如何讓每一棟建筑脫碳？| 研究報告

當我們思考能源轉型帶來的挑戰(zhàn)時，往往會首先聯(lián)想到飛機、發(fā)電廠、汽車和卡車……但你是否想過，普通的建筑也在其中扮演著重要角色？

從建筑結構到持續(xù)的能源消耗，建筑物貢獻了全球約三分之一的碳排放——2022年，其二氧化碳排放量高達123億噸。其中，大部分排放源自建筑運營，例如供暖、烹飪時燃燒的燃料，以及電力生產(chǎn)過程中燃燒的化石燃料。但除此之外，每年還有約26億噸二氧化碳（約占全球總排放量的7%）來自建筑本身的“隱含碳”——即建筑材料的生產(chǎn)、運輸和施工過程中所排放的碳。

今年2月發(fā)布的一份報告提出了一項藍圖，旨在到2050年實現(xiàn)建筑行業(yè)的碳中和。要達成這一目標挑戰(zhàn)巨大，因為它涉及全球數(shù)百萬建筑物業(yè)主的共同努力。然而，該報告的發(fā)布方——能源轉型委員會（Energy Transitions Commission，ETC）認為，現(xiàn)有的政策和技術工具已經(jīng)可以滿足這一需求。該委員會是一個國際智庫，成員包括能源生產(chǎn)商、高耗能行業(yè)、技術提供商、金融機構以及環(huán)保組織等。

報告指出，解決建筑行業(yè)碳排放問題的關鍵措施包括提升能源效率、電氣化、靈活用電，以及減少材料消耗并推廣更環(huán)保的建筑材料。全球各地在這些方面的進展雖不均衡，但已初見成效。

“許多必要的解決方案已經(jīng)擺在我們面前。”能源轉型委員會主席阿代爾·特納在上個月的一場討論中表示，“但要真正落地實施，我們需要改變觀念，也需要改變實踐。”

如何提高建筑物的能源效率？

報告稱，建筑開發(fā)商和業(yè)主可以采取各種策略，在不犧牲居民舒適度的情況下，降低建筑物的能源消耗和運營成本。

他們可以密封漏氣處；隔離閣樓、墻壁和地板；安裝雙層或三層玻璃窗，使建筑物像啤酒保溫套一樣舒適。報告稱，需要中等努力的防寒策略可以減少 10% 至 30% 的能源使用量；更深層次的改變可以減少高達 60% 的能源使用量。

對于改造，在線工具和現(xiàn)場能源審計可以幫助業(yè)主決定哪些變化對氣候、舒適度和能源賬單產(chǎn)生最大影響。

報告指出，其他簡單的技術可以應對日益增長的制冷需求，由于氣溫上升和收入增加，到 2050 年，全球制冷需求將增加一倍以上。從將屋頂漆成白色到種植遮蔭樹等被動方法可以轉移太陽光線，平均可以減少 25% 至 40% 的制冷需求。

委員會建筑脫碳負責人 Hannah Audino 表示，這些效率措施“會隨著時間的推移為家庭帶來明顯的回報”。

但她補充說，由于回報可能緩慢實現(xiàn)，政府應該向低收入家庭提供有針對性的融資，否則這些家庭可能無法負擔這些升級費用。

還有一個挑戰(zhàn)是說服房東投資于效率措施，盡管租戶通常自己支付水電費。為確保廣泛采用，作者建議政策制定者實施建筑性能標準，紐約和圣路易斯等美國城市采用這種方法，對未達到某些排放或能源使用基準的建筑業(yè)主進行處罰。

對于新建筑，能源法規(guī)和其他受監(jiān)管標準可以設定性能底線。報告稱，它們在世界各地差異很大，但被動式房屋方法是“黃金標準”。與傳統(tǒng)建筑相比，符合其基準的建筑通?？蓪⒛茉词褂昧看蠓鳒p 50% 至 70%。

此外，與僅按規(guī)范建造的建筑相比，新建筑的能耗降低 20%，通常具有“非?？煽氐摹币鐑r 1% 至 5%，作者寫道，這可以通過提高開發(fā)商的售價或降低業(yè)主的賬單來彌補。

通過地下熱能網(wǎng)絡連接建筑物并共享熱量也可以實現(xiàn)巨大的效率提升——而且比個人行動更快、規(guī)模更大。報告指出，它們“應盡可能部署”。

要使建筑物脫碳，就必須實現(xiàn)電氣化

建筑物需要完全電氣化才能成為氣候友好型建筑。這意味著要用超高效的熱泵（包括地熱熱泵）、熱泵熱水器、熱泵干衣機和電磁爐取代化石燃料燃燒設備。

報告稱，熱泵對于供暖脫碳至關重要，供暖是最大的運營排放源，目前全球只有 15% 實現(xiàn)了電氣化。這些設備的效率通常是燃氣設備的兩到三倍，即使由尚未 100% 清潔的電網(wǎng)供電，它們也能降低排放。

熱泵的價格可能比較高，但作者預計，隨著銷售增長和安裝人員經(jīng)驗的積累，熱泵的價格會下降。報告稱，在市場成熟的國家，熱泵的價格甚至可能比燃氣供暖系統(tǒng)還便宜：以丹麥、日本、波蘭和瑞典為例。

根據(jù)報告，對于美國大多數(shù)家庭和歐洲許多家庭來說，熱泵比燃氣設備運行成本更低，總壽命成本也更低。當消費者考慮安裝空調和燃氣爐時，熱泵更具經(jīng)濟意義；熱泵集兩者于一身。

這些設備也不斷改進。制造商學習如何通過經(jīng)驗改進技術，就像他們在太陽能電池板和風力渦輪機上所做的那樣。結果是，熱泵變得更高效；變得更??；隨著它們過渡到天然制冷劑（全球變暖潛能值也較低），溫度也更高。

但報告指出，政策制定者需要解決能源成本問題，以鼓勵廣泛電氣化。電價高于燃氣國家的國家在熱泵采用方面落后。

報告稱，解決辦法包括將目前不成比例地堆積在電費上的環(huán)境稅轉移到燃氣成本上，為使用電熱的客戶提供較低的電費，并對碳排放定價。禁止使用燃氣設備將是最直接的舉措，但“只有荷蘭等少數(shù)國家成功制定了計劃”。

讓電網(wǎng)電力需求更具彈性

當建筑物全電動時，它們將需要更多電力，這可能會給電網(wǎng)帶來壓力。報告稱，如果不加以控制，到 2050 年，全球建筑物的電力需求可能會比現(xiàn)在增長 2.5 倍。但隨著效率的提高，委員會預計電力需求將增長 45%。

這仍然是巨大的。因此，作者指出，為了在不破壞電網(wǎng)的情況下使建筑物脫碳，我們需要使建筑物的電力需求靈活。通過在廉價、清潔和充足的情況下使用電力，這些建筑物也將比其他建筑物更實惠。

低成本的智能恒溫器和傳感器可以將需求減少 15% 至 30%，并在價格下降時自動轉移能源使用。在某些地方，商業(yè)建筑業(yè)主已經(jīng)可以通過在電網(wǎng)需求最高時減少能源使用量，每年節(jié)省數(shù)萬美元。

報告建議，所有建筑都應能夠在不影響舒適度的情況下，在兩到四個小時內改變主動供暖或制冷的時間。這可以通過提供熱慣性的現(xiàn)有解決方案來實現(xiàn)，包括絕緣材料和可在需要時儲存熱水的儲水式熱水器。

公用事業(yè)和監(jiān)管機構可以通過實施電價或公用事業(yè)關稅來刺激更靈活的需求，獎勵客戶在高峰時段之外使用電力。

“當風吹日曬，電網(wǎng)上可以說有充足的清潔能源時，價格往往會出現(xiàn)負值，”Audino 說。稅費可以反映這一現(xiàn)實，為家庭和其他人轉變用電方式提供明確的經(jīng)濟激勵。如果沒有這些更具動態(tài)性的稅費，“我們真的很難看到我們如何大規(guī)模推動這種[轉變。”

如何清理隱含碳？

報告稱，到 2050 年，全球建筑面積預計將增長 50% 以上。如果建筑采用與今天相同的技術建造，從現(xiàn)在到本世紀中葉，累計隱含碳排放量可能會再增加 750 億噸二氧化碳。

但通過最大限度地利用現(xiàn)有建筑、對建筑材料進行脫碳以及以不同的方式設計新建筑，這一數(shù)量可以減少到約 300 億噸二氧化碳。

根據(jù)報告，使用現(xiàn)有結構是減少隱含碳的“最大機會”：該策略完全避免增加任何新的隱含排放。但作者補充說，實施這一策略比改變建筑技術更困難。

報告指出，生產(chǎn)材料會推動前期排放，其中最大的貢獻者是水泥、混凝土和鋼鐵：它們占建筑材料碳排放的 95%。

低碳和零碳水泥、混凝土和鋼鐵可以使用電力、替代燃料、特殊化學品（包括受珊瑚啟發(fā)的化學品）和碳捕獲與儲存來制造。但開發(fā)商需要激勵措施來購買這些清潔材料，這些材料目前尚未廣泛使用或僅就成本而言缺乏競爭力。

一種補充方法是設計排放物質較少的建筑物。對于相同的建筑面積，中層建筑使用的材料少于高層建筑，而高層建筑需要更大的地基和更大的柱子。四四方方的建筑比不規(guī)則的建筑更高效。

根據(jù)報告，開發(fā)商還可以使用替代的低碳材料來補充建筑。這些材料包括再生材料、可持續(xù)來源的木材、竹子、夯土和“麻石”——一種由大麻纖維、石灰和水組成的低強度、輕質混合物，可以吸收碳。

由于隱含碳幾乎是看不見的，因此抑制隱含碳尤其具有挑戰(zhàn)性。作者寫道，2021 年，倫敦監(jiān)管機構決定改變這一現(xiàn)狀，要求主要開發(fā)商在規(guī)劃階段就統(tǒng)計建筑物整個生命周期內的所有碳排放量（包括運營碳排放量和隱含碳排放量）。

能源轉型委員會成員 Arup 公司建筑可持續(xù)發(fā)展團隊副總監(jiān) Stephen Hill 表示，開發(fā)商無需保持在任何碳強度閾值以下；他們只需報告預期排放量。

“但這引發(fā)了開發(fā)商隱含碳強度的下降，他們都希望開發(fā)出碳排放量最低的項目，”他補充道?！斑@是一個引人入勝的例子，展示了透明度的作用以及市場如何運作?！?/p>

非營利組織世界綠色建筑委員會高級影響總監(jiān) Stephen Richardson 在委員會的小組活動中強調，要實現(xiàn)建筑物脫碳，政府需要同時做兩件事。 “一方面，我們需要激勵，使其在經(jīng)濟上更具吸引力，”他說。另一方面，“我們需要強制執(zhí)行。”

報告指出，亞洲大部分地區(qū)、非洲和南美洲大部分地區(qū)，甚至美國的一些州都缺乏強制性建筑規(guī)范。Richardson說，這是需要實施的“絕對、首要”政策?！皼]有政策，什么也不會發(fā)生——或者只會發(fā)生很少的事情?！?/p>

資料來源：Canary Media

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