我国建筑碳排放现状与实现零碳排放的路径

建筑部门的“零碳”是指从事建筑部分相关活动导致的CO2排放量和同样影响气候变化的其他温室气体的排放量为零。建筑部门相关活动导致的碳排放可以被分为建筑运行过程中的直接碳排放、间接碳排放、建筑建造和维修导致的间接碳排放和建筑运行过程中非CO2类温室气体排放。

接下来按上述分别阐述我国建筑碳排放现状与实现零碳排放的路径。

1 建筑运行过程中的直接碳排放

建筑运行的过程中，直接通过燃烧方式使用煤、石油、天然气这些化石能源所排放的CO2是建筑运行过程中的直接碳排放。目前我国城乡建筑面积约为600亿平方米，以这些建筑为边界，发生在建筑内的碳排放大致由以下几种造成：

（1）炊事。

我国城市居民、餐饮业大多采用燃气灶具，而农村除了燃气燃煤灶具外还使用柴灶，由于柴灶使用生物质能源，其排放的CO2不属于碳排放范围。其中，燃气每释放1GJ热量，需要排放50kg CO2，燃煤需要释放92kg CO2。我国全年用于炊事的碳排放约为2亿吨，占全国年碳排放总量的2%。推进全面电气革命，实现炊事的电气化，电气炊事灶具全覆盖，是实现炊事零碳排放的可行之路。由于电气炊事灶具的热效率为80%以上，燃气灶具一般为40%～60%，按照目前的价格体系，炊事电气化并未造成成本上升。推动炊事电气化的关键是树立低碳烹饪文化。

（2）分布式燃气与燃煤供暖。

约70%以上农村与城乡接合部的居住建筑冬季采用分布式燃煤取暖，其余大部分通过近年来的清洁取暖改造使用分布式燃气供暖，北方城镇住宅建筑约5%采用分布式燃气供暖。上述的这些采暖设施导致每年碳排放超过3亿吨。为了减少采暖的碳排放，除了室外温度可达-20℃以下的严寒地区，绝大多数地区都可以在冬季采用分散的空气源热泵采暖，其运行费用、初始投资成本也不高于燃气系统，而对于少数严寒地区，可以直接采用电暖方式，其成本是燃气供暖的1.5～2倍。

（3）生活热水。

目前我国已经基本普及生活热水。除了少量太阳能烧水外，电驱动已经与燃气平分市场。目前全国在生活热水方面的二氧化碳排放为0.8亿吨左右，接近全国碳排放的1%。全面推进电力热水器是未来低碳发展的必然趋势。目前，无论是热泵热水器还是电动热泵电热水器，其综合成本都不高于燃气热水器，推进“气改电”的关键也在于消费者接受度。

（4）其他建筑运行过程中的直接碳排放。

医院等公共建筑使用的燃气驱动的热水锅炉或蒸汽锅炉，用于消毒、干衣与炊事等，以及由于历史原因，部分公共建筑采用的燃气型吸收式制冷机，其不仅造成碳排放，也使得运行费高于电动制冷机。上述碳排放均可以通过电气化，全面降低碳排放。

由于上述介绍可知，我国目前建筑运行过程中的直接碳排放的总量约为6亿吨。这一部分的碳排放减排过程中，没有技术问题与经济问题，这一部分的减排本质是需要全面推进“气改电”，实施的关键在于理念的转变与设施初始投入与补助。

2 建筑运行过程中的间接碳排放

建筑运行过程中的间接碳排放主要来自外部输入的电力与热力。我国2019年建筑运行用电量为1.89万亿千瓦·时，对应的总碳排放为11亿吨。北方城镇广泛使用集中供热系统，通过电联产或集中的燃煤燃气锅炉提供，这一部分带来的间接二氧化碳排放约为4.5亿吨。建筑运行过程中的间接碳排放为15.5亿吨，占我国目前二氧化碳排放总量的16%。而随着建筑逐渐电气化，会使得建筑用电量进一步增加。接下来分别以零碳电力的低碳热力介绍降低建筑运行过程中的间接碳排放。

（1）建筑运行过程中的零碳电力

发展低碳电力是碳中和的必由之路。以风光为代表的可再生能源的不稳定性输入势必会对电网带来冲击，影响人民生产生活用电。在建筑屋顶与零星空地发展分布式风光电，通过分布式蓄电和需求侧响应的柔性用电负载来平衡风光电的随机变化，通过用电侧的自平衡，在一定程度上能缓解未来的供需不匹配。

充分利用城乡建筑的屋顶空间和其余零散空间表面安装光伏，很大程度能解决大规模发展发电的空间资源不足与供需地区不匹配的问题。除了利用建筑的空间安装光伏外，建筑中和周围停放的电动汽车可以构筑起调节资源的网络，缓解可再生能源供电与用电侧需求不匹配的问题。清华大学建筑节能研究中心的江亿院士团队提出的“光储直柔”新型配电系统可以解决上述问题。

“光储直柔”，配电系统与电网通过AC/DC整流变换器连接。依靠系统内配置的蓄电池，与通过智能充电桩连接的电动汽车以及建筑内各种用电装置的需求侧响应用电方式，AC/DC整流变换器可以通过调整输出到建筑内部直流母线电压来改变每个瞬态系统从交流外电网引入的外电功率。当系统内蓄电池足够多，比如连接的电动车足够多时，任何瞬间从外接的交流网取电功率都可能根据需求实现0到最大功率之间的调节，而与当时建筑瞬时实际用电无关。某个区域内，每个采用“光储直柔”配电方式的建筑可以直接接受含高比例可再生能源的外网的取电功率。如果“风光直柔”建筑系统有足够的调节能力，根据外网的风光需求调度用电，则可以认为这一建筑系统的电力需求全部来自风光，实现建筑用电的零碳。

（2）零碳或低碳热力的途径

目前冬季，我国北方城镇建筑约有150亿平方米需要供暖，预计需要42亿GJ的热量满足供暖需求，其中约40%是燃煤燃气锅炉提供的，50%为热电联电厂提供的，10%主要通过不同的电动热泵从空气、污水、地下水及地下土壤的各种低品位热源提取热量。目前我国约有30亿平方米的建筑是20世纪80～90年代建造的不节能建筑，热耗是同一地区节能建筑的2～3倍。此外，供暖普遍的过热现象也是能源浪费、碳排放增多的重要因素。在未来有希望通过节能改造与节能运行使得每平方米热耗降低1/3。

我国目前建成了全球范围内最广泛的集中供热网络。未来可以通过充分利用热电厂和工业生产过程中的余热资源，来降低热力碳排放。

核电是未来零碳电力系统的重要电源，同时也是重要热源。目前我国已在沿海地区建成并运行0.5亿千瓦核电厂，按照规划，未来将在东部沿海建设2亿千瓦的核电。每1亿千瓦的核电需要排放1.5亿千瓦的低品位余热，目前这些余热都排至海中。若能有效回收这部分热量，在冬季3000小时能得到12.3亿吉焦的热量。若采用跨季节蓄热，每年可以获得32亿吉焦的余热，几乎能满足北方地区冬季80%的供热需求，核电余热具有巨大的深度开发潜力。目前可行的技术为利用余热通过蒸馏法进行海水淡化，向需要热量与淡水的人口密集区输送热淡水（150～200km内），预计可以在冬天为北方提供10亿吉焦的热量与30亿吨淡水，接近目前南水北调中线工程的年调水量。

对于远离海岸线的北方内陆地区，则可采用用于冬季调峰的火电厂以热电联产模式运行所输出的余热。1KW发电量同时可以产生1.3kW以上的热量。北方1.3千瓦的调峰火电可以输出3.5亿千瓦热量。冬季平均运行2000h可提供25亿吉焦的热量，其中70%就可以完全满足北方内陆100亿平方米建筑的供暖需求。

未来城建建筑面积的20%可能难以连接集中供热网络，可以采用电动热泵热源，如空气源、污水源和2～3km深的中深层套管换热热泵方式。40亿平方米的建筑需要8亿吉焦热量，需要消耗900亿千瓦时的电量，大约为冬季用电量的3%。

3 建筑建造和维修导致的间接碳排放

钢铁、有色与建材三大产业是我国制造业主要的碳排放产业。这三个产业也具有巨大的产能。例如，我国钢产量全球第一，比第二到第十国家的产量总和还多，水泥、平板玻璃的产量达世界总产量的50%以上。这些建筑制造材料的巨大产量是巨大需求导致的。21世纪以来，我国经济发展的主要驱动力是快速城镇化带来的城镇建设和大规模基础设施建设。

目前我国高速公路、铁路总里程都是全球第一。我国城乡建筑建成面积已超过600亿平方米，仍有100亿平方米的建筑处于施工阶段，全部完工后，人均建筑面积达50平方米，已超过日本、韩国与新加坡。快速增长的房屋建造消耗了我国钢铁产品的70%、建材产品的90%和有色产品的20%。这些产品的生产与运输过程也形成了巨大的碳排放。据统计我国民用建筑建造过程的二氧化碳排放已达16亿吨，与建筑运行需要的22亿吨碳排放相加，占到我国碳排放总量的40%，成为最大的碳排放部门。

据统计，目前我国房屋的空置率已超过20%，待仍在建造的房屋竣工后，空置率将超过25%。住房的总量能满足后续城镇化的需求，居民的住房问题不是供给问题而是分配问题。若再进一步无止境增加住房规模，将衍生出更多的“鬼城”。

未来我国建筑建造与维修主要分为“大拆大建”与维修改造两种模式。“大拆大建”已成为建筑业的主要模式，目前拆除的建筑平均寿命仅为三十几年，远远没有达到建筑结构的寿命。这是因为高昂的土地价格驱动，拆建已提升建筑的性能和功能，优化土地利用，这也加剧了对于钢铁、水泥、建材的旺盛需求。而建筑的维修改造对钢材与水泥的需求少，导致产生的碳排放远低于拆建。但是目前人们宁愿拆建也不愿维修改造，拆建所需要的人工费远低于维修改造，还能增加面积，带来巨大的商业利益，这后续也需要住建部门从生态文明理念出发，合理制定政策引导建筑行业的可持续发展。

4 建筑运行过程中非二氧化碳类温室气体排放

除了二氧化碳外，仍有其他气体排放至大气后也会导致温室效应。建筑里通常采用氢氟烃与氢氯氟烃类制冷，这二者造成温室效应的程度远高于二氧化碳。氢氟烃与氢氯氟烃类若进行严格密封工艺，在空调制备的过程中无泄漏，能实现制造和运行过程中的零排放。在建筑空调与冰箱这些静置的使用场景内，已经能做到完全杜绝泄漏，但长期处于振荡状态的车辆空调，也需要开发新型无氟制冷方式。

目前已有大量的新技术来实现无氟制冷技术，如在干燥地区采用间接式蒸发冷却技术，通过获得低于当时大气温度、湿度的冷水冷却。利用工业排出的100℃左右的低品位余热吸收式制冷，以及热声制冷、磁制冷、半导体制冷、电驱动制冷等，但这些方式功率小、效率低，理论与技术仍在进一步开发研制阶段。

除了制备和使用外，制冷设备在拆除过程中，尤其是居住分散的建筑场景内，空调废弃时，往往直接放空，导致制冷介质直接排放至大气中。后续需要通过合理的政策制定，形成全链条制冷介质的回收，禁止制冷介质的随意排放，可以有效消除这部分碳排放。