绿色建筑全周期减碳路径研究

程如华

(江苏省科技咨询协会, 江苏 南京 210042)

0 引言

2020年，中共中央提出“3060双碳”目标，即力争在2030年前实现碳达峰，在2060年前实现碳中和[1]。“双碳”目标的提出具有一定的政治内涵和经济内涵，同时，对生态文明建设和社会发展也具有重要意义。

我国碳排放量约占世界碳排放总量的30%，是世界上碳排总量最大的国家。90%的二氧化碳排放量产生于煤炭发电、制造业、交通运输和建筑业等传统领域。建筑的建造和运行使用会消耗大量的资源和能源，产生巨大的碳排放量。数据表明，建筑在建设和使用过程中的碳排放量约占我国碳排放总量的40%[2]。因此，建筑领域低碳、减碳、零碳甚至负碳已成为研究热点，是实现“碳达峰、碳中和”目标的重点关注领域和研究对象。

随着全球共同应对气候变化的新形势，推动实现“双碳”目标刻不容缓。建筑产业传统作业模式转型升级、大力发展绿色建筑是现阶段适应经济社会全面绿色转型、实现“双碳”目标的必然要求。为推动绿色建筑产业高质量发展，促进建筑节能减排提档升级，我国已经制定多项相关政策，并在“十四五”规划文件中大力倡导科学设计，鼓励开展建筑近零能耗、近零碳排放等重大项目示范。

目前，在确保建筑健康宜居、舒适安全的基础上，各地针对建筑领域的建造和运行等流程中的直接碳排放环节，从把控源头、消减存量、强化技术等措施出发，通过节能管控，降低建筑能耗和碳排放，大力推广绿色建筑，倡导绿色低碳生活方式，促进城市迈向“双碳”目标。

1 绿色建筑发展现状

1.1 绿色建筑概念

绿色建筑是有别于传统建筑的一种新理念。20世纪60年代，建筑领域出现生态建筑的新理念后，绿色建筑的理念逐渐浮出。人们突破传统建筑的使用功能，追求在建筑全寿命期内，赋予建筑健康、适用、高效的使用价值，同时要求建筑具有保护环境、节约资源、减少污染的功能，使建筑成为生活共同体而不是简单的住所[3]。绿色建筑理念内嵌在建筑的各个阶段：产业上游主要是绿色建筑科技服务，包括地质勘察、规划设计、风险评价等；产业中游主要是绿色建筑制造，包括建材、施工、管理等；产业下游主要是绿色运维管理服务，包括物业、维修、使用管理等。产业的上游、中游和下游形成了一条关于绿色建筑的完整产业链。

发达国家的绿色建筑产业萌芽早、发展快、科技含量高，而我国绿色建筑起步晚，发展进程相对较慢。经过长期的发展累积，我国绿色建筑在2004年进入全面爆发性发展阶段，建设部鼓励建筑领域向绿色、生态建筑发展。经过长期探索和经验总结，绿色建筑形成5类稳定的评价指标，主要包含居住的健康舒适性、生活的安全便利性，环境的舒适宜居性，以及针对建筑本身的安全耐久和资源节约问题[4]。评价需要遵循因地制宜、科学规划、健康适用等原则，并结合建筑所在地域的自然气候和社会经济情况，对建筑全寿命期内的5类指标性能进行综合评价。

2006年，我国出台第一部有关绿色建筑的国家标准，即《绿色建筑评价标准》，并在2019年对此标准进行了修改。这个文件成为规范绿色建筑发展的根本性技术标准，使绿色建筑的公平、公正评价具有可参考性、可量化性。2021年，住建部印发《绿色建造技术导则(试行)》，文件明确要求，要在建造工程的策划、设计、施工、交付、运维过程中融入绿色发展理念和实践，落实环保节能设施设备应用，有效减少碳排放。

1.2 我国绿色建筑规模和分布

近年来，我国发布多项政策推动绿色建筑发展，政策明确提出，要大力推动绿色低碳发展，加快发展绿色建筑。因此，全国各地响应号召，绿色建筑产业发展迅速，规模与日俱增。截至2019年，我国绿色建筑面积总量超过50亿平方米，当年绿色建筑新建面积占城镇新建建筑比例达65%。按照《绿色建筑创建行动方案》的要求，到2022年，这一比例要达到70%。

在全国范围内，绿色建筑的分布很不均衡，这与区域经济发展和文化发展有关。在长江三角洲、环渤海地区和珠江三角洲等东部和东南沿海地区，发达城市集聚，社会经济发展迅速，绿色建筑如雨后春笋拔地而起，不仅建筑规模增速快，而且绿色环保理念深入建筑设计，建筑的创新创意发展也较好，整体水平可与国际接轨。而中部和西部地区绿色建筑发展缓慢，整体水平有待进一步加强。

2 绿色建筑减碳路径研究的必要性和重要性

在实现“双碳”目标，倡导节能、降耗、绿色、智能的生产生活方式背景下，深入探究绿色建筑减碳路径具有重要意义。

2.1 是促进建筑全周期绿色转型的需要

建筑的建材生产、建设规划、建筑施工、建筑运维等环节需要消耗大量的资源和能源，并产生大量温室气体。在世界范围内，建筑行业的能源消耗占全球能源消耗的30%以上，碳排放量占全球碳排放总量的40%。在我国，建筑碳排放量约为50亿吨(2018年)，占全国碳排放量的一半以上，碳排放量非常大[5]。建筑能耗约占全社会总能耗的43%，占比较高。其中，建造过程和建材能耗约占20%，建筑运维使用能耗约占23%。在建筑建造过程中，钢筋、水泥、砂石等建材生产运输阶段碳排放占建造全过程的65%，主要建材水泥的生产工艺过程碳排放占比30%。要降低建筑碳排放量，必须在各环节进行低碳化切入，因此，绿色建筑减碳研究与应用可以促进既有建筑和新建建筑绿色转型，促使建筑建造的产前、产中、产后都达到绿色建筑标准。

过去10年，建筑业和房产发展迅速，每年新增建筑面积约20亿平方米，致使我国既有建筑规模逐年增加。建筑规模大，建造时间长，使用和维护频繁，造成建筑全过程中能耗高、资源消耗量大的现象。要实现“双碳”目标，必须提高建筑低碳化水平，因此，建筑绿色低碳转型升级是关键，建筑需要从传统的建造模式和生产工艺向绿色、生态、节能方向发展，从而降低能耗，减少碳排，节约资源。

2.2 是推动建筑全方位节能减排升级的需要

建筑繁杂的建设过程和全寿命周期内多个环节和多种指标可以升级，从而达到节能减排的目标。绿色建筑的减碳路径研究，有利于促进建筑产业高质量发展；绿色建筑的标准和减碳要求从根本上推动建筑向环保、节能、减排方向进行升级。绿色建筑与碳排放直接相关的评价指标有：减少建筑运维能耗、降低采暖空调使用负荷、采用节能降耗电气设备、采取能耗监测、采用可再生能源等。与碳排放间接相关的评价指标有：提升建筑适变性和建材耐久性以延长建筑使用寿命，采用全装修减少装修材料的浪费，采用天然采光、优化自然通风、设置可调节遮阳、降低热岛强度等措施以降低建筑运行能耗。这些评价指标反应在建筑各个方面，可以直接或者间接优化建筑的结构和使用，促进建造过程和运维过程中能耗降低，达到节能环保的目的。例如，绿色建筑在规划设计时会对当地的自然环境、社会环境以及文化背景进行分析，结合地理位置和地形，充分利用自然通风和天然采光，采用高科技围护结构、保温隔热等技术措施，配套使用太阳能发电板、排风扇、保温玻璃等高效能源设备，大幅度降低建筑使用过程中对供暖和空调的依赖，降低空调、供暖、照明的能耗。在保证建筑传统使用功能的前提下，逐渐转向绿色超低能耗建筑、近零能耗建筑及零能耗建筑。

2.3 是推动建筑现代化一体化发展的需要

传统建筑建造模式粗放，不仅污染高、能耗高、效率低，而且建筑品质低，当规模迅速发展后，建筑逐渐形成标准产业，并实现现代化甚至工业化的跨越。绿色建筑减碳路径的研究针对建筑各个环节和生命周期中多个维度进行探索。在建筑设计上采用高标准、科学化设计，使设计形成标准化方案；在建材生产上，采用规模化和工业化生产，批量生产高品质绿色建材；在施工模式上，采用装配式施工和一体化装修，达到高效、快速建设，降低施工成本；在后期运维管理上，采用信息化、智能化管理，提高建筑使用价值[6]。因此，绿色建筑低碳化研究成为推动建筑现代化一体化发展的推手。

采用规模化装配式建造是建筑现代化的典型模式之一，其特点主要包括：第一，采用的构件可模块化、大批量加工生产，生产成本降低。第二，标准统一，产品质量稳定性高，这不仅体现在生产过程的标准化，而且在装配使用方面也表现出了高度的标准化。第三，规模化，批量生产可以让资源配置得到进一步优化，从而可大幅降低能耗，减少建筑废弃物。此外，在生产和装配施工过程中大量采用先进的机械，空气、噪声、废水和固体废弃物等污染排放得到很大程度的降低，据有关研究报道碳排放在绿色建筑全生命周期内可降低40%以上。因此，绿色建筑减碳研究推动以装配式建筑为代表的新型建筑现代化发展，从根本上解决长期阻碍传统建筑业进一步发展的难题，促进建筑一体化系统形成，符合建筑可持续发展的需要。

3 绿色建筑减碳实现路径

3.1 通过创新型科学设计实现

建筑设计决定着建筑的建设过程、材料使用以及后期运维等多个环节，是建筑建设的纲领。科学合理、具有创意和特色的建筑设计，不仅能保障建筑的成本、安全和美学需求，还能提升建筑的使用价值和经济效益[7]。

在新建建筑设计方面，可通过生态化、节能化和高科技设计方法，使建筑达到绿色、生态、节能、降耗的目标。例如，上海世博中心在设计方案实施过程中，对南北两侧的立面玻璃幕墙分别进行了设计。在南侧立面玻璃幕墙中，将折线形玻璃安装在石材上，在两层材料中间镶入金属丝网，充入惰性气体。这种新型设计加工出来的立面玻璃幕墙不仅结构强度高、通透性好，而且遮阳，能够节能降耗。北侧的立面玻璃幕墙采用了双银中空透明玻璃设计，可以实现自然采光、保温的目的。此外，建筑设计方案中大量采用了具有减量化、可循环利用的新型环保材料，以及高新环保技术，在规划方案中已经将局部循环水蓄冷、区域内的雨水收集等功能纳入。因此，新建建筑的现代化设计十分重要，关系到建筑的全寿命期能耗水平，通过创新型科学设计可实现建筑减碳降能、绿色运维的目标。

在既有建筑改造设计方面，可将现代化、高科技、生态化、信息化技术应用到设计中，以降低既有建筑的能耗，提高使用效率。数据显示，存量建筑是建筑运行阶段碳排放量大的根本原因。由于建成年代的标准低、维修不及时等原因，一半以上的建筑是不节能建筑。现行《既有建筑绿色改造评价标准》从设计规划与建筑施工、结构设计与原材料选择、暖通空调制冷、给水与排水、电气、施工管理以及运营管理等多个方面对既有建筑绿色改造提出了绿色低碳的要求。碳排放控制多集中在供暖制冷、电气照明、可再生能源以及生活热水等方面[8]。与新建建筑相比，既有建筑绿色改造碳减排的潜力更大。例如，南京市江北新区的公租房项目，将科技含量高、生活便捷等200多项绿色建筑技术指标融入设计，从项目的设计建造到交付使用，全过程执行绿色标准，严格把控环境污染与能源消耗问题，提升了建筑品质和住宅舒适度。

3.2 通过管控建筑材料实现

绿色建材具有无害化原材料使用、低碳化生产过程、循环使用、多功能等特点，是建设绿色建筑的物质基础，是支撑“双碳”目标实现的根本保障。例如，在墙壁建设中采用含有矿棉和交叉层压木材的建筑，不仅可以确保建筑内部隔热，减少供暖和制冷负荷，而且交叉层压木板中大量的木纤维也具有碳汇作用。

目前，大力推广使用的绿色建材主要有：具有保温功效的围护结构、半成品混凝土、门窗幕墙及装饰装修材料、给排水设施设备、暖通空调设备和照明产品等，不仅可以降低建筑能耗，而且属于节能、减排、可循环使用的环保产品。根据有关规定，绿色建材在新建建筑中的应用要达到30%，在绿色建筑中的应用要达到50%，在试点示范工程中的应用要达到70%，在既有建筑改造中的应用要达到80%，可见，绿色建材的应用十分重要，是后期建筑绿色评价的重点。因此，建材生产的产前、产中、产后以及运输和使用环节的环保节能是管控重点。

首先，统一完善建材生产相关标准体系，规范建筑材料产品和制造流程，完善建材产品可追溯系统，保障建材原料、生产工艺、生产过程健康、低碳、环保、可控，让产业链可视化、可追溯、可管控，达到绿色生产标准。

其次，针对建筑材料供应商企业加强管理，建立符合环保和绿色建筑资质要求的企业库和数据库，将企业和产品对应，形成完整的供应链系统，确保供应链生产与交付的产品符合绿色、健康、环保、低耗能要求。在产品研发方面，鼓励加大科研投入，多渠道吸纳研发资金，重点突破绿色建材在新材料、新工艺、新应用方面的研究[9]。在研发模式方面，倡导企业与科研院所、专业院校联合，形成产学研创新联合体，合力开发更加低碳、绿色、环保的建筑材料和建材使用方式，从源头上控制资源的消耗。

最后，完善绿色建材认证体系，推广使用绿色建材产品。鼓励更多创新型节能降耗的新产品、新材料、新设备申请认证。2020年，国家将光伏组件、太阳能光伏系统、建筑门窗及配件等产品纳入绿色建材产品认证实施范围。在建筑建设中，鼓励使用绿色建材产品认证材料，包括光伏产品、节能产品、高强度耐久性建材、可循环可回收建材、绿色装饰装修材料、绿色部品部件、节水节能建材等绿色建材产品。推广低耗能新型建材取代传统高耗能建材，实现绿色建材可持续发展。

目前，绿色建材减碳产业链还处于探索阶段，尚不成熟。其中，“互联网”环保建材探索项目——广东青筑商城，将行业标准、产品标准和技术标准等多种标准有机融合，集合生产厂家、设计研发人员及消费客户等多方资源，确保产业链各个环节产品质量，完善产品溯源系统，形成建材行业“标准化”“个性化”“定制化”的新平台，成为建材产业减碳探索阶段一种创新模式。

3.3 通过绿色施工工艺实现

为加快实现“双碳”目标，全国多地推进建筑产业化发展，推广成品住房和装配式装修。数据表明，建筑产业采用现代生产方式生产建造可大量节约工程资源和建设时间。比如，减少施工现场常用的模板用量85%以上，减少脚手架搭建用量50%以上，减少墙体抹灰工程量50%，减少建造工程用水量40%以上，减少用电量10%以上，减少木材、砂石等材料浪费20%，减少建造垃圾和生产生活垃圾80%，减少建造综合能耗70%以上。同时，建筑工期可缩短30%～70%，并增加实际建筑面积。2020年春，新冠疫情突然暴发，武汉迅速组织建设医院，10天建成占地3.39万平方米的火神山医院，11天建成建筑面积7.99万平方米的雷神山医院，都是利用现代化装配式建设方式实现的。

装配式建筑是建筑现代化转型升级的重要模式之一，通过信息化设计、工业化制造、多元化组合实现个性化建设，推动建筑绿色化、智能化发展[10-11]。其中，采用预制底下连续墙技术，碳排放量相对传统工艺减少30%左右；使用免共振锤施工技术，可实现无泥浆生产，可减少泥浆排放和用水量，效果明显；使用建筑工程逆作法施工技术，以永久结构梁板代替临时水平支撑体系，省去大量临时支撑结构，节约人力物力资源。装配式建筑模式不仅在建造过程中节约资源和降低能耗，在建筑运维和使用中也具有较高性价比[12]。如武汉中建壹品澜郡项目，作为黄陂区首个全产业链装配式地产项目，利用装配式方式建造，使每平方米建筑面积节约用地37%，节约木材76%，水耗降低65%，传统钢管架体的投入节约93%，人工减少47%，垃圾减少60%，实现建筑大幅度减碳目标。

为推动绿色建筑低碳发展，国家大力提倡装配化建造模式，鼓励建筑业稳步提高装配式建造占比。同时，针对不同建筑类型的装配式混凝土进行区分，完善建筑结构体系和供应库数据，倡导装配式建造模式在住宅设计、生产、施工等方面的应用；鼓励建设单位将装配式混凝土结构应用在保障性住房和商品住宅中，鼓励医院、学校等公共建筑优先采用钢结构进行建设。

3.4 通过智能管控实现

绿色建筑不仅要满足居住性、安全性和实用性，同时，要创造有益于人类健康的生活、工作环境，要成为人类生活的共同体，要与时俱进，提高、改善，甚至引领人们的生活。在科技和网络发达的今天，建筑智能化是发展绿色建筑的必然要求。能够体现高科技、高技术含量的智能化设施设备的运用，可以提高建材资源的使用效率和降低能源消耗，可以减少废弃物产生，可以减少建筑自身的运营成本和时间，可以提高建筑的使用价值和经济效益[13]。采用基于人工智能和图像识别的损伤数字化查勘技术，用于老建筑的维修保护，利用AI图像算法获取损伤的状态，节省人工和材料，提高功效。采用建筑整体移位及智能检测技术，解决整体位移难度大、精度高的要求；基于BIM的建筑智能化和主动式运维技术，通过大数据挖掘建筑运行规律，实现智能化、主动式运维，提高效率，保障运营安全。例如，新华医院智慧运维，单位面积建筑报修减少50%，节约一半维修人员，提高维修效率5%，减少维护成本5%。

智能化建筑采用多系统的统一集成管理，实现数据互通，对建筑内智能化的多个系统实现设备的运行监测与控制、运行报警、维护保养、资产管理、能源管理等功能[14]。如采用智能管控设备，人们能随时查看建筑内的供暖情况、照明系统和门禁控制等设施设备的运行状态。采用自动开关窗系统可以远程调节室内的亮度和舒适度，采用新风系统可以适时地保持室内空气新鲜度，通过控制和调优居住环境，达到降低能耗、减少碳排的目的。例如，采用绿色智慧建筑模式，通过远程主动式模式对既有建筑进行智能化管理，能效提升最高可达50%。

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4 结语

“双碳”目标将促使各行各业提高节能减排要求，加快节能减排进度。绿色建筑低碳化是建筑业的深刻革命。过去多年的发展使得绿色建筑在标准体系、人才培养、产业联动方面具备了明显的技术和成本优势，迈入了高质量发展阶段，绿色建筑减碳路径将成为建筑业“双碳”目标达成的最优路径之一。要实施建筑领域“碳达峰、碳中和”行动：一方面要加强绿色建筑设计、施工、运行、管理各个环节的管控，提高绿色建筑全产业链全生命周期的低碳化，降低产业源头碳减排；另一方面，要加强财政、金融、规划、建设等政策支持，从各个角度，各个方位，全面推动高质量绿色建筑规模化发展，鼓励多样化创新发展，激发市场主体的积极性和创造性。