新闻直通

仇保兴:中国建筑的节能是碳中和体系中最需要攻克的

2021-11-30 11:33:53 mana 63

11月25日,国际欧亚科学院院士、住房和城乡建设部原副部长、中国城市科学研究会理事长仇保兴在由经济观察报、经观传媒共同举办的2021宏观经济论坛暨创新峰会上表示,改革开放四十年的成功经验揭示,碳达峰碳中和背景下城市间的GDP单轨竞争可转向GDP与减碳双轨竞争。 

仇保兴指出,城市碳中和战略的实施可分为工业、农村农业、建筑、交通、废弃物处理(市政)五大模块,实现碳中和的阻力主要来自于工业文明思路锁定,需要多方面的创新,政府自上而下主导的减碳可与行业自下而上主导的减碳形成互补,城市的新发展动力来自于“碳中和”战略的实施。 

谈及碳中和实施路径,仇保兴表示:“中国建筑的节能是整个碳中和体系中的最需要攻克的。” 

图片关键词

以下为演讲实录节选: 

今天,我跟大家一起讨论一下碳中和与城市发展模式的创新。首先需要讨论的是碳中和的路线图,全国各地现在都在制定各自城市、地区以及行业的碳中和路线图。 

碳中和路线图如果是比较合格的,或者是优秀的,肯定是具有若干特征的。第一个特征是安全韧性,没有安全就等于没有一切,所以必须要建立安全韧性,路线图所采用的技术必须是安全、韧性、经得起一定风浪的。第二,采用的技术成本是趋降的。第三,技术的可靠性是越高越好,而不是可靠性逐步打折,或者可靠性会退化。第四,这个路线图能够将原有的能源系统,特别是灰色系统逐渐转为绿色系统,使灰色系统和绿色系统能够兼容,这点尤为重要,因为中国的煤发电站数量占到了全球的 50%,将这些煤电厂逐步转型到绿色发电设施是非常有必要的。最后,能够实现 " 进口替代 ",中国是最大的石油进口国,也是全世界最大的天然气进口国,通过碳中和路线图可以把能源过度依赖进口的问题解决掉。 

城市是人为温室气体排放的主角,因为 75% 的人为温室气体是由城市排放的,所以 " 解铃还需系铃人 "。

图片关键词


建筑模式的创新 

建筑是所有的人都必须拥有的,要么是买来的,要么是租的,建筑的碳排放一直是被低估的,国际能源组织曾经对世界建筑进行了碳排放的估算,认为建筑的碳排放从全生命周期来讲是占全社会碳排放 38% 左右。但是在中国经过详细计算,我们建筑的全生命周期碳排放,居然占到了全社会的碳排放的 48%,为什么会比国际的平均值还要高得多呢?是因为世界上百分之六七十的建筑是木材,木材是一种碳中性的建筑材料。但是在中国 80% 以上的建筑材料是用钢筋水泥,钢筋水泥是不具备木材的 " 碳中性 " 的。 

中国建筑的节能是整个碳中和体系中的最需要攻克的,从当前建筑运行相关的二氧化碳排放状况来看,我国公共建筑的总面积占比最小,但是耗能强度最大,单位面积公共建筑的碳排放约是日本的一倍;北方采暖建筑总面积不大,但每平米二氧化碳排放约为 36 公斤。现在还有很多南方城市都在计划实行集中供暖,如不谨慎考虑,这将会明显增加这些城市的碳排放。因为北方地区采暖每平方米建筑约排放这么多二氧化碳,主要是因为按平方米计费引发的浪费,如果在南方地区例如武汉、成都等实施集中供热,这显然属于高碳行为。 

有许多人可能在离开家庭的时候会记得把电灯等用电设施关掉,但是暖气片是不会关的,因为暖气片是按平方米计价的,这也是我们所忽视的,事实上如果关了暖气片,节能的效果将比关电灯等用电设备要大出十倍。 

另外,可以看到绿色建筑是全球流行的新的应对碳中和的建筑体制。绿色建筑有两个专有名词——第一个是全生命周期节能、减碳、节水、节采,室内环境比较好的建筑;第二个专有名词——绿色建筑是气侯适应型的建筑,即建筑的能源系统和围护结构能够随着气候的变化而自行调节,使建筑的用能模式发生适应性变化。 

例如绿色建筑可以在夏天需要制冷时,将室内空气中的热储存在地下,到冬天时再把热量重新提取出来进行取暖,这两者在长江流域是可以实现平衡的,一个建筑能够对外界进行适应性的自我调整,这就叫做气侯适应型建筑。而且建筑的窗户是随着阳光的变化而自动进行变化,能够遮阳、吸收阳光,这些成本都是非常低的。建筑的节能如果从气侯适应性的角度来看,可以获得低成本、高质量的节能建筑。 

建筑发展到未来,利用越来越便宜的可再生能源,越来越便宜的光伏,就可以实现正能建筑。什么是正能建筑呢?所有的建筑都需要消耗能量,但是正能建筑利用光伏等可再生能源产生的能量比建筑本身消耗的能量还多,这时候就变成了正能建筑。一个城市如果所有的建筑大部分都是正能建筑,那么建筑将不再仅仅只是耗能单位,也可以成为产能单位。 

正能建筑的屋顶经过了特殊设计,比一般的屋顶要大,朝阳的立面装满了太阳能光伏板,有些光伏做得越来越薄就像薄膜可以贴在墙上,贴在玻璃上,将来甚至可能做成涂料一样,涂上就可以发电,那个时候所有建筑的墙面都可以作为发电的单元。 

更重要的是,现在电动车越来越多了,根据规划到 2030 年,中国可能有 1 亿到 3 亿辆的电动自行车,每辆电动自行车可以储 60-90 度电,1 亿量就是 90 亿度电,可以储存在这里,可以帮助电网进行调峰,而且所有的电动车车主可以用峰谷电和一般的电价直接进行灵活的切换,获得额外的利益,这是一种新的通过电的储存来获得财富的新机会,是一个非常重要的大变革。 

因此建筑脱碳潜力在于社区 " 微能源 " 系统。将风能、太阳能光伏与建筑进行一体化设计,同时利用电梯的下降势能和城市生物质发电,利用社区的分布式能源微电网以及电动车储能组成微能源系统。电力富余的时候,可以把电卖给电网,不足时候向电网购电,平时把电储存在电动车中。借助这个微能源系统,可以有效调节电网波动。例如在峰谷的时候,用电动汽车进行充电;当峰顶时,可以借用电动车所储电能反馈电网一部分电力,对电网用能进行调节。如果外部突发停电,社区也可以借助各家各户的电动车电能作为临时能源供应。 

图片关键词


国外已经开展了大量研究,绿色建筑的高级阶段可以发展为 " 鱼菜共生 " 系统,使日常食物能够在建筑内实现并就近供应。鱼菜共生是一种新型的复合生态体系,它把水产养殖与水耕栽培两种原本完全不同的农耕技术,通过巧妙的生态系统设计,达到在建筑内科学的协同共生,从而实现养鱼不换水而无水质忧患,种菜不施肥而正常成长的生态共生效应。采取 24 小时灯光照射促进蔬菜生长,而且水的利用率可以达到 90% 以上。在这个案例中,楼顶单位面积的蔬菜产量是大田里的 50 倍左右,非常高效,很值得中国以城市为主导的 " 碳中和 " 体系学习。 

需要指出的是,建筑应该有 " 负面清单 ",城市不应该推行低密度发展,在南方地区推行按建筑平方米计价的集中供暖属于高碳行为,同时应避免 " 四联供 " 供能系统和玻璃幕墙的滥用。有数据表明,作为以玻璃幕墙为主的上海火车南站,其能源消耗造成的碳排放要比一般的混凝土建筑高出一倍,而如果该建筑建在广东,则会高出三倍,但是如果是建在北京、哈尔滨等地区造成的碳排放又会比一般建筑减少,所以在建筑节能设计方面,应着重考虑当地气候采取因地制宜的办法。另外,不提倡扩大使用中央空调来调节室内温度,中央空调由于其集中供能常常处于 " 大马拉小车 " 的状态,人均耗能是普通分体空调的好几倍。除以以外,不能在农村倡导消灭土坯房,农村抗震夯土农房实际上属于气候适应性建筑,土坯对热量的储蓄能力是钢筋混凝土的一倍以上,可以实现室内温度的自动调节,并且对于农村的夯土房如今早已有国家标准。 

在市政创新方面,城市与自然对立的表现就在于生产、消费、降解三者的失衡,必须要逐步实现资源使用低碳化,对废弃物进行就近降解再循环。但是我国现在流行做法是对废弃物进行通过长途运输,然后集中处理,这种被称之为 " 静脉产业 " 的做法仍旧属于工业文明的处理方式。大自然对废弃物是 " 处处微循环 ",工业文明的处理方法是 " 处处长循环 "。这方面科学减碳就必须使各种废弃物就近循环使用。 

建筑的钢材、水泥钢筋都是单方面消耗的,如果建筑采用的是耐候钢,或者甚至用不锈钢建造的,这样 100 年、甚至 200 年以后,由于材料基本上没有生锈,就能实现百分百回收利用,这样的话我们可以把建筑的材料能耗降到很低,因为所有的材料都是可以回收利用的,更重要的我们可以帮助钢铁行业来减碳,因为钢铁行业消耗的能源从铁矿石生产,一直到铁矿石的运输、铁矿石的粗炼、到钢材的精炼,整个过程中间消耗巨量的能源。如果直接用废钢材进行回收利用,就可以把碳排放减掉一半以上。更重要的是,如果所有的建材都是回收利用的,能源供应、材料供应就可以建立在内循环的基础上,中国就可以做到不依赖国外进口铁矿石,这一点是国家安全,而且是双碳战略的重要部分。 

其次,中水多级多次回收再利用是减少供排水碳排放的重要途径。城镇住宅和生产单位污水,目前都是通过污水管网收集长距离输送到污水处理厂进行集中处理,这是一种工业化处理的方式,碳排放强度很高。值得推广的新模式是用分散式的集装箱式再生水处理器,这种方式不仅能够实现水的 " 微循环 ",而且更节能、节地、节省投资。这种新的创新模式可以使污水在集装箱内进行 1 级 B 和 1 级 A 的处理,1 级 B 处理的水未经脱磷除氮,所以这类水可以作为市政绿化用水,水中的氮磷等物质正是植物成长所需的养分,而经 1 级 A 处理的水则能够直接达到纯净水标准,这类水可以直接接入自来水管网,并且水质比远距离调水还好,碳排放更少,这样不仅实现了水的内部循环,而且也增强了城市的供水系统韧性。 

第二个节水的办法是户内 " 中水回用 "。利用户内中水集成系统可以将洗脸盆、洗衣机、淋浴产生的废水集中储存在一个装置内自动进行过滤消毒,消毒后就成为抽水马桶、拖布池的用水。有人曾做过简单的计算,如北京市及周边约一千万户居民都用上这套建议的 " 户内中水 ",每年约可节约南水北调对北京的实际供水量(每年约 6 亿吨)。前者的碳排放显然要比几千公里调水要低得多。

图片关键词

再比方说如果采用海绵城市,把雨水进行搜集利用,雨水渗透到地下水,城市可以做到像海绵一样吸收雨水,小雨搜集利用起来,不是随便地排掉。在国外,不同等级的海绵,减碳的能力是不一样的,而且减下来的碳是可以拿到碳交易市场进行交易的。虽然海绵城市不论是设计、施工、运行等环节都需要花钱,但是可以通过碳交易市场增加财富,这种机制在美国等发达国家已经实施。 

我们经常讲城市的绿化非常重要,城市的绿化不在于每一棵树能封存多少碳,更重要的是由这些绿化所产生的综合减碳效应成果显著。这是因为树木种植在城市内部可以有效降低热岛效应,减少人们在夏季对空调的依赖,在北京夏季有绿化范围和无绿化范围的温差可以达到 8 摄氏度。行道树木和小型园林中的乔木能够通过水蒸发和遮阳效应达到明显的环境降温作用,能够促使民众减少使用空调,从而间接地实现了节能减碳。 

但是,要这种模式发挥作用,就需要把传统的绿地模式进行创新,传统的绿地模式往往非常大,大到几个平方公里,这样的绿地其实是不容易让人享受的,如果把绿地变成小块,而且用高大的行道树联系起来,形成网络后就可以达到树冠的面积占到城市的空间面积 40% 左右,从而把热岛效应大大降低,这样城市可以做到大规模的减少空调使用。也正是基于这种创新模式,立体园林建筑成为近几十年出现的建筑新模式,这种建筑可以使每户人家拥有 20-50 平方米的菜地花园。这些阳台菜园可以种花种菜具有 5 大综合减碳效果,一是减少热岛效应,使夏天的空调有效减少,可以节省 30-55% 能源消耗。二是,因植物量很大,可以使小区绿化率提高到 160%。三是可充分利用多余的中水和雨水在阳台园地实现水循环利用。四是将厨余垃圾简易处理后成为花草菜的肥料。五是微型园林有助居住者身心健康。 

可以做个小结,通过以上的这些技术和手段,把 2020 年到 2060 年这之间的达峰和碳中和分成三个阶段,每个阶段采取不同的策略、不同的技术,我们可以从下而上来形成以城市碳中和为主体的良性变革。 

第一,是双碳战略实际上是需要双创来推动的,因为 70% 以上的减碳要使用技术,鼓励企业创新,而且这也是涌现无数的大企业、新企业、高效益企业。 

第二,中国实现碳中和要增加投资,将会超过 150 万亿元,这就意味着我们是第二次的财富分配机会,这些新的财富绝大多数要在城市和新创的企业之间获得分配,因为财富是创造出来的,投资也是企业来投的,这是财富第二次创造和分配非常好的机会。 

第三,实现这样的碳中和是有阻力的,阻力来自于工业文明思路的锁定,因为传统的工业文明是需要大规模、集中、中心控制,但是碳中和需要小型化、分布式,跟前面是完全不一样的,就地循环,多级循环,这就需要用思路的创新、技术的创新、体制的创新来满足这样的需要。 

第四,城市的减碳是从下而上,有众多的企业家参与,无数的创新行为产生,比如说通过顶层设实现互补,这种互补融合越强,整体的能源安全就越好。 

第五,减碳是城市新的发展动力,大部分将会来自于碳中和战略的实施和碳中和战略实施过程中技术创新和经济体制的创新,这两方面的创新为城市带来了新的财富和新的发展机会。 

谢谢。 

谈到建筑碳中和,不单指物理层面的建筑体本身,从建筑设计到施工建造、从建筑交付到使用维护,过程中都涉及到不同技术支撑。整体来看,建筑的绿色主要体现在施工建造的高效低碳、使用过程中的能量低散、氧气的总量输入、建筑(尤其墙体)的自适应等多个方面。