的电气化和可再生化。在北方地区要考虑通过技术创新推广低碳、零碳的供暖系统。我们强调不一定所有的功能都必须是零碳,可能有10%20%的供暖依然是有碳排放的。碳基能源和可再生能源进行结合可能效率更高。建筑的炊事热水,包括酒店宾馆的蒸汽等特殊用途,目前都没有太大的技术问题,关键是要降低成本,要促进文化价值观的转变。

 

目前,很多地方都在提光储直柔,但是我们要更加清醒地认识到,光储直柔只是其中的一个手段,关键是全电气化的建筑能够柔性地跟电力网进行调配。光储直柔关键是柔,光伏蓄电池和直流化都是手段,不一定都把光伏蓄电池直流化100%地安装在建筑内,还是要考虑从园区层面进行统筹。我们的目的是为了提升电网和建筑之间的柔性和韧性,因此基于其他可再生能源的联网和储用的系统,也是未来创新的方案。

 

关键之四,要关注各种颠覆性的低碳技术的使用。既有建筑的智慧运维,包括基于数字孪生的实体空间和虚拟空间环境能耗的统筹优化,利用多维环境将能源场和人体健康关联起来,通过海量数据挖掘、空间流线的优化,用非常低的碳排放构建健康的人居环境。大量的人工智能技术值得期待,有可能是颠覆性的。谷歌在智慧运维技术方面的创新,可能对小型办公和居住建筑运维管理产生变革。

 

最后做一个总结,建筑行业在生态目标下实现低碳转型发展,一定要避免运动式的减碳。一方面需要科学系统地推进,另外一方面更需要跨部门、多尺度、全面调整、协同创新。一定要避免误区,实现以创新驱动为主导的建筑行业减碳体系。

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