《中国房地产发展之路》第2课：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（2021年9月18日）

以下文章来源于清房协 ，作者清房协

课程简介

《中国房地产发展之路》是由清华大学杨斌副校长和清华校友房地产协会创会会长聂梅生学长共同发起、清华第一门完全由校友开发和讲授的全行业视角的研究生学分课。参与授课的五十多名老师和支持课程研发的专家组全部是中国房地产业界知名学者、专家顾问、国家房地产政策的制定者以及成功的企业家，他们在行业内平均从业时间超过20年，可谓跨越产学研名符其实的精英讲师团队。八年来，课程在清华大学、清华大学深圳国际研究生院连续开课十三次，累计近千名同学取得学分，并有九万余人通过网络MOOC或线下课堂旁听参与学习。

中国房地产行业在新的经济和社会环境下，在绿色低碳和高质量发展的理念下面临着诸多挑战。房地产企业如何转型升级？老旧小区和城市更新项目是否有成功模式可以依循？新的不动产投资机会在哪里？疫情常态化下，生活和工作场景是否带来新需求？新的挑战带来新的机遇，让这个行业依然拥有无限的发展空间，并且可以提供更多、更有挑战性的创新机会。今年的课程我们将邀请中国房地产行业的领袖走进课堂，与大家共同分享、探讨！第二堂课我们请到了清华大学建筑学院副院长、教育部长江学者特聘教授林波荣老师给大家分享“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”！ 

01 2030/2060双碳目标——挑战和机遇

2030/2060双碳目标的提出对于我国来说，既是挑战也是机遇。2020年3月，欧盟委员会出台了首部《欧洲气候法》草案，旨在将绿色新政2050年实现碳中和这一目标载入法律。2020年9月22日，习近平总书记在联合国大会上提出，“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和”。2021年2月19日，中央全面深化改革委员会第十八次会议指出，全国各省市要统筹制定2030年前碳排放达峰行动方案。科技部部长王志刚在香山科学会议上表示，碳达峰碳中和将带来一场由科技革命引起的经济社会环境的重大变革，其意义不亚于三次工业革命。

我国实现“双碳”目标面临着巨大挑战：（1）排放总量大：是美国的2倍，欧盟的3倍；（2）碳中和时间短：欧盟71年，美国43年，我国30年；（3）低碳发展尚未和我国经济发展脱钩：欧盟和美国已基本脱钩。

图：中国碳排放现状及与美国、欧盟对比

碳排放的内涵

根据IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）体系的定义：4个主要碳排放部门为工业、建筑、交通、电力。其中，建筑部门的碳排放主要指其运行时产生的碳排放，可分为直接碳排放和间接碳排放（建材等生产过程碳排放属于隐含碳排放，被列入了工业部门）。

直接碳排放是在建筑行业发生的化石燃料燃烧过程导致的二氧化碳排放，包括直接供暖（燃气壁挂炉、自建锅炉房等）、炊事、生活热水、医院或酒店蒸汽等导致的燃料排放等。

间接碳排放是外界输入建筑的电力、热力包含的碳排放，其中热力部分可包括热电联产及区域锅炉送入建筑的热量。

此外还有非二（非二氧化碳温室气体）排放。

· 建筑碳排放特点

从全寿命期看(50年)，建筑运行阶段碳排放占比约70%~90%，建材生产占比约10%~30%，建造约占1%、拆除占约1%。从单位时间看(1年)：建材生产碳排放强度最高。

 建筑碳排放现状

全球：建筑建造（含房屋建造和基础设施建设）和运行相关二氧化碳排放占全球总CO2排放的39%，其中建筑建造相关碳排放占全球总CO2排放的11%，运行相关碳排放占全球总CO2排放的28%。

我国：建筑建造和运行相关二氧化碳排放占我国全社会总CO2排放量的比例约为42%，其中运行相关（直接+间接）占比约为22%。因建筑规模大，我国建筑行业排放总量居全球首位，约为美国的1.25倍、欧盟28国平均值的1.3倍。直接排放仍在增长，但增速放缓，预计未来增速将保持下降趋势；直接+间接排放仍在快速上升（需采取有力的减碳措施）。

图：我国建筑行业运行阶段碳排放（2001-2018）

02

双碳目标下我国建筑行业碳排放情况及趋势

向。

（1）保温层改造补贴用于窗户改造、电气化补贴或热力管网改造等收益投入比更高的方面；

（2）取消光热补贴，加大光电补贴；

（3）逐步淡化超低能耗补贴，调整为对既有建筑采用低碳、零碳措施的补贴。

二是率先推进公共建筑低碳节能改造，逐步推进居住建筑低碳节能改造。

三是强化公共建筑能耗限额管理工作，提高建筑能源系统运维水平。

（1）重视运维专业化程度，提高运维团队专业化水平；

（2）鼓励应用智能建筑能源运营系统，研发碳排放精准识别与计量技术，基于人工智能的建筑智慧运维及与区域零碳能源的精准协同和高效调控技术。

误区4：减碳=节能，缺乏碳排放清单分析，延续传统思路

首先，行业的观念要改变：节能不等于低碳（如用高效燃气设备供热或生活热水……）；低碳也不一定节能（如蓄能技术……）；对太阳能光热不应该再补贴，应该大力补贴光电；热水器的补贴，着重是热泵热水器（含二氧化碳工质的热泵热水器）。

其次是需要做碳排放清单分析，抓大放小，统筹重点，优化方案。燃气全电气化，还是全氢替代，还是允许部分保留？不同地区、不同能源结构、不同建筑用能/功能，情况不一样，不一定一刀切。

· 碳中和目标下的建筑业低碳发展路线图

通过开展建筑低碳发展立法与标准体系构建，促进建筑隐含、直接和间接碳排放等层面的从建筑设计到建材到运维全过程、全链条的低碳技术的创新与应用，不断提升建筑节能减排水平。

不要忘了需求变化的影响

居民消费已从“量的增长以满足基本生活需求”转变为“质的提高以满足美好生活向往”，新冠疫情之后尤甚；未来的建筑功能与形态追求“以人为本，开放共享，多元化”，空间追求“健康化、智慧化、个性化、共享化”；城镇发展模式从“修建并重”转向“城市更新和碳中和关系紧密”；电动汽车对新型现代化高品质“住区”的影响越来越大。

碳达峰碳中和将检验和催生一系列的科学结论、科学方法以及技术创新成果，也为中国科学家和全球科学家开展科技合作提供广阔空间。科技创新会形成支撑中国未来低碳发展的竞争优势；碳达峰碳中和科技创新的体系结构；科技支撑引领碳达峰碳中和蓝图和“四梁八柱”。

03 源头减量—低碳目标导向的建筑设计优化新方法

· 空间低碳优先，低碳技术策略优化

例如：东莞生态园办公楼：分区控温，中庭不控温，自然通风，利用自然通风后，空调时间可缩短40天左右；

单项技术可降低空调耗电量约15%，折合22.3万kWh/a；

荣获 2017 年国际气候大会 Construction 21 全球绿色建筑智慧解决方案奖第 2 名；

全国绿色建筑创新奖一等奖；

三星级绿色建筑运行标识项目；

实测能耗：50kWh/平米年，节能55%；用户满意度>85%。

04 源头减量—创新低碳结构和高性能建材

减少水泥、钢筋、玻璃等高碳建材使用；

形成低碳为目标导向的建筑设计新美学：竹木材料、利用植物纤维或残渣制成的新型环保建材；

（1）利用植物纤维或残渣制成的新型环保建材；

（2）以麻制混凝土Hempcrete为例：将工业大麻茎和石灰、水等混合而成的建筑材料。

不同结构体系碳排放差异大，未来需用政策/标准/价格强化引领低碳结构体系的应用；

（1）工业化建筑通过将建筑构件进行模块化、标准化生产和装配，大幅降低建材生产损耗、节约施工工序、提高组件回收利用率；预制率越高，效果越好；

（2）相比传统现浇施工建筑，可节约材料20%左右、节约水资源60%左右、减少施工碳排20%左右（国际经验）。

推广低碳结构和高性能建材：

（1）高性能钢材、高性能纤维复材、高性能水泥基材料的高性能结构体系；

（2）基于钢材、纤维复材、水泥基材料、竹木材料等复合应用的高性能结构体系。

05能源替代——供暖、热水、炊事电气化、可再生化

研发北方新型低碳清洁供暖系统，通过技术创新，充分利用核电、火电、工业生产余热，区域联网、集中供热，解决70%~80%的北方地区供暖需求。

基于吸收式换热/水热同送的集中供热技术

（1）提高热网的输送能力50%以上；

（2）增大热源供热能力30%以上，降低供热能耗40%。

非集中供暖地区建筑供暖——利用热泵替代锅炉制备热量（中温）

（1）建筑供暖热源：

空气源热泵：在北方农村“煤改电”中得到广泛应用，运行费为燃气一半；

污水源热泵：利用城市污水提取热量，COP可达4；

土壤源热泵：垂直埋管，管内水循环，获得~10℃热量，再由热泵提升；

中深层地源热泵：垂直~2500米左右深井埋管，管内水循环，取热不取水；

（2）热泵制备生活热水（ 特别CO2为工质）从空气中或排水中提取热量，COP可达3。

建筑用能全电气化：户均年运行费用约高250元

（1）城镇炊事：目前市场上已经出现一些智能变频电气灶，做菜效率高，速度快，方便快捷，完全可以担当起厨房主流灶具的大任，关键是以后政策标准的推进。

（2）生活热水：总体看居民生活热水需求还在增长，越来越多的家庭倾向选用电热水器和电动热泵热水器，热泵热水器具有高效节能特点，制造相同的热水量，是一般电热水器的4-6倍，其年平均热效比是电加热的4倍，能源利用效率高。

（3）医院酒店的蒸汽等特殊用途，可以考虑通过电驱动热泵，或者直接电热来替代分散的和集中的燃气锅炉。实践表明，即使采用分散的电热方式制取热水或蒸汽，由于减少了输送过程中的热损失，其能耗也低于集中的燃气锅炉（按照1立方米天然气折合5kWh电力计算）。

住建部《“十四五”建筑节能和绿色建筑发展规划（征求意见稿）》提出：“到2025年全国城乡建筑电气化率达到55%以上”的目标。

06全电气化柔性用能+源网荷储用相结合

研发和推广全电气化的光储直柔系统及源网荷储用系统（关键是柔，手段是光伏、蓄电池和直流化，提升电网柔性和韧性）。

1、 随着建筑用能全电气化以及建筑能源的低碳转型，风电、光电等区域内分布式可再生能源在建筑用能侧的占比越来越高，电网将要求建筑配置一定的储电来应对供需不匹配问题；

2、 分布蓄电将变成常态化，通过储电来吸纳光伏发电和接收电网低谷电，这需要在居住建筑、办公建筑等居住和工作场所周边全面配备智能充电桩；

3、 要求研发建筑光伏一体化技术；

4、 从区域尺度，要求研发建筑能源系统网荷储能技术及装备。

全电气化柔性用能+源网荷储用相结合目前在区域层面的推进方案：

1、建筑空地、屋顶和立面太阳能光伏化；

2、私人小汽车全面电气化（一个停车位一个PV智能充电桩），而非公共汽车电气化；

3、利用电动汽车的蓄放电，为建筑用电零碳提供支撑。尽可能优先利用场地内部的可再生能源发电，在此基础上优先利用外部电网的绿电，关键提升城区的电力系统柔性能力。

可能解决途径如下：

（1）所有电动车都利用太阳能光伏发电进行蓄电（一个停车位一个PV智能充电桩），白天光伏发电给电动车充电，夜间园区电力不足时，电动车给建筑充电，解决50%~70%用电问题；

（2）在以上基础上，建筑屋顶和立面的太阳能光伏一体化，解决10%~20%用电问题（建筑物、轻轨、污水处理厂等构筑物屋顶）；

（3）通过标准引领、推广示范冰蓄冷、水蓄冷等需求侧响应用电技术，以及风机水泵电梯变频技术，实现与绿电匹配，解决10%~20%的用电问题。

例如：大兴国际机场用能已全面电气化，正在推进建筑+汽车“光储直柔”协同。

1、在停车楼、能源中心、公务机楼、货运区及飞行区侧向跑道旁等区域大力推进太阳能光伏系统建设，目前全场装机容量>26MW。

2、大力推进“油改电”，降低车辆碳排放：按照“通用车辆清洁能源车使用率100%，特种车辆原则上使用率100%（不具备满足性能需求或没有合适新能源产品的车辆除外）”的标准采购空侧保障车辆。截至2020年6月底，大兴机场已有内场牌照车辆1550辆，其中新能源车辆1160辆，综合电动化率75%，占国内民航业飞行区新能源车辆总数比例超过20%。

大兴国际机场用能全面电气化+建筑+汽车协同

倡导绿色电力使用，引领行业方向：通过电力交易中心购买绿色电力，目前大兴机场所有用电为来自青海省、山西省的水电、风电及太阳能等可再生能源。

07关注颠覆性低碳零碳技术

既有建筑的智慧运维（科技变革），包括BIM-IoT空间实测技术、 多维环境/能耗场和人体健康关联的海量数据挖掘技术、 空间流线、健康低碳的AI运维技术，从Google的Nest到Wyze控制器，智能电表（电动汽车预约充电的启示）等。

08观念改变、标准提升为基础（节能不等于低碳；反之亦然）

观念改变

（1） 节能不等于低碳（如供热、热水、燃气等）；

（2） 低碳也不一定节能（如蓄能等）；

（3） 需要从电力侧统筹；

（4） 建筑从单纯的末端用户，变为可能集产电、输电和用电为一体的多元化用户，如何优化；

（5） 对太阳能光热不应该再补贴，应该大力补贴光电；

（6） 热水器的补贴，着重是热泵热水器（含二氧化碳工质的热泵热水器）；

（7） 电气化炊事的补贴等。

标准的提升与拓展

（1） 低碳如何体现：建筑设计、建材使用、结构体系、装饰装修，窗墙比控制，电气化要求，需求侧响应技术的落实，可再生能源的重点，直流化、蓄能比例的要求等。

（2） 低碳和其他目标的协同：节能、健康等。

09案例分析

图：2020年全球十大碳中和建筑

10总结：系统解决，行业互动，全链条低碳

建筑部门低碳转型发展要应对需求变化与科技发展带来的全方面颠覆性变革。

针对直接、间接及隐含碳排放：目标导向，场景驱动，系统创新，关键是源头减量、能源替代、节能提效：

（1） 源头减量很重要（设计创新、低碳零碳建材&结构体系&内装等）；

（2） 化石能源替代是核心（供暖、热水、炊事电气化、可再生化等）；

（3） 全电气化柔性用能是关键（光储直柔，柔是关键；大力发展源网荷储用+需求侧响应技术——蓄能、变频技术等）；

（4） 智能电表+智慧充放电；

（5） 区域推进最高效（建筑+交通，自上而下+自下而上）；

（6） 观念改变、标准提升为基础（节能不等于低碳；反之亦然）。

建筑行业碳减排应避免运动式“减碳”，需科学系统推进，要跨部门多尺度全链条协同创新。