中国住宅建筑使用阶段碳排放的因素分解实证

胡文发，郭淑婷

（同济大学 经济与管理学院，上海 200092）

2009年举行的哥本哈根气候大会使全球气候变暖问题再次成为全球瞩目的焦点，引起了国际社会对“低碳”的广泛关注，这次会议标志着全球进入了以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳时代.对于节能减排，很多国家纷纷做出承诺，中国承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%.在我国，建筑物总能耗占社会总能耗的25%～28%，CO2排放量占社会总排放量的40%左右［1］.因此建筑节能减排对发展低碳经济、控制全球气候变暖具有更深远的意义，同时是低碳社会对于建筑业发展的时代要求.

住宅建筑的特点是生命周期很长，其使用阶段的CO2排放量占到建筑生命周期CO2排放量的60%～80%［3］，因此住宅建筑使用阶段的节能减排对改善环境具有很重要的作用.近年来，很多学者对住宅的能源消耗和碳排放进行了分析研究，但是大部分学者的研究主要聚焦于对住宅建筑的能源消耗与碳排放进行测度和评价［1－3］，而忽略了对影响住宅建筑碳排放的各因素进行研究分析.基于以上分析和住宅建筑的特点，本文采用对数平均分解法（logarithmic mean weight divisia index，LMDI）对住宅建筑使用阶段的碳排放进行因素分解，定量衡量各因素对住宅单元碳排放的影响，进而就住宅建筑在使用阶段如何进行节能减排提出一些建议.

1 住宅建筑使用阶段碳排放的分解模型

在碳排放领域，Kaya恒等式是应用较为广泛的因素分解模型［4－5］，其表达式为

式中：C为二氧化碳排放总量；E为一次能源消费总量；GDP国内生产总值；P国内人口总量.其中C／E为能源的碳排放强度，E／GDP为GDP的能耗强度，GDP／P为人均GDP.

基于Kaya恒等式原理，综合考虑各种因素相互关系及对建筑物碳排放的影响，提出以户为单位的住宅建筑在使用阶段碳排放的因素分解模型，表达式如下：

式中：CR为住宅建筑使用阶段碳排放总量；CRi为住宅建筑使用阶段i种能源的碳排放量；ER为住宅建筑使用阶段能源的消费量；ERi为住宅建筑使用阶段i种能源的消费量；MR为居民消费支出；P为人口数；AR为住宅建筑面积；HR为居民户数.

假设SRi＝ERi／ER为住宅建筑使用阶段第i种能源在能源消费总量中所占的比例，即住宅建筑使用阶段的能源消费结构因素；FRi＝CRi／ERi为住宅建筑使用阶段消费单位i种能源的碳排放量，即能源碳排放强度因素；IR＝ER／MR为住宅建筑使用阶段居民的平均单位消费性支出所包含的能源消耗，即住宅建筑使用阶段生活能源消费强度因素；GR＝MR／P为平均每人在日常生活中的消费额，即居民消费水平因素；DR＝P／AR为单位住宅建筑面积容纳的人口数量，即人口密度因素；KR＝AR／HR为平均每户拥有的建筑面积，即户均建筑面积因素.则可以得到使用阶段住宅单元的碳排放量为：

由此可知，使用阶段住宅单元的碳排放量UR的变化因素为SRi，FRi，IR，GR，DR，KR.

第t期相对于基期（以上标O表示）使用阶段住宅单元碳排放量变化可以表示为

式中：ΔURS，VRS为住宅建筑使用阶段的能源结构因素；ΔURF，VRF为能源碳排放强度因素；ΔURI，VRI为住宅建筑使用阶段生活能源消费强度因素；ΔURG，VRG为居民消费水平因素；ΔURD，VRD为人口密度因素；ΔURK，VRK为户均建筑面积因素；ΔUrsd，Vrsd为分解余量.ΔURS，ΔURF，ΔURI，ΔURG，ΔURD，ΔURK分别为各因素变化对使用阶段住宅单元碳排放变化的贡献值.VRS，VRF，VRI，VRG，VRD，VRK分别为各因素变化对使用阶段住宅单元碳排放的贡献率.

采用对数平均权重分解法（LMDI）对住宅单元碳排放进行因素分解，结果如下：

对式（5）两边取对数，可以得到

2 中国住宅建筑使用阶段碳排放的因素分析

2.1 住宅建筑的基础数据

住宅使用阶段的能源种类主要有电力、煤炭、煤油、液化石油气、天然气和煤气.本文对中国住宅使用阶段的总的碳排放量采用下面公式进行估算：

教师科学地使用微课这一现代化的教学工具，能够突破学生在学习过程中产生的难点和重点，从而促使学生能够直面教学的重点，对教学活动的开展起到显著的效果。教师在开展教学活动时，可以利用微课这一现代化的教学手段，对学生学习中遇到的难点进行系统化总结，再科学地设计教学课件，对教学的难点和重点进行细致地的讲解，这一教学手段针对性强，有利于课堂活动的开展，教师利用微课这一工具，能够针对难点和重点，进行重点讲解，从而加深学生对知识的理解，提升教学的效果[3]。

式中：CRi为住宅建筑使用阶段i种能源的碳排放量；ERi为住宅建筑使用阶段i种能源的消费量；ηi为i种能源的折标准煤系数；λi为i种能源的碳排放系数；ηi，λi的取值见表1.其中电力的碳排放系数是不确定的，其碳排放系数会因上游发电行业的电力结构和发电燃料结构的差异而发生变化.因此采用公式（11）对电力碳排放系数进行估计.

表1 各种能源折标准煤系数和碳排放系数Tab.1 Conversion factors from physical unit to coal equivalent and coefficient of carbon emissions

根据表2可以计算得出住宅建筑使用阶段各种能源消费在总能源消费中的比重，即能源结构.根据公式（10）可以计算得出住宅使用阶段的碳排放和户均碳排放.

2.2 分解结果及因素分析

除电能外，住宅建筑使用阶段各能源的碳排放强度FRi是固定不变的.而以煤炭为主要发电燃料的火力发电在近14年间稳占总发电量的80%左右，故基于公式（6），（9），（11）得到：ΔURF→0，VRF→1，可见FRi对碳排放的影响很小.因此影响住宅建筑使用阶段单元碳排放的因素主要为能源结构、能源消费强度、居民消费水平、人口密度和户均建筑面积.

表2 中国1990年、1995～2008年的住宅使用阶段碳排放因素分析的基础数据Tab.2 Data for decomposition of carbon emissions from residential buildings during operation

基于表2的数据，根据公式（6），（9）和（10），以1990年为基年可以计算得出1995—2008年中国住宅建筑使用阶段碳排放的因素分解值，计算结果如表3和图1，2所示.

由图1，2可知：

（2）居民消费水平是促进住宅建筑使用阶段户均碳排放量增长的主导因素.1990—2008年，人均消费支出从826.61元上升至3448.44元（均按1990年不变价格计算），增幅达3.17倍，年均增长率为8.26%，增幅与增长率均高于其他因素.能源消费结构也是正向驱动碳排放的因素.由表1可知，能源结构从以煤炭为主逐渐向燃气、电力等二次能源过渡.其中变化最大的是电能，其在总能源中的比例从1990年的13.00%增加至2008年的58.80%.另一正向因素是户均建筑面积.户均建筑面积从1990年的66.30m2增大到2008年的109.16m2，年均增长率达到2.81%，其对住宅单元碳排放的贡献值是不断增大的.

表3 1995—2008年中国住宅建筑使用阶段碳排放的因素分解值Tab.3 Decompositions of carbon emissions per set of residential building for China，1995—2008

（3）能源消费强度是抑制户均碳排放量的主要因素.随着我国城乡居民家庭消费恩格尔系数的持续降低，住宅使用阶段能量占总消费支出的比例逐年递减，使得能源消费强度抑制住宅单元碳排放的贡献值不断增加.但是近年来，与居民消费支出的正向贡献值相比，能源消费强度的负向贡献值的增长趋势明显趋缓.抑制住宅使用阶段碳排放量的另一因素是单位住宅建筑面积人口数.从1990—2008年，人均住宅建筑面积从16.72m2上升到30.53 m2，年均增长率达3.40%.特别是2004年以来，人口密度因素对碳排放的抑制作用呈现明显增强趋势.

以上各因素可分为两类：正向驱动因素（居民消费水平、能源消费结构、户均建筑面积）和负向驱动因素（能源消费强度、人口密度）.作为正向驱动因素居民消费支出对使用阶段住宅单元碳排放的贡献率呈指数增长，尤其自2002年之后，其正向贡献率远高于负向驱动因素的贡献率，成为促进住宅单元碳排放增长的主要因素.能源消费结构和户均建筑面积两个因素对于促进碳排放的贡献率呈现逐年增大的趋势.而作为负向驱动因素的能源消费强度对住宅单元碳排放的贡献率在1995—2007年间呈现“增强—减弱”的倒“U”形态，在2002年之前呈现增长趋势，在2002—2007年呈现减弱趋势，而2007年之后形态趋缓.其中在1997—2002年间能源消费强度的负向贡献率高于居民消费支出的正向贡献率，并在1998年达到两者贡献率间差值最大，达到住宅单元碳排量放的最低值.人口密度对住宅单元碳排放的负向贡献率逐年增加，是重要的抑制因素.

3 结论与对策

本文基于扩展的Kaya恒等式及LMDI方法所建立的住宅使用阶段碳排放的因素分解模型，定量分析了各因素对碳排放的影响.通过分析，可以得到以下结论：

近14年来，中国住宅建筑使用阶段住宅单元碳排放量的变化依次呈现“下降→上升→快速上升→缓慢上升”.其转变点分别出现在1998年、2004年和2007年.2007年后碳排放增速有放缓趋势，但仅是减小了碳排放的增长速度，还远没有实现碳排放量的减少.在这一过程中，居民消费水平一直是正向驱动碳排放的主导因素.同时以电为主的能源消费结构和户均建筑面积对于碳排放的促进作用在不断加强.而能源消费强度是抑制住宅单元碳排放的主要因素，但是近年来，其抑制作用在减弱.而住宅使用阶段的人口密度对于抑制碳排放的作用在不断加大，是使我国近几年住宅单元碳排放增速趋缓的重要因素.

居民消费水平是衡量人们生活质量的指标，因此不能通过减弱它来实现碳排放的减缓.同时能源消费强度的减少是人们生活条件得以改善的体现，故也不能通过加强它的抑制作用来降低碳排放.基于以上分析，本文就实现住宅建筑使用阶段碳减排提出以下建设性对策：

（1）加强住宅中太阳能、地热能等新能源的利用，改变以电能为主的能源消费结构，可极大地缓解住宅建筑使用阶段的碳排放.

（2）积极发展核电、水电、风电、太阳能发电等新能源发电形式，降低火力发电在电力结构中的比例，减少电力的碳排放系数.

（3）推广中小户型住宅建设，减少住宅能耗碳排放.在城市规划和建设中，中小户型住宅的建设不仅可以解决居民的居住问题，而且对于降低碳排放有着积极的促进作用.

（4）加大人均住宅建筑面积，减小人口密度.由于我国人口众多，人口密度大，人均住宅建筑面积较发达国家仍有很大的差距，因此住宅建筑人口密度的下降仍有很大的空间.

（5）推行节能住宅，减少使用阶段能源消耗，提高建筑能效.在住宅建设中充分利用自然能源，提高建筑维护结构的保温隔热性能，同时采用高性能的设备和设施，不断提高能源利用率，降低对矿物燃料的消耗量和依赖性，实现住宅的节能性，以有效地减少碳排放.

［1］蔡向荣，王敏权.住宅建筑的碳排放量分析与节能减排措施［J］.防灾减灾工程学报，2010，30（增刊）：428.CAI Xiangrong，WANG Minquan.Carbon emission analysis of residential buildings and energy saving measures［J］.Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，2010，30（suppl）：428－431.

［2］Greening A Lorna，Ting Michael，Krackler J Thomas.Effects of changes in residential end－uses and behavior on aggregate carbon intensity：comparison of 10 OECD countries for the period1970 through 1993［J］.Energy Economics，2001，23（2）：153.

［3］靳俊书.基于碳排放的居住建筑节能研究［D］.西安.长安大学建筑工程学院，2010.JIN Junjie.Energy efficiency in residential building research based on carbon emissions［D］.Xi’an：Chang’an University.School of Civil Enginering，2010.

［4］Kaya Yoichi.Impact of carbon dioxide emission on GNP growth：interpretation of proposed Scenarios［R］.Paris：Presentation to the Energy and Industry Subgroup，Response Strategies Working Group，IPCC，1989.

［5］Ang B W，Zhang F Q，Choi K H.Factorizing changes in energy and environmental.indicators through decomposition［J］.Energy，1998，23（6）：489.