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重塑建筑部门用能方式,实现建筑部门绿色发展

2017-06-29

谷立静[1]  张建国

    摘  要:我国建筑部门现有发展模式粗放,能源利用效率整体偏低,引发了诸多生态环境问题。重塑建筑部门用能方式,实现建筑部门绿色发展势在必行。建筑部门重塑能源,需要从引导建筑面积合理增长、推广超低能耗建筑、普及高效建筑用能设备和系统、优化终端用能结构和升级建设运行方式五个方面着手。同时,还应配套建立建筑能源消费总量控制、城乡规划、标准提升、技术研发推广、能耗数据、长效机制等方面的保障措施。
    关键词:建筑 重塑能源 节能 绿色 路径
    建筑能耗通常指非生产性建筑在使用过程中的能源消耗,即民用建筑运行能耗,包括用于营造建筑室内环境、实现建筑服务功能的采暖、制冷、通风、照明、炊事、热水、家电、办公等能源消耗。建筑部门是现代社会重要的能源消费部门,全球超过30%的终端能源消费来自于建筑部门。2015年,我国建筑部门一次能源消费总量为8.6亿tce,约占全国能源消费总量的20%。建筑部门是落实绿色发展理念、推进能源生产和消费革命、加快生态文明建设不可忽视的领域。
    1 建筑部门重塑能源势在必行
    1.1 建筑部门是未来我国能源消费增长的主要来源
   

    发达国家历史经验表明,当工业发展到一定程度后,建筑部门能源消费将随着经济发展急剧增长,建筑部门在全社会终端能源消费量中的占比将超过30%,甚至达到40%。我国目前的经济发展阶段落后于发达国家,人均建筑面积和建筑能源服务水平与发达国家还存在一定差距。随着城镇化的进一步推进,我国居民生活质量和服务业发展水平将继续提升,拉动建筑部门能源消费持续增长。“十二五”后期,随着经济增速下降,工业能耗增长放缓,建筑部门能源消费增量占全社会能源消费增量的比重明显增加(如图1所示),建筑部门将逐渐成为全社会能源消费增长的最主要来源。落实能源生产和消费革命战略,必须重视建筑部门能源消费模式转型。

    1.2 建筑部门亟待重塑能源   

    建筑部门现有发展模式不可持续。首先,我国城乡建设模式粗放,缺少科学的建设发展规划,城市无序扩张现象普遍,造成大量房屋空置;同时大拆大建问题突出,被拆除的城镇建筑平均寿命不到30年,农村建筑寿命不到15年。其次,我国建筑能源利用效率整体较低,建筑围护结构热工性能、用能设备效率、用能系统运行水平等均与发达国家存在较大差距。再次,建筑建造水平也有待提高,单位面积建材消费量明显高于发达国家。粗放的发展模式不仅造成了能源、资源的大量浪费,也给生态环境带来巨大压力,北方地区建筑冬季采暖已成为当地雾霾频发的重要原因,严重影响了人民生活和身体健康,与生态文明建设、绿色发展要求严重不符。因此,建筑部门急需变革发展模式和能源消费模式。
    1.3 城镇化快速发展和能耗锁定效应倒逼建筑部门重塑能源刻不容缓   

    我国依然处在城镇化加快发展的阶段。近年来,每年新建建筑面积均超过30亿平方米,在建建筑面积接近130亿平方米,到2050年全国还将累计新建建筑500多亿平方米。而与此同时,建筑具有能耗锁定效应,如果建设之初不努力降低能耗水平,一旦建成将导致未来几十年都消耗更多的能源,只能通过节能改造来实现能耗下降,但与新建时就采取节能措施相比,无疑是能源和资金的浪费。因此,在当前新建规模如此巨大的情况下,必须抓紧推进建筑部门能源消费转型。
    1.4 绿色理念和技术进步为建筑部门重塑能源创造条件   

    目前,绿色发展已成为全球共识,不少发达国家提出并实施了绿色新政,其中包含诸多降低建筑部门能耗的措施,如近零能耗建筑、光伏屋顶计划等。我国也将“绿色”作为五大发展理念之一,加快经济社会绿色转型,并在建筑领域持续加大节能工作力度。在国内外绿色实践的推动下,建筑节能技术迅速发展,被动式房屋、高效空气源热泵、超高效家用电器、建筑智能控制系统等先进技术和产品不断涌现。绿色理念和技术进步已经为建筑部门重塑能源提供了良好的舆论环境和有力的硬件支撑。
    2 建筑部门重塑能源的实现路径   

    建筑部门重塑能源需要从控制建筑部门活动水平过快增长,降低建筑有用能强度,提高建筑用能系统和设备效率,优化建筑用能结构,升级建筑建造和运行管理模式等方面进行努力。
    2.1 引导建筑面积合理增长   

    引导建筑面积合理发展是抑制建筑能耗爆发式增长的重要途径。建筑面积增长与城镇化发展模式、城乡规划水平、居民生活方式等密切相关。我国城镇化是在人口众多、资源相对短缺、生态较为脆弱、环境问题突出的背景下推进的,国情不允许我们盲目追求美国、加拿大等国家超高人均建筑面积目标(60平方米左右),而应向欧盟、日本等国家“舒适但不奢侈”的人均建筑面积目标(40平方米左右)看齐。因此,我们必须坚持走新型城镇化道路,科学制定城乡建设规划,合理设定人均建筑面积发展目标,优化城市空间布局,通过实施建筑面积总量控制,引导全国建筑面积合理增长。
    2.2 推广超低能耗建筑   

    大幅降低建筑有用能需求,是建筑部门重塑能源的关键。我国不仅既有建筑规模庞大,未来还有大量新建需求。按部就班地提升建筑节能设计标准,逐步降低建筑有用能强度,已经难以满足能源消费革命的要求。必须通过普及一体化和被动式设计理念,广泛应用超低能耗建筑技术,抓紧建设各类超低能耗建筑(被动房、近零能耗建筑等),尽快开展既有建筑深度节能改造,才能实现我国建筑有用能强度整体水平的大幅下降。
    一体化设计,即在建筑设计中融入系统优化思想,统筹考虑建筑各个相关系统,关注多种技术组合,在经济合理的前提下,获得更显著的节能效果和更好的室内环境。被动式设计则是优先采用各种被动式技术,尽可能减少机械系统使用来达到建筑设计目标,从而大幅降低建筑能耗。中外实际案例显示,一体化和被动式设计具有显著的节能效果。深圳建科大厦通过运用“一体化设计”,用比同类建筑低30%的建造成本实现了比同类建筑低50%的节能效果;秦皇岛“在水一方”被动房项目,通过运用被动式技术,将采暖能耗需求降至现行节能标准的1/3,而建安成本仅增加12%;美国帝国大厦运用“一体化设计”思想开展深度节能改造,实现能源节约38%,并在3年内收回改造投资。
    2.3 普及高效建筑用能设备和系统   

    随着经济社会的不断发展,未来我国各类建筑用能设备的保有量还将继续增长,要实现建筑部门重塑能源,必须要提高用能设备的能效水平。目前,各类用能设备大多已存在超高效产品,只是普及率还很低,需要通过推行能效标准等措施,加快普及高效用能设备。
    要提高建筑用能系统效率,除了选用高效用能设备外,还必须合理选择能源系统形式。在各类建筑用能系统中,采暖系统能耗占据主导地位,因此采暖方式的选择尤为重要。就北方城镇而言,应优先选择热电联产和工业余热集中供热方式,逐步淘汰低效小区燃煤锅炉和小煤炉采暖;对于没有条件接入城市热网的建筑,要因地制宜优先利用各种高效热泵技术,如污水源热泵、空气源热泵等;对于采暖需求小的超低能耗建筑而言,应考虑采用空气源热泵、分户燃气炉等高效分散采暖方式。就过渡地区而言,不宜推广集中供热,应以高效分散采暖方式为主。
    2.4 优化建筑终端用能结构   

    优化建筑终端用能结构,降低化石能源占比,尤其是煤炭占比,是减少建筑部门终端污染物排放、改善居民生活品质的关键,是建筑部门重塑能源的应有之意和重要举措。建筑部门煤炭消费主要用于北方地区冬季取暖,因此,首先要加快推进北方地区清洁取暖,结合当地气候条件、建筑形式、居民经济条件、技术适用性等,科学制定规划,通过大力推广低品位工业余热供暖、高效热泵、清洁燃料等采暖技术,替代高污染散煤取暖。其次,要深入发掘可再生能源建筑应用潜力,按照因地制宜、就地开发原则,加快推广太阳能热水器、建筑光伏一体化系统等,大量替代化石能源,推动建筑由耗能型向产能型转变。再次,还应通过完善电力基础设施和电价政策,提高用电设备性能和质量,促进建筑用能电气化水平显著提升。
    2.5 升级建设运行方式    建筑部门重塑能源还必须转变传统低效的建造方式和用能系统运行方式。在建造环节,推行建筑工业化。通过工业生产方式建造建筑,不仅可以提高建筑质量,增强建筑适用性,延长建筑寿命,还能够节约建材消耗,缩短建造时间,同时有助于提升建筑围护结构性能,降低建筑能耗。案例显示,采用工业化方式建造的建筑,寿命可延长10~15年,建材损耗减少60%,建筑废弃物减少80%。在运行环节,发展智能系统。完善的智能系统,可以对建筑用能系统运行状况进行实时监测,并自动优化系统运行,从而提高系统运行效率,减少能源消耗。发展智能系统,关键是将信息技术与建筑能源系统进行深入融合,通过安装能耗实时计量装置、环境自动监测装置,建立能源系统智能控制平台,实现能源系统根据相关信息进行动态响应。
    3 建筑部门重塑能源的实施效果   

    全面实施前述重塑路径后,建筑部门可以实现以较少的能源消费和碳排放增长,满足城镇化背景下建筑服务水平大幅提升和室内环境显著改善的需求,实现能源的高效清洁利用和建筑部门的可持续发展。
    3.1 扭转建筑面积爆发式增长态势   

    2010~2050年间我国建筑面积年均增速约为1.1%,较2000~2010年间的6.2%大幅放缓。2050年建筑总面积可控制在860亿平方米左右,各类人均建筑面积基本达到当前发达国家中的较低水平,既保障了必要的生活、工作空间,又避免了向“奢侈”方向发展。
    3.2 能源消费增速明显放缓   

    参考情景下,建筑部门终端能源消费量持续快速攀升,从2010年的5.5亿吨标准煤增长到2050年的14.8亿吨标准煤,期间没有出现峰值;重塑情景下,建筑部门终端能源消费增速大幅放缓,并在2039年达到峰值,约8.6亿吨标准煤,2050年终端能源消费量降为7.3亿吨标准煤,较参考情景下降51%,较2010年仅增长34%(见图2)。就2050年而言,合理控制建筑面积、推广超低能耗建筑、提高设备和系统效率、优化终端用能结构、升级建设运行方式五条路径,可分别实现节能2.9亿吨标准煤、3.0亿吨标准煤、2.0亿吨标准煤、1.5亿吨标准煤、1.0亿吨标准煤(见图3)。

    注:参考情景和重塑情景均采用了合理控制后的建筑面积,因此2050年参考情景能耗为考虑面积控制后的能耗。图中面积控制路径对应的虚线柱表示,如果不考虑面积控制,参考情景2050年能耗将再增加2.9亿吨标准煤,即面积控制带来的节能量为2.9亿吨标准煤。

    3.3 终端用能结构显著优化   

    重塑情景下,2050年建筑终端能源消费中电力占比达到66%,较2010年提高36个百分点,较参考情景提高16个百分点;煤炭占比仅为2%,较2010年降低41个百分点,较参考情景降低16个百分点,基本实现建筑部门终端用能去煤化(见图4)。

 
    3.4 建筑服务与二氧化碳排放实现“脱钩”
    参考情景下,建筑部门二氧化碳排放量(含电力、热力生产间接排放)从2010年的18.8亿吨增长到2050年的39.0亿吨,在2039年达到峰值;重塑情景下,建筑部门二氧化碳排放量在2029年即达到峰值27.0亿吨,到2050年降至10.1亿吨,较参考情景下降74%,仅为2010年水平的54%(见图5)。

    3.5 间接降低了工业和电力部门能耗   

    重塑情景下,建筑工业化使建筑寿命普遍延长,2010~2050年可累计减少城镇新建建筑面积34.1亿平方米,其中2050年减少2.4亿平方米,相应地减少了钢材、水泥等建材工业生产能耗约0.6亿吨标准煤。得益于光伏发电系统的大规模应用,2050年建筑光伏发电装机达5.4 亿kW,年发电量6840亿kWh,相当于减少电力部门能源消费0.8亿吨标准煤。
    3.6 具有较好的经济效益   

    建筑部门因实施各项重塑措施,在2010-2050年期间将累计增加投资约8.7万亿元,但所带来的节能潜力可以节约能源费用约13.0万亿元,综合来看,建筑部门重塑能源可以带来约4.3万亿元的净收益。
    4 建筑部门重塑能源的保障措施   

    建筑部门重塑能源要以转变城乡建设模式和建筑业发展方式为战略导向,将高效、绿色、适度的理念贯穿于城乡建设规划和建筑设计、施工、运行、拆除的全过程中。建筑部门重塑能源战略可分三个阶段:2010~2020年,实现城乡建设模式初步转型,基本形成以实际能耗为控制目标的建筑节能政策体系;2020~2040年,全面实施以建设超低能耗建筑为核心的各项重塑举措;2040~2050年,全面形成高效、清洁、智能的建筑能源消费模式。落实建筑部门重塑能源战略,还需要建立健全一系列保障措施。
    4.1 实施建筑能耗总量控制   

    建议国家建筑节能主管部门尽快研究提出建筑部门终端能源消费总量控制目标,并将该目标作为约束性指标纳入国家节能减排相关规划中。将全国目标科学分解到各地区,对地方目标完成情况进行年度考核,公布考核结果,并实行相应奖惩。抓紧建立建筑能耗全过程管理机制,在土地出让环节就明确规定建筑用能指标,并将指标要求贯穿于规划、设计、施工、验收、运行等建筑寿命期的全过程中,将建筑能源消费总量控制落到实处。
    4.2 科学开展城乡建设规划   

    转变以往“贪大求全”的规划思路,制定符合当地特点的城乡建设规划,尤其要避免农村照搬城镇模式。尽早实施全国建筑面积总量控制,提出不同时期控制目标,对不同地区提出差别化的控制要求。各地区应根据经济社会发展实际需要,确定建筑面积总量目标。鼓励发展紧凑型城市,优化城市空间布局,合理配比不同功能建筑面积。强化房屋建设审批,建立大型公共建筑建设审批机制,出台鼓励小户型住宅开发的房地产政策,建立建筑拆除审批机制。完善城乡规划领域立法,禁止随意更改规划,加强规划实施监督和评估。
    4.3 持续提升建筑节能标准
    加快推行以建筑能耗为控制指标的建筑节能标准,并逐步从自愿执行过渡到强制执行。继续完善建筑节能标准体系,扩大现有标准覆盖面,逐步强制推行超低能耗建筑标准、农村建筑节能标准,并出台配到的技术规范、施工工法等;建立促进建筑工业化发展的标准体系。严格强制性建筑节能标准的执行监管,尤其要加强对中、小城市实施情况的核查,对执行不利的地区要严惩不贷。将建筑节能标准更新纳入法制体系,制定标准提升路线图,并提前向社会发布。制修订各类建筑用能设备能效限额标准,扩大标准覆盖范围;推行建筑用能设备能效“领跑者”制度。
    4.4 加强技术研发推广   

    依托科研专项推进建筑节能重大技术攻关,完善科研管理制度,加大财政支持力度,通过建立产、学、研、企科技创新联盟,拓宽科研融资渠道。加强技术人才队伍建设,完善学科教育和职业培训,健全相关职业资质制度。因地制宜推广建筑节能技术,将实际能耗节约情况而不是理论节能率作为技术评价的最重要准则。通过组织培训、开设服务网站、发布技术指南和最佳实践案例、召开推广会和经验交流会等方式,提供全面、优质的建筑节能技术服务。
    4.5 完善建筑能耗数据   

    完善相关法律法规,依法加强建筑能耗计量、统计和信息公开。依法在建筑相关标准规范中将能耗计量作为硬性要求。依法对房管局、统计局、电力公司、燃气公司等建筑能耗相关部门和企业提出定期报送建筑能耗数据的要求。依法实施建筑能耗信息公开,对相关部门和企业提出建筑能耗定期披露要求。加强建筑能耗监测平台建设,建立能耗数据库,并加强数据分析。建立建筑能效标识制度,推行第三方评价,严格把控第三方从业资质,并加强评价监管。完善建筑能耗计量技术,提升计量设备质量。
    4.6 健全约束激励机制   

    约束机制方面,弱化行政手段,强化法律手段,抓紧完善城市规划、建设管理、标准更新、能耗计量统计公示、有关部门职责分工等方面的法律法规,加快推进地方相关法规建设。依法强化必要的行政监管,做到执法必严、违法必究。激励机制方面,变以奖为主为以罚为主,用严惩后进替代奖励先进,并大幅提高违法违规成本。多用税收、价格、金融等手段,少用财政补贴方式。整合现有激励措施,并抓紧研究出台建筑能耗超限额加价制度、工业余热供暖热费结算方法等必要的新激励机制。结合地方实际,实施差别化的约束激励政策。

    [1] 谷立静,博士,副研究员,国家发展和改革委员会能源研究所能源效率中心,长期从事节能减排战略、规划、政策研究,特别是建筑节能领域的研究。

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