[2024年资助成果] 民用建筑低碳建造关键技术研究-胡姗

民用建筑低碳建造关键技术研究

项目负责人

胡 姗，清华大学建筑学院助理研究员

建筑部门是我国能源消费侧重要的用能部门之一，建筑部门的节能减碳工作是我国未来实现碳中和的重要基础。除建筑运行之外，建筑建造相关的排放也是全社会碳排放的重要组成部分。从全球来看，建筑业建造相关能耗占到全社会能耗总量的6%，占到全社会碳排放量的11%。而中国目前仍处于高速建设时期，建筑建造能耗和排放要显著高于全球平均水平，分别占到总量的14%和22%，且相比于建筑运行碳排放，建材与建造相关碳排放是在较短期周期内完成的、对环境影响较大，因此重视并优化建筑建造相关的用能与排放在我国是更加突出的问题，是建筑与工业行业协同落实碳减排目标的关键内容。在此领域，我国长期面临着数据缺乏、关键问题不清、未来发展路径不明的问题，因此本研究聚集于国家双碳战略下对于建造隐含碳排放减排规划的需求，开展了全球建筑建造隐含碳的标准对比及建造隐含碳排放的关键影响因素梳理，通过典型案例评估了单体建筑建造隐含碳排放的减排潜力，同时建立了中国建筑建造隐含能耗和碳排放的宏观模型，评估了中国建筑隐含碳排放的现状及未来减碳路径，研究成果可为我国房地产开展建筑绿色低碳建造提供技术路径指导，对于我国实现建设领域可持续发展提供了政策决策参考。

重要研究进展及成果

研究成果1：全球建筑建造隐含碳排放的现状研究

1.1各国标准中对于隐含碳排放的关注集中在建材生产与运输阶段

我国碳排放统计计算主要执行的是2019年由住房和城乡建设部批准颁布的《建筑碳排放计算标准》GB/T 51366，对比中国标准、日本《建物のＬＣＡ指針》及欧洲（英国）标准《EN15978》，可以发现如下结论：1）仅日本关注了设计阶段的碳排放；2）中国标准未考虑维修、替换及处置处理阶段。3）均未考虑建材回收对于隐含碳排放的影响，中国未考虑建材的回收及其碳排放影响，欧洲标准中回收阶段的碳排放独立于全生命周期之外。实际上各类标准和研究中建筑隐含碳排放的边界、定义都并不统一，计算方法和采用的基础数据也有显著差异，各国虽然已经有了建筑隐含碳排放的相关核算标准，但考虑到实际操作的可行性，在计算方法、边界设定和碳排放因子方面都有一些简化和省略。总体趋势是各国对于均关注了建材的生产和运输碳排放，但是未考虑维修、替换及处置处理阶段的碳排放核算，也未考虑回收阶段的碳排放。在全球各国的建筑评价标准中（图 1），也开始关注建筑隐含碳排放，但具体看来各类标准虽然要求审核隐含碳排放，但大多数作为加分项，而且基本都不要求提供实际建材消耗量数据，仅采用默认值，同时也不包含建筑隐含碳排放数据的披露要求。

图1 全球各国绿色建筑评价标准中关于建筑隐含碳排放的规定

研究成果2：建筑建造隐含碳排放的影响因素分析

从建筑的全寿命期（建材及运输、建造、运行、拆除）看，建筑运行用能相关碳排放占比最高约为70%，其次是建造隐含碳，包括建材生产碳排放约占20%，维护修缮过程约占5%，建材运输和建造过程约占3%，拆除处理过程约占2%。本研究进一步通过开展建筑建造隐含碳排放的文献综述、基础数据采集、专家访谈、全球对比及典型案例分析，得到我国建筑建造隐含碳排放的关键影响因素包括：新建建筑的规模（图 2）、存量建筑寿命、建筑结构体系（图 3）、建材类型，主要包括钢材、水泥的用量和类型。低除此以外，在建筑的维修、改造、修缮阶段尽量以修代拆，避免结构体系的重建，以及对拆除阶段的建材进行回收和循环利用，也能显著降低全社会建筑隐含碳排放。

图2 全球建筑现状规模与增速对比

图2 不同结构体系建筑建材碳排放分布情况（kg/m

本研究进一步选取了位于海南的某商业建筑案例，提取其设计方案并估算其建造隐含碳排放，并对其设计方案进行优化比选，如图 4。结果表明，按照原设计方案其建造隐含碳排放为708kgCO/m（混凝土方案）和720 kgCO/m（钢结构方案），通过采用100%的绿色三星建材，最多可将建造隐含碳排放降低14.7%。但对于房地产开发企业来说，针对新建建筑开展隐含碳排放降低的相关工作，仍然面临着相关障碍，主要包括：建材行业产业链庞杂，尚未形成可支持低碳建材选型与建造过程减排的基础数据库、成套技术解决方案、标准化产品库以及权威认证体系。

图4 典型案例建筑隐含碳排放核算与方案优化

研究成果3：中国建筑隐含碳排放核算模型构建与减排路径分析

在研究成果1和2的基础上，本研究对建筑建造领域的建筑规模、建材、隐含能耗和排放进行了物质流分析，并建立了中国建筑建造隐含能耗和碳排放分析模型（China Building Construction Model），其中包括中国建筑规模轮换模型（building stock turn-over mode）、建材模块（building material module）、建造隐含能耗和排放模块(building embodied energy and emission module)，如图 4。由于中国缺乏官方的建筑面积数据，中国建筑规模轮换模型利用各类建筑的竣工量、拆除量、区域调整量来估计全国分省的城镇住宅、农村住宅和公共建筑逐年存量，作为隐含能耗和碳排放估算的输入。在中国建筑建造隐含能耗和碳排放分析模型中，考虑了三种不同的建筑类型，水泥、钢铁、黏土砖、建筑陶瓷、铝材和玻璃六类建材，煤、油、气、电四类能源，以及能源相关二氧化碳排放和水泥生产过程二氧化排放两类排放。

5 中国建筑建造的物质流分析（上）和模型框架（下）

基于模型，本研究对中国建筑建造隐含能耗及排放的现状进行了分析，并基于对未来建筑规模的预测分析了隐含碳排放降低的潜力。结果表明，2022年中国民用建筑建造能耗为5.0亿tce，占全国总能耗的9%；碳排放总量约为15亿tCO，占全社会CO2排放总量的比例约13%。考虑口径包括工业建筑及各类基础设施建设，那么中国建筑业建造能耗为14.5亿tce，建筑业建造相关的碳排放总量约42亿tCO。如果未来中国建筑领域按照“大拆大建”模式发展，按照20~25年的建筑寿命来推算，面对未来人均80m2建筑面积的发展目标，我国将在2025年及2050年前后再次经历建材消耗及建筑建造隐含碳排放的峰值。2050年的峰值高达12亿tCO。面向我国2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标，应尽早实现建筑建造相关碳排放的碳达峰，并尽量降低碳排放助力全社会的碳中和目标，因此建设领域应采用的关键措施是：合理的人均面积规划和建筑规模总量控制（人均住宅面积40m/人，人均公建面积15.5 m/人，建筑面积总量750亿m）；由“大拆大建”逐渐转型至“以修代拆，精细修缮”，通过低碳方式实现建筑结构延寿（寿命达到50年以上），从而避免大规模建筑的结构性重建；同时通过深度改造来实现老旧建筑的功能提升和重新利用；加强建筑拆除过程中的建材回收及循环利用，这样有可能实现我国建造业的平稳着陆，民用建筑建造相关碳排放可逐渐降低。再进一步通过新型建材、新型结构体系技术的应用，有望于2060年前实现建筑建造的零排放。

图6 中国建筑建造隐含能耗和排放现状及未来情景分析结果

项目负责人简介

胡姗，清华大学建筑学院助理研究员，主持国自然青年基金、面上基金、国家重点研发计划项目子课题等。发表国内外期刊论文40余篇，6篇入选ESI高被引论文，担任国际SCI期刊Building Simulation（JCR-Q1）领域编辑。

联系方式：hushan@tsinghua.edu.cn

“房地产可持续发展”研究资助计划

本项计划由清华大学恒隆房地产研究中心于2023年初启动，该计划面向清华大学全体教师和研究人员征集，鼓励和支持我校围绕房地产行业的多元场景，开展创新性、跨学科交叉研究等。2024年度研究计划共资助了10项研究，相关成果发布会已于2025年1月10日在清华大学举行。2025年研究资助计划申报指南业已发布，感谢您的关注，期待您的申请与转发。

点击查看：2025年研究资助计划申报指南

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