導語：建筑領域能耗與碳排放的界定與核算一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］過去二十年，中國的快速城鎮化帶動了建筑規模的持續增長，中國建筑領域的能源消費與碳排放是已成為全社會能源消費與排放的重要組成部分。同時，中國正處于能源供給與消費方式變革的關鍵節點，因此，對中國建筑能耗與碳排放的現狀進行全面認識和分析具有重要意義。為此，本研究對中國建筑領域的能耗與溫室氣體排放進行了界定，并建立了中國建筑能耗和排放模型(ChinaBuildingEnergyandEmissionModel)，基于統計數據及實測調研數據對中國的建筑規模、建造及運行階段的用能和排放進行了計算，并結合對我國建筑領域的用能及排放特點，提出建筑領域節能與低碳發展的政策建議。

［關鍵詞］建筑節能;自下而上模型;能耗;碳排放;低碳發展

中國建筑領域的能源消費與排放是全社會能源消費與排放的重要組成部分，也是中國節能減排以及能源消費變革工作的重點。過去二十年，中國城鎮化發展迅速，建筑規模的迅速增長也帶動了我國建筑領域用能與排放的持續增長。一方面，大規模的建設活動消耗大量建材，這些建材的生產、運輸等過程產生了大量的能耗與排放，在我國全社會占有相當的比例［1］。另一方面，不斷增長的建筑面積也導致了更多的建筑運行用能，加之隨著經濟社會的發展，人民的生活水平不斷提升，使得采暖、空調、生活熱水、家用電器等終端用能需求和產生的碳排放也不斷上升［2］。中國建筑運行用能約占全社會總用能的20%，由建筑建造所導致的原材料開采、建材生產、運輸以及現場施工的能耗也占到全社會總能耗的20%以上。目前，中國仍處于經濟相對快速發展的階段，能源消費結構不斷發生變化，從物質生產領域向建筑和交通領域轉移［3］。建筑用能作為類消費領域用能的主要部分，其重要性也將不斷增加。同時，國內國際正處于能源供需格局變化的關鍵節點，在能源供給結構變革的大背景下，建筑領域的能源消費的發展也應與之相適應。在上述背景下，對中國建筑用能與排放的現狀進行全面認識和分析具有重要意義。另一方面，目前對于建筑能耗與排放的核算邊界還缺乏統一的定義。對于建筑領域用能，部分研究僅核算建筑運行階段的能耗，而一些研究同時考慮了建筑建造與建筑運行兩個階段的能耗，這就導致不同研究最終給出的建筑領域總能耗有較大差異。對于建筑運行用能的分類，在各研究者中存在一定分歧。許多國際能源研究機構在研究全球各國建筑用能時，通常將建筑運行階段能耗劃分為居住建筑用能和非居住建筑用能兩大部分［4］［5，6］，也將這種分類應到對中國建筑用能的分類中。但是由于中國建筑用能存在非常明顯的地域差異和城鄉差異，導致這種統計口徑下的建筑能耗總量、建筑能耗強度無法反映中國建筑用能的真實特點。而對于建筑建造用能，由于上游涉及多個環節，是否計入建材的生產運輸等能耗會也對結果造成很大影響。例如在我國能源平衡表中建筑業用能就特指建筑業企業用能［7］，主要包含建筑現場施工用能，而這也無法反映建筑建造對我國全社會能源消耗的真實影響。對于建筑領域相關的碳排放，不同機構也有不同的核算邊界，例如IPCC就基于生產者責任法，僅核算建筑內由于化石燃料直接燃燒造成的直接碳排放［8］，而由于電力、熱力、建材等使用所造成的間接碳排放就不在核算范圍內，這也無法全面地反映建筑部門的運行、建造等活動對于氣候變化的真實影響。為此，本研究對中國建筑領域的能耗與溫室氣體排放進行了界定，并建立了中國建筑能耗和排放模型(ChinaBuildingEnergyandEmissionModel)，基于統計數據及實測調研數據對中國建筑部門的建筑規模、建造及運行階段的用能和排放進行了計算，并結合對我國建筑部門的用能及排放特點，提出建筑部門節能與低碳發展的政策建議。

1研究邊界及定義

建筑領域的用能和排放涉及到建筑的不同階段，包括建筑建造、運行、拆除等，建筑領域相關的絕大部分用能和溫室氣體排放都是發生在建筑的建造和運行這兩個階段，因此本研究關注的是建筑的建造和建筑運行使用兩大階段，如圖1。從能源消耗的角度來講，建筑領域能源消耗包含建筑建造能耗和建筑運行能耗兩大部分，下面分別對建筑建造能耗和排放、建造運行能耗和排放進行界定。1.1建筑建造能耗的定義。建筑建造階段的能源消耗指的是由于建筑建造所導致的由建材生產和現場施工等過程所產生的能源消耗［2］。在一般的統計口徑中，民用建筑建造與生產用建筑(非民用建筑)建造、基礎設施建造一起，歸到建筑業中［9］，如圖2所示。本研究所涉及的建筑建造階段的能耗與排放特指民用建筑建造。新建建筑建造活動涉及諸多用能環節，本研究主要考慮建材生產，建材運輸以及現場施工過程所涉及的能源消耗。其中建材生產階段是指從原材料進入工廠到建材成品出廠之間的過程，其能源消耗主要包括直接或間接的生產系統用能;建材運輸過程指的是從建材出廠到建材到達施工工地之間的過程，主要包括建材運輸車輛用能;現場施工階段用能主要包括現場施工設備的能源消耗。對于建材種類，研究中參考《中國建筑業統計年鑒》［9］口徑主要考慮了鋼鐵、水泥、鋁材以及平板玻璃四類，其他建材的用量以及生產能耗占比較小在此忽略不計。1.2建筑運行能耗的定義與分類。建筑運行用能，參見《民用建筑能耗標準GB/T51161-2016》［10］中“建筑能耗”的定義，指的是“建筑使用過程中由外部輸入的能源，包括維持建筑環境的用能(如供暖、制冷、通風、空調和照明等)和各類建筑內活動(如辦公、家電、電梯、生活熱水等)的用能。在本研究中，涉及的建筑類型僅指民用建筑，包括:住宅、辦公建筑、學校、商場、賓館、交通樞紐、文體娛樂設施等建筑，而不包括工業建筑。考慮到我國南北地區冬季采暖方式的差別、城鄉建筑形式和生活方式的差別，以及居住建筑和公共建筑人員活動及用能設備的差別，將我國的建筑用能分為四大類［11］，分別是:北方城鎮供暖用能、城鎮住宅用能(不包括北方地區的供暖)、公共建筑用能(不包括北方地區的供暖)，以及農村住宅用能，詳細定義如下:(1)北方城鎮供暖用能:指的是采取集中供暖方式的省、自治區和直轄市的冬季供暖能耗，包括各種形式的集中供暖和分散采暖。本研究考察各類供暖系統的一次能耗，也就是由于采暖導致的熱源處一次能源或電力的消耗，以及服務于供熱系統的各類設備(風機、水泵)的電力消耗。對于熱電聯產方式的集中供熱熱源，本書根據《民用建筑能耗標準GB/T51161-2016》的標準，根據輸出的電力和熱量的火用分攤輸入的燃料。(2)城鎮住宅用能(不包括北方城鎮供暖用能):指的是除了北方地區的供暖能耗外，城鎮住宅所消耗的能源。在終端用能途徑上，包括家用電器、空調、照明、炊事、生活熱水，以及夏熱冬冷地區的省、自治區和直轄市的冬季供暖能耗。城鎮住宅使用的主要商品能源種類是電力、燃煤、天然氣、液化石油氣和城市煤氣等。(3)商業及公共建筑用能(不包括北方地區供暖用能):這里的商業及公共建筑指人們進行各種公共活動的建筑，包含辦公建筑、商業建筑、旅游建筑、科教文衛建筑、通信建筑、以及交通運輸類建筑，既包括城鎮地區的公共建筑，也包含農村地區的公共建筑。除了北方地區的供暖能耗外，建筑內由于各種活動而產生的能耗，包括空調、照明、插座、電梯、炊事、各種服務設施，以及夏熱冬冷地區城鎮公共建筑的冬季供暖能耗。公共建筑使用的商品能源種類是電力、燃氣、燃油和燃煤等。(4)農村住宅用能:指農村家庭生活所消耗的能源。包括炊事、供暖、降溫、照明、熱水、家電等。農村住宅使用的主要能源種類是電力、燃煤、液化石油氣、燃氣和生物質能(秸稈、薪柴)等。其中的生物質能部分能耗沒有納入國家能源宏觀統計，但是農村住宅用能的重要部分，本研究將其單獨列出考慮。1.3建筑領域碳排放的定義從溫室氣體排放的角度來看，建筑領域溫室氣體排放分為建筑建造和運行相關二氧化碳排放，以及建筑運行相關的非二氧化碳溫室氣體排放，本研究主要關注其中的二氧化碳排放。建筑建造相關二氧化碳排放包含建材生產過程中的直接CO2排放和建造使用能源相關的間接CO2排放。類似的，建筑運行階段，也會導致能源使用帶來的直接CO2排放，例如采暖鍋爐燃煤、燃氣導致的直接排放，以及建筑用電所對應的間接CO2排放。

2核算模型與檢驗方法

2.1核算模型。基于上述的研究邊界定義，以及積累的大量實測建筑用能數據，本研究對建筑領域用能的特點進行了深入剖析，并建立了中國建筑能耗和排放模型(CBEEmodel)。模型主要由中國建筑規模模塊、中國建筑建造能耗及排放核算模塊，中國建筑運行能耗及排放核算模塊組成。中國建筑規模模塊基于現有的統計數據及相關研究［9，12-14］，核算中國各類民用建筑逐年的新建、拆除以及實有面積情況。中國建筑建造能耗及排放模塊基于實際調研和各類文獻中所獲得的建筑建造用能強度數據以及中國建筑規模模型所輸出的建筑建造規模數據，得到中國建造領域的用能以及碳排放情況。中國建筑運行能耗及排放模塊基于實際調研中得到的大量建筑運行用能信息數據以及各類建筑實有規模數據，得到中國建筑運行階段的能耗與排放情況。2.2結果校核。在模型中利用外部宏觀統計數據以及多途徑核算相結合的方法對結果進行校核。對于建筑規模以及建造能耗，在利用自下而上的方法進行核算的基礎上，模型廣泛綜述相關的宏觀統計數據［9，14，15］對建材用量等模型中間結果進行校核。對于建筑運行用能，模型基于兩種不同的方法對建筑運行用能強度進行核算并相互檢驗。一是基于實測調研的大量建筑用能強度數據，在對中國建筑運行用能進行合理分類的基礎上給出不同地區，不同種類建筑，不同用能終端以及不同家庭類型等維度下的建筑用能與排放強度，并進一步自下而上地得到中國建筑運行的宏觀能耗與排放情況，這一途徑基于實測用能強度數據，能夠準確反映中國建筑運行部門的用能情況。二是以技術以及用能行為為出發點，在更加深入細致的層面上描述中國建筑運行用能情況，這種途徑可以更加深入地反映技術以及行為模式的變化對于建筑運行能耗的影響。兩種途徑相互校核，在宏觀層面上實現對中國建筑運行能耗的準確描述，在微觀層面上闡述技術與行為等各類影響因素對中國建筑運行能耗的影響。

3模型核算結果

3.1建筑面積。快速城鎮化帶動建筑業持續發展，使得我國建筑業規模不斷擴大。從2006年到2018年，我國建筑營造速度增長迅速，城鄉建筑面積大幅增加。分階段來看(圖3)，2006年至2013年，我國的民用建筑竣工面積快速增長，從每年14億m2左右穩定增長至2014年的超過25億m2;自2014年至今，我國民用建筑每年的竣工面積基本穩定在25億m2左右;自2015年起已經連續多年小幅下降。伴隨著大量開工和施工，全國拆除面積從2006年的3億m2快速增長，最終穩定在每年15億m2左右。2018年我國的民用建筑竣工面積約為25億m2，竣工面積中住宅建筑約占67%，非住宅建筑約占33%。根據建筑功能的差別，可以將公共建筑分為辦公、酒店、商場、醫院、學校以及其他等類型，這其中各類型公共建筑在2001到2017年期間的竣工面積比例變化不大，以辦公、商場及學校為主，2017年三者竣工面積合計在公共建筑中的占比超過75%，其中商場占比31%，辦公建筑占比27%，學校占比17%。在其余類型中，醫院和酒店的占比較小，分別占5%和3%(圖4)。每年大量建筑的竣工使得我國建筑面積的存量不斷高速增長，2018年我國建筑面積總量約601億m2，其中:城鎮住宅建筑面積為244億m2，農村住宅建筑面積229億m2，公共建筑面積128億m2，北方城鎮采暖面積147億m2。3.2建筑建造能耗與排放。隨著我國城鎮化進程不斷推進，民用建筑建造能耗也迅速增長。大規模建設活動的開展使用大量建材，建材的生產進而導致了大量能源消耗和碳排放的產生，是我國能源消耗和碳排放持續增長的一個重要原因。基于核算結果，中國民用建筑建造能耗從2004年的2億tce增長到2018年的5.2億tce，如圖6所示。在2018年民用建筑建造能耗中，城鎮住宅、農村住宅、公共建筑分別占比為42%，14%和44%。實際上，建筑業不僅包括民用建筑建造，還包括生產性建筑建造和基礎設施建設，例如公路、鐵路、大壩等的建設。民用建筑的建造能耗約占建筑業能耗的40%。建筑與基礎設施的建造不僅消耗大量能源，還會導致大量二氧化碳排放。其中，除能源消耗所導致的二氧化碳排放之外，水泥的生產過程排放也是重要組成部分。2018年我國建筑業消耗水泥約22億t，生產過程導致了約11億tCO2的生產過程碳排放。2018年我國民用建筑建造相關的碳排放總量約為18億tCO2。在這之中，建材生產運輸階段用能相關的碳排放以及水泥生產工藝過程碳排放是主要部分，分別占比65%和30%(圖7)。3.3建筑運行能耗及其分項。從2001年到2018年，建筑能耗總量及其中電力消耗量均大幅增長，見圖8。2018年建筑運行的總商品能耗約10億tce，約占全國能源消費總量的22%，建筑商品能耗和生物質能約11億tce(其中生物質能耗約0.9億tce)，具體如表1所示。將四部分建筑能耗的規模、強度和總量表示在圖9中的四個方塊中，橫向表示建筑面積，縱向表示單位平米建筑能耗強度，四個方塊的面積即是建筑能耗的總量。從建筑面積上來看，城鎮住宅和農村住宅的面積最大，北方城鎮供暖面積約占建筑面積總量的四分之一弱，公建面積僅占建筑面積總量的五分之一弱，但從能耗強度來看，公共建筑和北方城鎮供暖能耗強度又是四個分項中較高的。因此，從用能總量來看，基本呈四分天下的局勢，四類用能各占建筑能耗的1/4左右。近年來，隨著公共建筑規模的增長及平均能耗強度的增長，公共建筑的能耗已經成為中國建筑能耗中比例最大的一部分。3.4建筑運行碳排放及其分項建筑能耗總量的增長、能源結構的調整都會影響建筑運行相關的二氧化碳排放。建筑運行階段消耗的能源種類主要以電、煤、天然氣為主，其中:城鎮住宅和公共建筑這兩類建筑中70%的能源均為電，以間接二氧化碳排放為主，北方城鎮中消耗的熱電聯產熱力也會帶來一定的間接二氧化碳排放;而北方供暖和農村住宅這兩類建筑中，能源消耗中使用煤的比例高于電，在北方供暖分項中用煤的比例超過了80%，農村住宅中用煤的比例約為60%，這會導致大量的直接二氧化碳排放。隨著我國電力結構中零碳電力比例的提升，我國電力的平均排放因子從2001年的771gCO2/kWh下降到2018年的553gCO2/kWh［16］;而電力在建筑運行能源消耗中比例也不斷提升，這兩方面都顯著地促進了建筑運行用能的低碳化發展。2018年中國建筑運行的化石能源消耗相關的碳排放為21億tCO2，如圖10，其中直接碳排放占50%，電力相關的間接碳排放占42%，熱電聯產熱力相關的間接碳排放占8%。2018年我國建筑運行相關二氧化碳排放折合人均建筑運行碳排放指標為1.5t/cap，折合單位面積平均建筑運行碳排放指標為35kg/m2。按照四個建筑用能分項的碳排放占比分別為:農村住宅23%，公共建筑30%，北方采暖26%，城鎮住宅21%。將四部分建筑碳排放的規模、強度和總量表示在圖11中的方塊圖中，橫向表示建筑面積，縱向表示四單位平米碳排放強度，四個方塊的面積即是碳排放總量。可以發現四個分項的碳排放呈現與能耗不盡相同的特點:公共建筑由于建筑能耗強度最高，所以單位建筑面積的碳排放強度也最高;而北方供暖分項由于大量燃煤，碳排放強度次之;農村住宅和城鎮住宅單位平米的一次能耗強度相關不大，但農村住宅由于電氣化水平低，燃煤比例高，所以單位平米的碳排放強度高于城鎮住宅。

4討論及政策建議

4.1合理規劃建筑規模，避免“大拆大建”。基于對建筑建造階段能耗和排放的分析可以發現，建筑規模總量是影響建筑領域能耗與排放的重要因素，因此合理規劃和控制未來建筑規模總量，是實現全社會和建筑領域低碳發展的必要條件［17，18］。從目前我國既有建筑的存量來看，人均建筑面積已經接近發達國家水平，甚至已經超過部分歐洲和亞洲的發達國家。即使考慮未來城鎮化率的繼續增長，按照現有人均建筑面積水平，需要新增的房屋規模也有限。因此，應該對未來我國建筑規模總量進行總量規劃、逐年開工建設量進行合理控制。目前全社會已有建成民用建筑約600億平米，人均約40平米。按照日本、韓國等亞洲其它發達國家的狀況，人均50平米民用建筑(包括住宅、商建和公建)已完全可以滿足經濟、社會和文化發展的需要。對應我國未來14億人口，未來建筑總規模達到720億平米應完全滿足現代化和人民美好生活的需要。另一方面，抑制房屋的“大拆大建”，發展建筑維修和延壽技術，增加建筑維修與功能提升的比例，也是控制建筑部門能耗與排放的重要方法。近10年間，中國建筑年竣工面積都在25億m2左右，但同時每年的建筑拆除面積也在15億m2左右，并且呈增長的趨勢。在下一階段，我國將由大規模建設逐漸轉為大規模維修、改造和功能提升，因此如何實現城鎮化任務由“大拆大建”轉為“延壽升質”，是下一階段的重要議題。要實現這一目標，需要相關的政策機制，也要加速科學研究，探討低碳的建筑延壽和功能提升途徑。為此，大力發展精細修繕模式所需要的技術，例如構筑物壽命監測、診斷與評估、全壽命期演變與控制、提升改造技術將是促進建筑建造領域低碳發展的重要手段。4.2倡導綠色的生活方式與適宜的技術。與發達國家相比，我國建筑運行的能耗與排放強度仍處于較低的水平［19］。大量的實測對比分析表明，生活方式和使用模式上的差異是造成建筑運行能耗差異的最關鍵因素。以中美兩國典型居民家庭用電為例，中國絕大部分家庭的年總用電量小于3000kW•h，而在美國中等收入家庭的年用電量通常要達到約10000kW•h。這其中的差距來源于家庭用電設備類型以及使用方式的不同。中國絕大多數居民家庭采用分體空調+“部分時間部分空間”的空調使用模式，也即僅在人在的時間和空間開啟空調設備，因而用能強度較低，年空調用電量僅為300kW•h左右。而美國居民家庭常見的空調形式是戶式中央空調，其使用方式往往是“全時間全空間”的模式，空調開啟時長以及制冷面積要遠大于中國家庭［20］，也此造成美國家庭空調能耗是中國家庭空調能耗的3-10倍。因此，維持我國現有的綠色低碳的生活方式是實現中國住宅建筑節能低碳的重要途徑，在建筑中充分利用自然通風，堅持節約傳統和“部分時間、部分空間”的空調使用模式，追求適度的建筑服務水平和與生活方式相適宜的節能技術，才可以在提升居民服務水平的同時，使得建筑能耗不出現大幅增長［21］。4.3引導適宜的建筑形式和系統設計。對于公共建筑，是選擇完全依靠機械系統營造和維持要求的人工環境，還是選擇依靠外界自然環境相通來營造室內環境，只有在極端條件下才依靠機械系統的人工環境，是完全不同的兩條設計路徑，其具體差異體現在對建筑的要求、室內環境參數控制、誰是室內環境狀態的維持和調節者、提供服務的模式等方面，并最終導致不同的建筑運行能耗［22］。在營造人工環境的理念下，建筑盡可能與外環境隔絕，避免外環境的干擾，采用高氣密性、高保溫隔熱，擋住直射自然光。室內環境參數都維持在要求的設定值周圍，由運行管理人員或自動控制系統調節室內環境狀態，盡可能避免建筑使用者的參與;機械系統全時間全空間的運行，24小時提供服務，進而建筑能耗也較高，單位面積照明、通風、空調用電量可達100kW•h/m2。而在營造與室外和諧的環境理念下，室內外之間的通道可以根據需要進行調節:既可自然通風又可以實現良好的氣密性;既可以通過圍護結構散熱又可以使圍護結構良好保溫;既可以避免陽光直射又可以獲得良好的天然采光。室內環境參數根據室外狀況在一定范圍內波動;由使用者控制室內環境狀態，管理人員和自控系統起輔助作用，“部分時間部分空間”維持室內環境。這種模式下，建筑能耗遠低于前者，大多數情況下單位面積照明、通風、空調能耗不超過30kW•h/m2。對于公共建筑，應當以合理的理念去引導建筑形式和系統形式的設計，對于新建建筑要盡量營造與室外和諧的室內環境，并應當注意特殊類型公共建筑的節能設計與運行。對于既有建筑應當以《民用建筑能耗標準》［10］為基礎開展全過程能耗定額管理，在升級改造過程中不能盲目提高服務水平，加大系統供應。

5結論

本研究提出了中國建筑領域能耗與排放的定義和分類，利用中國建筑能耗和排放模型(CBEEModel)對中國的建筑規模，建筑建造階段以及建筑運行階段的能耗與排放進行了核算，并對結果進行了討論，得到了建筑領域實現節能低碳發展的具體建議。本研究主要得到以下結論:1.建筑領域能耗可分為建筑建造階段用能和建筑運行階段用能。對于建筑建造階段用能為全面反映建材消耗對建材生產用能的影響，應計入從建材生產到現場施工全過程的能源消耗;對于建筑運行用能，考慮我國政策及城鄉差異現狀，可分為城鎮住宅用能，農村住宅用能，公共建筑用能以及北方城鎮供暖用能。建筑領域的排放可分為直接碳排放和間接碳排放，所納入的環節與建筑用能相同。2.2018年中國民用建筑建造能耗為5.2億tce，民用建筑建造相關的碳排放總量約為18億tCO2，其中建材生產運輸階段用能相關的碳排放以及水泥生產工藝過程碳排放是主要部分，分別占比65%和30%。3.2018年建筑運行的總商品能耗為10億tce，約占全國能源消費總量的22%。其中城鎮住宅、農村住宅、公共建筑、北方城鎮供暖的商品能耗分別為2.14億tce，2.16億tce，3.32億tce以及2.12億tce;2018年中國建筑運行的化石能源消耗相關的碳排放為21億tCO2，其中直接碳排放占50%，電力相關的間接碳排放占42%，熱電聯產熱力相關的間接碳排放占8%。4.基于以上結果，本研究對中國建筑領域節能低碳發展提出如下建議:一是合理規劃建筑規模，避免“大拆大建”;二是倡導綠色的生活方式與適宜的技術，通過政策引導以及技術措施鼓勵居民維持傳統節約的用能方式是未來控制居住建筑運行能耗的重要手段;三是引導適宜的建筑形式和系統設計，對于公共建筑要盡量營造與室外和諧的室內環境，這是未來實現公共建筑節能低碳發展的重要技術方向。

作者:胡姍 張洋 燕達 郭偲悅 劉燁 江億 單位:清華大學