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建筑如何碳中和 | 碳科普之二

来源：财经十一人时间：2023-06-17 07:05:22

(资料图片)

建材生产、建筑施工、建筑运行，建筑业全过程的碳排放占全国总排放的50.9%，其中施工环节只占1%

文 | 徐沛宇郑慧

编辑 | 马克

一栋居民楼、一个工业园区、一座城市实现碳中和的基础都是低碳建筑。建筑如何低碳乃至零碳——是碳中和时代每一位居民、每一家企业，每一个地方政府都需要掌握的常识。

从建筑全过程来看，建筑是全国碳排放量最高的行业。

最新的数据来自中国建筑节能协会建筑能耗与碳排放数据专业委员会的统计：2020年，中国的建筑业全过程，即建材生产、建筑施工和建筑运行三个阶段的二氧化碳排放总量占全国碳排放的比重为 50.9%。其中，建材生产碳排放占全国碳排放总量的 28.2%，建筑运行阶段的碳排放量占全国的比重为 21.7%。

新建建筑全生命周期要实现碳中和，至少要满足两大基本条件：一是建材须为低碳材料；二是建筑运行过程中的碳排放量较低。

碳排放量高的建材是钢铁和水泥，占建材总排放量的95%以上。这两类高碳排放产品预计将在一两年内纳入全国碳市场，届时将强制要求这些建材生产企业降低碳排放，否则将支付越来越高的碳排放成本。

对于数量更庞大的存量建筑来说，实现碳中和的难度较大，低碳化改造是经济可行的路径。具体来说，在建筑运行阶段的低碳化改造主要有两种方式：一是改变建筑的用能结构，新增清洁能源供应；二是提高空调、暖通系统等建筑内能耗大户的用能效率，减少用能量。

低碳建筑的发展需要政策和市场两只手同时推动。低碳建材的生产，需要监管部门出台政策制定标准，督促企业转型；而建筑运行阶段的低碳化改造，已经是一桩热门生意，甲方和乙方都乐见其成。

钢铁、水泥，两大排碳建材

对新建建筑来说，选择低碳建材是全生命周期低碳的基础。

根据中国建筑节能协会建筑能耗与碳排放数据专业委员会发布的《2022中国建筑能耗与碳排放研究报告》， 钢铁和水泥生产的碳排放占全国建材生产碳排放量的95%以上。其中，钢铁占52%，水泥占44%。

但是，降低碳排放量是一件增加成本的事情，需要强有力的政策来驱动建材企业减碳。据《财经十一人》了解，最快一到两年内，钢铁和水泥将纳入全国碳市场，目前各地正在做碳排放数据统计工作。

纳入全国碳市场，意味着这两个行业是强制性减排对象。届时，相关企业每年可获得一定量的免费碳排放配额，若企业的实际碳排放量超过配额量，则需要在碳市场购入配额。自有加外购，企业手里的配额和其实际排放量相等，即为完成履约。企业免费获得的配额量将逐年减少，企业的降碳压力将越来越大。

首先来看钢铁行业该如何降碳。钢铁降碳的方式主要有三种：改变生产工艺，改变化石燃料和原料的结构，以及增加碳捕集与封存设施（CCS）。

据落基山研究所（RMI）测算，与传统的化石燃料炼钢相比，零碳钢铁有40%-100%的成本溢价。按照氢气价格40元/千克计算，氢气直接还原铁（DRI）路线生产的粗钢成本将会上升80%。按照0.6元/千瓦时的电价计算，碳捕集与封存（CCS）的炼钢路线会带来40%的成本溢价。而生物质木炭炼钢路线的成本溢价超过100%。

以氢气为燃料和原材料的钢铁生产将是钢铁脱碳的主要路径。根据RMI的分析，如果氢气成本低于20元/千克，到2050年，基于氢气的直接还原铁炼钢将是比碳捕集更经济的选择。如果氢气的成本低于10元/千克，那么新建项目基于氢气直接还原铁的粗钢成本，甚至可能低于传统的长流程炼钢成本。

所谓长流程炼钢，就是用铁矿石来炼钢，短流程则是溶解废钢制造新钢，省去了炼铁环节。

水泥生产流程大致分为生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个阶段。据RMI测算，熟料煅烧环节的碳排放占比95%以上，其中化石燃料燃烧以及碳酸盐原料在煅烧过程中分解产生的二氧化碳称过程排放，约占60%左右，燃烧排放约占35%。中国目前的水泥工艺水平，每生产一吨水泥，要排放0.58吨二氧化碳。

水泥行业的脱碳主要也有三种路径：一是替换现有的工艺技术，二是改变以煤炭为主体的燃料结构，三是利用CCS技术在混凝土制品内吸附碳、固碳。

目前钢铁和水泥的头部企业已经在积极减碳。例如，宝钢湛江钢铁零碳示范工厂百万吨级氢基竖炉项目预计2023年底建成，投产后相比同等规模的传统高炉炼铁，每年可减少二氧化碳排放50万吨以上。宝武钢铁集团计划2023年实现碳达峰、2025年具备减碳30%的工艺技术能力、2035年减碳30%、2050年实现碳中和。

华新水泥于2021年底运行世界首条吸碳制砖自动化生产线。该生产线采用水泥窑尾烟气吸碳养护混凝土砖工艺，突破了二氧化碳不能快速进入混凝土制品内部进行迁移和反应的技术瓶颈。以年产1亿块蒸养砖生产线为例，每年固碳2.6万吨。

一些建筑商开始尝试做全生命周期的碳中和建筑。中国建筑国际集团旗下中建香港承建的香港有机资源回收中心第二期（O PARK2）项目，在建筑的设计、施工和运营阶段都以低碳为宗旨，力争做到碳中和。

该项目是香港规模最大的厨余回收中心，日处理量300吨，自2019年开始建设，2024年初投入使用。在建材选择上，中建香港采用含60%高炉矿渣粉（GGBS）混凝土、100%循环成分的钢筋、二氧化碳矿化养护混凝土预制砖等一系列低碳建材。与普通砂砖和蒸压粉煤灰砖相比，二氧化碳矿化养护混凝土预制砖减碳潜力达78%，每立方米的固碳砖可封存61千克二氧化碳，相当于3棵树一年吸收的二氧化碳量。

运营期间，该项目以生物气发电提供可再生能源，减少化石能源发电的比重。同时，减少弃置于堆填区的有机废物，减少碳排放。对于不可避免的碳排放，通过自愿认证减排的方式阶段性地购买碳信用，实现碳中和。

总的来说，低碳建材尚处于发展初期，相关技术和工艺还不具备经济性。在“双碳”目标面前，建材行业减碳压力巨大。

国际市场已对建材行业提出了更高的低碳要求。欧盟碳边境调节机制（俗称碳关税）已完成立法程序，钢铁、水泥都涵盖其中。同时，美国正联手欧盟等力图建立一个以碳含量和市场经济为双重门槛的“绿钢俱乐部”。这些都意味着，碳排放量越高的产品，将被征收越高的税费。中国的钢铁和水泥企业若想出口到这些市场，必须加快降碳的步伐了。

能源结构、能源效率

建筑运行阶段的减碳关键

建筑运行阶段的碳排放分为直接碳排放和间接碳排放，前者是指直接使用化石燃料产生的碳排放，比如炊事、采暖等使用的化石燃料；后者是指使用电力和热力两类二次能源带来的碳排放量。

根据《2022中国城乡建设领域碳排放系列研究报告》，2020年，建筑运行的直接碳排放量为 5.5亿吨二氧化碳，占建筑运行阶段排放总量的25%；建筑用电的碳排放量为 11.5亿吨，占比53%；热力碳排放 4.7亿吨，占比22%。随着电气化率的提升，这三类排放里直接碳排放在下降，而用电碳排放的占比从2010年的42%上升到53%。

建筑运行阶段实现低碳的路径主要有两个：一是减少使用化石能源，增加可再生能源供应，二是提高能源效率，减少使用电力和热力。

增加可再生能源供应，例如安装屋顶光伏组件，虽然要增加投资，但几年就可收回成本，全生命周期来看有利可图。提高能源效率亦是如此。因此，建筑低碳化改造是一桩新兴的、越来越火的生意。

对建筑运行阶段做低碳改造的企业主要分为两大类：综合能源服务商和能源设备供应商。前者的优势是擅长开发利用各种绿色能源，后者的优势是对空调等高耗能设备性能了然于心。在具体的项目操作中，往往是一家企业拿下整体方案设计，然后再找合作伙伴一起执行。

由于能耗指标、碳排放看不见摸不着，要精细化管理它们就要倚赖数字化的能源管理系统。在这方面，综合能源供应商，例如新奥集团、远景集团走得比较靠前；能源设备供应商，例如美的集团也已开始发力；还有一些数字软件开发企业也瞄准了这个市场，为建筑开发商和运营商定制相关软件，如滴普科技。

在增加可再生能源供应方面，安装屋顶和建筑外立面的光伏组件对各类建筑基本都适用，其他可再生能源则要因地制宜。例如，前文提到的香港有机资源回收中心第二期项目，利用该项目自身的厨余垃圾，以及其周边有可利用土地两个条件，新建了一个生物质能源综合利用设施。再例如，远景集团在鄂尔多斯的零碳工业园区里，利用当地较好的风力资源，建设了风力发电场作为能源供应的主力。

对于单一资源禀赋相对平庸的地区，低碳建筑就需采用多种低碳、零碳能源灵活搭配。在北京大兴机场临空经济区廊坊片区（下称廊坊园区），新奥集团为整个园区搭建了“地源热泵+空气源热泵+燃气联供机组+高效电制冷机+高效燃气锅炉+市政热力+分布式光伏/光热+数智化平台”的一整套能源利用方案。相比传统供能方式，该低碳方案综合能耗降低约30%，碳排放量降低约36%，可实现年减碳22.3万吨。

在廊坊园区综合能源专项规划的基础上，新奥制定了更加精细化的落地实施方案。方案中的大多数能源技术都很成熟、难度不大，但集成后的能源系统如何做到各项能源技术高效协同，匹配终端的多品类需求，是成败的关键。新奥通过泛能网平台做能碳管理，把廊坊园区里所有的能源设施互联互通，高性价比地让整个园区实现了低碳。

提高能源利用效率方面，供能设备生产商都在研发能效更高的产品，抢占市场。同时，设备生产商也在转型做双碳建筑改造的综合服务商。

以家电起家的美的集团，已将低碳建筑改造业务设为5大业务板块之一。美的改造了旗下的工厂，对外推销更高效的产品。在上海，美的改造了花旗集团大厦的空调系统。该大厦原有机组的主要设备已运行18年，老旧系统消耗了大量能源和费用，制冷效果却不佳。

行业里用综合能效比（EER）来衡量能效水平。EER越高，系统制冷效果越好、性价比越高。改造前，花旗大厦制冷机房EER仅为1.6W/W （全年的总制冷量/所有设备的总电量），远低于行业均值3.5W/W，改造后提升至5.2W/W。

该项目的交付负责人张玉霜告诉《财经十一人》，与以往简单的产品替换不同，花旗大厦项目是从仿真模拟设计、核心机组替换、装配式高效建造、再到智能运行控制系统的全生命周期改造。在年总冷负荷不变的基础上，花旗大厦年耗电量可降低250万kWh，折算减碳量约2000吨，运行费用减少50%以上。

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