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绿色建筑建材行业研究1、建筑节能与绿色建筑发展规划出炉1.1、绿色建筑助力节能减碳2022年3月11日住建部发布了“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划。规划指出“十四五”期间绿色建筑行业的总体发展目标是到2025年,城镇新建建筑全面建成绿色建筑,建筑能源利用效率稳步提升,建筑用能结构逐步优化,建筑能耗和碳排放增长趋势得到有效控制,基本形成绿色、低碳、循环的建设发展方式,为城乡建设领域2030年前碳达峰奠定坚实基础。规划的发展目标具体来说,主要是到2025年,完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上,建设超低能耗、近零能耗建筑0.5亿平方米以上,装配式建筑占当年城镇新建建筑的比例达到30%,全国新增建筑太阳能光伏装机容量0.5亿千瓦以上,地热能建筑应用面积1亿平方米以上,城镇建筑可再生能源替代率达到8%,建筑能耗中电力消费比例超过55%。规划明确了“十四五”期间建筑节能与绿色建筑行业的重点任务,主要包括:
1)提升绿色建筑发展质量:加强高品质绿色建筑建设、完善绿色建筑运行管理制度;2)提高新建建筑节能水平;3)加强既有建筑节能绿色改造:提高既有居住建筑节能水平、推动既有公共建筑节能绿色化改造;4)推动可再生能源应用:推动太阳能建筑应用、加强地热能等可再生能源利用、加强可再生能源项目建设管理;5)实施建筑电气化工程;6)推广新型绿色建造方式;7)促进绿色建材推广应用;8)推进区域建筑能源协同;9)推动绿色城市建设。1.2、“十四五”目标较“十三五”有提升住建部近期发布的“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划较其2017年发布的建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划更全面和深入。在主要目标设置方面,绿色建筑“十四五”规划在深入完成“十三五”既定目标的基础上,对部分后者涉及的指标进一步提出了更高的要求;同时围绕更好地落实中国2030年前实现碳达峰与2060年前实现碳中和的目标,其增设了一些新的发展目标:1)到2025年将建筑运行一次二次能源消费总量控制在11.5亿吨标准煤当量;2)“十四五”期间建设0.5亿平方米超低能耗及近零能耗建筑;3)“十四五”期间新增建筑太阳能光伏装机容量0.5亿千瓦;4)“十四五”期间新增地热能建筑应用面积1亿平方米;5)到2025年建筑能耗中电力消费比例达55%。在主要任务的规划方面,绿色建筑“十四五”规划提出了9项重点任务,在基本覆盖绿色建筑“十三五”规划主要任务的基础上,根据新时期建筑节能与绿色建筑发展形势的需要,新增了5项重点任务,分别为:1)实施建筑电气化工程;
2)推广新型绿色建造方式;3)促进绿色建材推广应用;5)推进区域建筑能源协同;5)推动绿色城市建设。2、背景:建筑节能对能耗目标至关重要“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划,出台的依据是中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要、中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见、中央办公厅关于推动城乡建设绿色发展的意见等文件。2.1、中国碳减排规划明晰,“双碳”稳步推进改革开放以来,中国经济稳步、高速增长,GDP总量于2010年超过日本成为世界第二大经济体1。随着经济快速发展,中国碳排放总量也在急剧增长,于2006年超过美国,跃居世界首位。在国际减排压力日益严峻的形势下,中国的碳排放成为全球关注的焦点之一。作为对全球事务负责且有担当的大国,中国自二十世纪九十年代起就参与应对全球气候变化,积极布局实施碳减排政策。中国于1998年签署了京都协定书并于2002年核准该协定书;该协定书于2005年起开始生效,它的正式生效标志着人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。中国于2007年出台了中国应对气候变化国家方案,它是发展中国家应对气候变化的第一部国家法案。2009年中国签署哥本哈根协议,提出了到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%的目标。中国与美国在2014年11月联合发布
中美气候变化联合声明,承诺碳排放在2030年左右达峰且将努力早日达峰;
在2015年12月的巴黎气候大会上中国重申了这一承诺。2016年中国与全球170多个国家共同签署巴黎协定,承诺将全球气温升高幅度控制在2℃的范围内。2020年12月的中央经济工作会议提出,支持有条件的地方碳排放率先达峰,实现减污降碳协同效应;2020年底中央全面深化改革委员会第十七次会议再次强调要建立健全绿色低碳循环发展经济体系,有效控制温室气体排放。2021年2月1日起施行的碳排放权交易管理办法(试行)旨在充分发挥市场机制在应对气候变化和促进绿色低碳发展中的作用。目前中国并未出台针对行业层面的碳减排指标分解政策,预计随着碳排放达峰时间的临近和政策法规的完善,后续会出台针对各个行业具体碳减排量的政策。2021年10月,国务院发布的关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见明确实现碳达峰、碳中和目标,要坚持“全国统筹、节约优先、双轮驱动、内外畅通、防范风险”的工作原则;提出了构建绿色低碳循环发展经济体系、提升能源利用效率、提高非化石能源消费比重、降低二氧化碳排放水平、提升生态系统碳汇能力等五方面主要目标,确保如期实现碳达峰、碳中和。为实现2030年碳达峰的目标,国内许多学者研究提出,通过积极调整产业结构、能源结构,加快转变发展模式,鼓励推广清洁能源,以及适当增强碳汇能力等措施,可使中国碳排放在2030年左右达峰。同时,在国家的宏观调度下,各省(市)通过制定贴合实际情况的达峰方案,也均可在2030年左右实现碳排放达峰目标。根据中国2030年碳排放达峰研究进展(李侠祥等)一文对碳排放达峰相关文献的分析梳理:学者何建坤2通过研究发现,中国2030年可实现碳排放达峰,峰值将低于110亿吨,人均低于8吨;学者柴麒敏3、徐华清4研究发现,中国2030年二氧化碳排放峰值可控制在120亿吨和人均8.5吨左右。为深入分析中国碳达峰、碳中和目标下的深度脱碳路径,国家应对气候变化战略研究和国际合作中心开发了中国低碳战略分析模型(SACC)。该模型以2010年为基准年,在充分考虑未来经济增长和消费需求变化的基础上,结合对碳排放相关技术发展变化的分析和国际对比,计算得出在深度脱碳路径下,中国碳排放将在2030年左右达峰,二氧化碳峰值水平约为115亿吨,之后逐步降至2050年的48亿吨,相当于2005年以前的碳排放水平。2.2、碳排放测算模型:降低单位面积能耗强度是关键建筑业全生命周期能耗与建筑业全生命周期碳排放不是等同的概念,前者指的是在建筑业全过程中的能源消耗量,后者指的是在建筑业全过程中的二氧化碳排放量,参照住建部发布的建筑碳排放计算标准6,两者的关系可以简化为:建筑业全生命周期碳排放量=建筑业全生命周期能耗×碳排放系数。此外,建筑业全生命周期碳排放和建筑业运行阶段碳排放也不是等同的概念,前者包含建材生产运输、建筑施工建造、建筑运行和建筑拆除回收等建筑全过程的二氧化碳排放量,后者仅仅指建筑运行阶段的二氧化碳排放量。参考住建部发布的建筑碳排放计算标准和学术文献全生命周期理论下的建筑碳排放计算方法研究7中对于建筑全生命周期各个阶段的碳排放计算模型的总结整理,建筑全生命周期碳排放量=∑建筑各个阶段的碳排放量=∑建筑各个阶段能耗(资源消耗量)×对应的碳排放因子,其中建材生产阶段碳排放=∑各类主要建材的消耗量×对应的碳排放因子,建筑运行阶段碳排放=∑全国建筑能耗中对应的分类能源消费量×各类能源对应的碳排放因子。根据中国深度脱碳路径及政策分析(刘强等),碳排放与GDP的关系为:
CO2=CO2/E×E/GDP×GDP,其中CO2表示能源活动CO2排放量,E表示一次能源消费,GDP表示国内生产总值,CO2/E表示单位能源碳排放强度,E/GDP表示单位GDP能源消费强度。参考上述思路,利用全国建筑碳排放计算方法研究与数据分析(蔡伟光、蔡彦鹏)中建立的全国建筑碳排放分步计算模型,得到一个建筑运行阶段碳排放更直观的公式:中国建筑运行阶段碳排放=全国建筑总面积×单位面积能耗强度×碳排放系数。其中全国建筑总面积与中国的宏观经济周期相关,碳排放系数与能源结构有关,均非建筑行业可控制的因素,因此建筑行业的节能减排主要在于降低单位面积能耗强度。3、碳达峰目标下建筑及建材转型升级迫在眉睫3.1、中国建筑全生命周期碳排放占比达51%建筑业是世界上最大的能源消耗和最主要的温室气体排放行业之一,其能耗占全球最终能耗的30%以上,并且约40%-50%的全球温室气体排放来自建筑业8。根据国际能源署(IEA)对于全球建筑领域能耗及二氧化碳排放的核算,2018年全球建筑业建造和运行相关的终端用能占全球能耗的36%,其中建材生产占比6%,住宅建筑占比22%,非住宅建筑占比8%;2018年全球建筑业建造和运行相关二氧化碳排放总量占全球二氧化碳排放总量比例为39%,其中建材生产占比11%,住宅建筑(含直接和间接排放)占比17%,非住宅建筑占比(含直接和间接排放)占比11%9。建筑领域全生命周期的能耗和温室气体排放涉及建筑建造的不同阶段,包括建材生产运输、建筑施工建造、建筑运行以及建筑拆除回收等环节。建材生产运输阶段主要包括原材料开采、建材的生产和运输所产生的能耗及排放;建筑运行阶段主要包括住宅、公用建筑等为居住者或使用者提供供暖、通风、空调、照明以及其他各项服务功能所产生的能耗及排放。建筑施工阶段主要包括建筑施工建造和建筑拆除回收所产生的能耗及排放,建筑拆除回收主要包括废弃建筑的拆除和废弃建筑材料的回收两个方面,其中废弃建筑材料的回收有时能对降低能耗和碳排放起积极作用,如装配式钢结构在拆除后对废钢的回收利用。中国城镇建设高速发展,导致建筑业能耗和碳排放总量大、占比高2019年中国建筑领域全生命周期能耗10总量为22.33亿tce(吨标准煤当量),占全国能源消耗总量比重为45.8%;建筑领域全生命周期碳排放11总量为49.97亿吨CO2,占全国碳排放总量比重为50.6%,建筑业节能减排空间巨大。2019年全国建筑领域全生命周期能耗总量为22.33亿tce,占全国能源消耗总量比重为45.8%。其中,建材生产阶段能耗11.1亿tce,占全国能源消耗总量的比重为22.8%;建筑运行阶段能耗10.3亿tce,占全国能源消耗总量的比重为21.2%;建筑施工阶段能耗0.9亿tce,占全国能源消耗总量的比重为1.9%。建材生产阶段:钢铁生产能耗为5.06亿tce,铝材生产能耗为2.83亿tce,水泥生产能耗为2.37亿tce,其他生产能耗为0.84亿tce;
建筑运行阶段:公共建筑能耗为4.16亿tce,城镇居建能耗为3.91亿tce,农村建筑能耗为2.25亿tce。2019年全国建筑领域全生命周期碳排放总量为49.97亿吨CO2,占全国碳排放总量比重为50.6%。其中,建材生产阶段碳排放27.7亿吨CO2,占全国碳排放总量的比重为28.0%;建筑运行阶段碳排放21.3亿吨CO2,占全国碳排放总量的比重为21.6%;建筑施工阶段碳排放1.0亿吨CO2,占全国碳排放总量的比重为1.0%。建材生产阶段:钢铁生产碳排放为13.34亿吨CO2,水泥生产碳排放为11.29亿吨CO2,铝材及其他生产碳排放为3.07亿吨CO2;
建筑运行阶段:城镇居建碳排放为8.72亿吨CO2,公共建筑碳排放为8.45亿吨CO2,农村建筑碳排放为4.12亿吨CO2。3.2、碳达峰下建筑全生命周期及运行阶段二氧化碳排放峰值或分别达51.8亿吨和26.2亿吨2030年建筑全过程二氧化碳排放目标峰值约为51.8亿吨,建筑行业运行阶段二氧化碳排放目标峰值约为26.2亿吨。在努力实现2030年碳达峰目标的背景下,国内权威学者何建坤和柴麒敏、徐华清等研究得出的2030年碳排放峰值在110-120亿吨之间,国家应对气候变化战略研究和国际合作中心开发的SACC模型测算得出2030年碳排放峰值约为115亿吨,我们取均值115亿吨作为参考;
根据中国建筑节能协会数据,中国建筑全过程碳排放占比自2012年的75%逐年降至2019年的51%,整体呈下降态势,假设2030年其占比降至45%,综合考虑,我们测算2030年建筑全过程碳排放峰值在51.8(115*45%)亿吨左右。根据SACC模型测算,在采取控制服务量的合理增长、提升能效、强化低碳能源的利用等措施的情况下,中国建筑行业运行阶段碳排放将在2030年达到26.2亿吨的峰值,之后将快速降至2050年的10.6亿吨。综合国内权威学者们的研究,我们测算得2030年建筑全过程碳排放峰值约为51.8亿吨,根据SACC模型测算得2030年建筑运行阶段碳排放峰值约为26.2亿吨;由于建筑施工阶段碳排放绝对数量和占比均较小,我们假设其2019-2030年均保持1亿吨的数量不变;建材生产阶段约为24.6(51.8-26.2-1)亿吨。以全过程视角观察,建筑施工环节碳排放占比较低,2019年施工环节排放仅1亿吨二氧化碳,占比约1%。故后续碳减排的重要环节主要集中在建材生产环节以及建筑运行环节。建材生产能耗与碳排放:建材生产环节中,主要产品碳排放已经接近峰值。以水泥为例,全国水泥产量在2014年达到24.8亿吨的峰值,之后2015-2020年进入平台期,产量小幅波动但始终低于2014年的峰值水平,2021年中国水泥产量23.6亿吨,同比小幅下降0.6%,中国水泥产量已基本达峰,后续需求增量有限;长期视角,中国对钢铁和水泥等需求将长期存在,若以碳中和为中长期目标,行业生产工艺及排放设施依旧有较大改进空间。建筑材料行业的碳减排,剔除产量因素之外,不同的原材料类型导致未来的减排路径亦有不同。钢铁产业,中国目前原料主要为铁矿石,而铁矿石炼铁过程中自然会采用煤炭、焦炭等原料作为燃料或者反应物,碳排放不可避免;如若未来以废钢为原料,以电炉形式炼铁炼钢,则碳排放可有效降低。水泥产业,由于产成品混凝土目前不具备回收再利用的成熟工艺,只能依赖传统的石灰石->熟料生产工艺,其碳排放的降低只能依赖于负碳技术(即碳捕捉),当然也可以通过支付碳税、购买碳排放配额等形式保证行业基础的碳排放需求。建筑运行阶段的能耗与碳排放:假设能源碳排放系数不变以及单位面积能耗强度不变的情景下,建筑运行阶段的碳排放随着存量建筑面积的增加而自然增加。故,全生命周期视角,建筑运行阶段的碳排放降低,主要考虑建筑性能的提升,降低建筑物自身的能耗需求。4、建筑提质,大势所趋4.1、土拍“竞品质”将推升绿色建筑发展中国土地有偿出让方式历经三十多年发展,于“双碳”背景下首提“竞品质”
中国自1982年起开始探索土地有偿出让方式,至今已有30多年,主要分为三个阶段:形成阶段(1982-2000年)——发展阶段(2001-2008年)——完善阶段(2009年-至今)。1)形成阶段(1982-2000年):土地使用由无偿转为有偿。1982年之前,中国实行的是土地无偿划拨使用制度;1982年,深圳首先开始了土地有偿使用的探索,其按照城市土地等级不同收取不同的使用费。1986年中华人民共和国土地管理法的颁布正式确立了中国国有土地的有偿使用制度。在此期间,土地使用权的出让方式以协议出让为主,土地使用制度为行政划拨制度。2)发展阶段(2001-2008年):土地出让方式由“协议”出让为主转变为以“招拍挂”出让方式为主。国土资源部2002年招标拍卖挂牌出让国有土地使用权规定及2003年协议出让国有土地使用权规定的先后出台,基本确立了以
“招拍挂”出让为主、“协议”出让为辅的土地出让方式。3)完善阶段(2009年-至今):以“限”和“竞”为思路创新土地出让方式。在以“招拍挂”为主要土地出让方式的阶段,全国各地的地价持续攀升,带来了一系列经济和社会问题。自2009年起国家出台了一系列遏制地价的政策文件,各地也开始以“限”与“竞”为思路探索新的土地出让方式,如:“限房价+竞地价”、“限地价+竞保障房面积”、“限地价+竞房价”等,这些措施在短期内取得一定成效,但过度强调地价、房价、保障房面积等,使得开发商通过降低建筑成本和质量来提高利润。建筑业“碳达峰-碳中和”背景下,多地政府出台新的土拍政策,在兼顾建筑业节能减排的同时力图解决上述问题:2021年5月底北京在当年首场集中拍地中实行“竞品质”,从绿色、装配式、超低能耗、健康、宜居技术应用及管理模式等多维度进行评分竞拍;7月底杭州颁布第二轮集中供地土拍新规,也重点提出要开展“竞品质”试点,先竞品质后竞地价,从源头上引导房地产市场供应高品质住宅产品。“双碳”背景下“竞品质”或成土拍新趋势,北京、杭州、合肥等地先行北京在2021年5月首批集中供地中率先提出了“竞品质”方案:在拍地过程中,先“竞地价”,达到限价上限后再“竞品质”,转入高标准商品住宅建设方案投报程序。杭州于2001年7月底公告第二批集中供地也将加入“竞品质”,10宗宅地先行试点:先“竞品质”,获得资格后再“竞地价”,最后通过先验收后以“现房销售”的形式保证方案落实。合肥2021年8月20日公告在第二批集中供地中加入“竞品质”:先“竞地价”,达到上限价格后再“竞品质”,转入高标准商品住宅建设方案投报程序,若最高综合评分的竞买人有两个及以上分数相同时,则摇号产生竞得人。“竞品质”的最新土拍政策案例介绍——以北京为例北京市规划和自然资源委员会于2021年3月底发布当年首批商品住宅用地出让公告,之后30宗项目全部顺利成交,其中8宗进入高标准商品住宅建设方案评选程序,并于5月27日通过评选确定竞得人;7月30日,委员会发布了首批集中供地高标准商品住宅建设方案公告。此次北京市综合运用房地产调控政策工具,首创了集中供地“先竞价格,再竞品质”的方式,即:1)当竞买报价达到出让宗地土地合理上限价格时,转入高标准商品住宅建设方案投报程序;或2)当竞买报价达到出让宗地土地合理上限价格,现场竞报政府持有商品住宅产权份额达到设定的预设份额(或现场竞报“公共租赁住房”达到上限面积时),转入高标准商品住宅建设方案投报程序。从北京市公布的高标准商品住宅建设方案评审内容及评分标准来看,在“竞品质”阶段评选的重点分为建筑品质和规划建筑设计两大部分,其中建筑品质部分主要对绿色建筑、装配式建筑、超低能耗建筑、健康建筑、宜居技术应用和管理模式等6个细分方面进行评估,规划建筑设计部分主要对城市设计及总图规划、建筑单体设计、交通流线设计和景观与公共环境设计等4个细分方面进行评估。由此评分标准也能够看出,“竞品质”环节的“高标准”并非“豪宅化”,而是着重提供绿色、健康、舒适、高效的使用空间。此次8宗土地的中标方案,建筑设计精细、方案质量高,突出了绿色、健康、节能等特征。根据目前已公布的建设方案,8宗地均承诺全面实施三星级绿色建筑,有7宗地承诺采用装配式建造和建筑减隔震技术,有6宗地承诺采用超低能耗建筑。“双碳”背景叠加土拍新政策,绿色建筑/建材迎来新发展机遇此次北京在首批集中供地“竞品质”环节评选参照的高标准商品住宅建设方案评审内容和评分标准,将绿色建筑、装配式建筑、超低能耗建筑、健康建筑、绿色建材等均纳入考量范围,在碳达峰、碳中和的“双碳”背景下具有示范效应。我们预计之后其他城市大概率在其土拍新政策中将绿色建筑/建材纳入考量范围,为绿色建筑/建材带来新的发展机遇。4.2、绿色建筑:低碳逻辑下的新一代建筑产品绿色建筑统筹低碳城市新发展,助力建筑行业节能减排根据国家绿色建筑评价标准(GB/T50378-2019)12,绿色建筑的定义是:
在建筑的全生命周期内,节约资源、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用、高效的使用空间,最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。绿色建筑分为基本级、一星级、二星级和三星级等4个等级,主要依据安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约和环境宜居共5类指标进行评价,且每类指标包含控制项(最基础要求,仅分达标或不达标)和评分项(按符合程度给出具体分值);此外,评分时在5类指标之外,还设置了加分项(即提高与创新加分项)。绿色建筑评价的总得分为:Q=(Q_0+Q_1+Q_2+Q_3+Q_4+Q_5+Q_A)/10,其中,Q为总得分,Q_0为控制项基础分值(当满足所有控制项的要求时取400分),Q_1~Q_5分别为评价指标体系5类指标,Q_A为提高与创新加分项得分。自2006年住建部正式颁布实施首个绿色建筑评价标准后,相关政策及法规陆续出台。2017年住建部发布的建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划提出:到2020年城镇新建建筑能效水平比2015年提升20%,城镇新建建筑中绿色建筑面积比重超过50%,绿色建材应用比重超过40%,全国城镇既有居住建筑中节能建筑所占比例超过60%。2020年住建部、发改委等多部门发布的绿色建筑创建行动方案提出:到2022年,当年城镇新建建筑中绿色建筑面积占比达到70%。2021年10月中办、国办联合发布的关于推动城乡建设绿色发展的意见指出,到2025年城乡建设绿色发展体制机制和政策体系基本建立,到2035年,城乡建设全面实现绿色发展。2022年3月住建部发布“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划,规划提出在“十四五”期间建筑行业的重点任务包括:1)加强高品质绿色建筑建设,完善绿色建筑运行管理制度;2)提高新建建筑节能水平;3)提高既有居住建筑节能水平,推动既有公共建筑节能绿色化改造;4)推动太阳能建筑应用,加强地热能等可再生能源利用;5)实施建筑电气化工程;6)推广新型绿色建造方式;7)促进绿色建材推广应用;8)推进区域建筑能源协调;9)推动绿色城市建设。被动式超低能耗绿色建筑是未来建筑运行阶段碳减排、碳中和的重要方式建筑节能和绿色建筑是推进新型城镇化的重要举措,被动式超低能耗绿色建筑
(以下简称超低能耗建筑)正成为建筑节能的发展趋势。根据住建部发布的被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)(居住建筑),超低能耗建筑指适应气候特征和自然条件,通过保温隔热性能和气密性能更高的围护结构,采用高效新风热回收技术,最大程度地降低建筑供暖供冷需求,并充分利用可再生能源,以更少的能源消耗提供舒适室内环境并能满足绿色建筑基本要求的建筑。由其定义可以看出,被动式超低能耗建筑是绿色建筑进一步发展的形态,在绿色、节能、环保、减碳及健康等方面都有更高的要求,是未来建筑运行阶段碳减排、碳中和的重要方式,其优势主要体现在13:
1)更加节能。建筑物全年供暖供冷需求显著降低,严寒和寒冷地区建筑节能率达到90%以上。与现行国家节能设计标准相比,供暖能耗降低85%以上;
2)更加舒适。建筑室内温湿度适宜;建筑内墙表面温度稳定均匀,与室内温差小,体感更舒适;具有良好的气密性和隔声效果,室内环境更安静;
3)更好空气品质。有组织的新风系统设计,提供室内足够的新鲜空气,同时可以通过空气净化技术提升室内空气品质;
4)更高质量保证。无热桥、高气密性设计,采用高品质材料部品,精细化施工及建筑装修一体化,使建筑质量更高、寿命更长。超低能耗建筑的主要技术特征为14:1)保温隔热性能更高的非透明围护结构;2)保温隔热性能和气密性能更高的外窗;3)无热桥的设计与施工;4)建筑整体的高气密性;5)高效新风热回收系统;6)充分利用可再生能源;7)至少满足
绿色建筑评价标准(GB50378)一星级要求。围护结构、外窗和新风系统具体表现为:1)使用超厚的保温隔热段热材料,在住宅的上下左右前后六个方向进行围护和密封;2)采光玻璃使用低辐射的多层中空Low-E玻璃,不仅减少热量损失,还能增加保温和舒适度;3)使用能量回收通风系统ERV,该系统能将预排除室外的室内废气中的热量留住,再使用这个热量加热进入室内的新鲜空气,既保证室内空气的清新,也能减少因室内外空气的通风循环损失耗费过多的能量。目前,由于超低能耗房屋的造价相对传统建筑更贵,且中国距离“碳中和”目标尚有近40年的准备期,被动式超低能耗房屋短期大规模推广的必要性不高。不过,以被动式超低能耗房屋的理念,将绿色建筑作为“中间态”,从而提升建筑节能减排标准的方针是相对确定的。4.3、绿色建筑离不开绿色建材的发展根据国家绿色建筑评价标准(GB/T50378-2019),绿色建材的定义是:在全寿命期内可减少对资源的消耗、减轻对生态环境的影响,具有节能、减排、安全、健康、便利和可循环特征的建材产品。绿色建筑要更好地实现安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约(节地、节能、节水、节材)和环境宜居等方面的综合性能,离不开绿色建材的发展和配合。参考住建部和工信部于2015年联合发布的绿色建材评价标识管理办法实施细则以及绿色建材评价技术导则,绿色建材的考核是基于全生命周期的碳足迹考核,不光对建材产品本身也包括对建材生产过程中的排放要求。我们以保温材料为例,绿色建材评价技术导则要求生产企业应当符合生产基本要求,对保温材料的考核评分也贯穿建筑全生命周期。5、绿色建筑/建材:下一个五年的“蓝海”碳减排对于建筑全生命周期的影响是个宏大的命题,也涉及到建筑产业的方方面面,未来也有诸多技术创新的可能。出于篇幅限制,本文将主要聚焦装配式建筑、建筑保温材料、BIPV、建筑减隔震、绿色建材评价体系等展开。5.1、减排视角:装配式建筑中,钢结构优于混凝土绿色建筑多采用装配式的建造方式。与传统混凝土建筑相比,装配式建筑是一种低能耗、低排放的建筑形式,完全符合绿色建筑理念,是绿色建筑的楷模。在财政部联合住建部推进的绿色建筑和绿色建材政府采购基本要求中,率先明确
“应采用装配式、智能化等精益施工的新型建筑工业化建造方式15”。2020年7月,住建部联合多部委发布的绿色建筑创建行动方案中,对于装配化建造方式的表述中,明确强调“大力发展钢结构等装配式建筑,新建公共建筑原则上采用钢结构”,对于钢结构装配式建筑相关政策的指引优先级高于一般装配式建筑。我们认为,该政策倾向主要源于钢结构装配式建筑全生命周期的碳排放优于混凝土装配式或传统现浇建筑。根据装配式高层住宅建筑全生命周期碳排放研究(汤煜、陈露)对装配式PC建筑节能减碳及其对钢结构建筑节能减碳的研究对比发现,钢结构建筑在全生命周期内较钢筋混凝土建筑减少约40%碳排放量,优于装配式PC建筑的5.6%减碳效果。未来随着碳达峰、碳中和政策的持续推进,装配式建筑将成为建筑业实现节能减排的重要载体,钢结构装配式建筑前景中长期将持续向好。装配件PC建筑较传统混凝土建筑可减少全生命周期约5.6%的碳排放。参考沈阳建筑大学装配式高层住宅建筑全生命周期碳排放研究,以沈阳地区某住宅小区装配式高层住宅建筑为例,该住宅为装配式剪力墙结构体系,总建筑面积为5610.5㎡,主要预制构件包括预制内墙、预制梁、预制楼板和预制楼梯。该研究表明,装配式建筑较传统现浇建筑可减少全生命周期内约5.59%碳排放量,其中建材准备、建筑施工阶段节约碳排放10%以上,装配式建筑节材减碳效果显著。钢结构建筑全生命周期节能减排效果较装配式PC建筑更优异。根据工业化预制装配式建筑的全生命周期碳排放研究(王玉、张宏),以常州武进的两个项目(A项目为钢筋混凝土结构,B项目为轻钢结构)为例,采用全生命周期的方法(LCA)测算其在建材生产、物流运输、施工装配、运营维护以及拆除回收阶段的碳排放。结果显示,以30年寿命计,在全生命周期内,钢结构建筑总的碳排放量为1.58t/㎡,而钢筋混凝土结构总的碳排放量为2.66t/㎡,钢结构建筑能够减少约40%的碳排放量,其节能减排效果更优异。同时,以全生命周期为视角,钢结构建筑拆除后所产生的建筑垃圾可以回收再利用,再利用过程中可以减少碳排放(以废钢为原料,利用电炉工艺炼铁炼钢),相较而言混凝土建筑不具备上述优势。5.2、建筑外围护保温类材料或有减排空间中国建筑运行阶段能耗主要包括采暖能耗、降温能耗、照明能耗、家用电器能耗以及炊事能耗5个方面,调查研究发现,采暖、炊事以及家电能耗是主要的能源消耗活动;在现有能耗技术支撑下,随着北方地区城镇化的加速,取暖面积将大幅度增加,居住生活能耗将显著提高;同时,在全球气候变化的大背景下,极端天气频出,中国南方省份能源消耗也将不断增加,降温能耗依然是南方地区的主要用能方式16。中国南北方气候差异大造成北方地区民用建筑运行阶段碳排放显著高于南方地区17,在中国现有条件下推广被动式低能耗建筑,可显著改善居住环境、降低建筑能耗。若将北方采暖地区新建居住建筑建成被动式房屋(被动式低能耗建筑),可在2050年时节省32亿吨标煤(使用100%被动式建筑相较于使用65%节能标准建筑在2011-2050年共40年间节约的总量)18,节能减排效果显著,建筑保温类材料空间广阔。公共建筑节能改造的潜在市场空间广阔,约为8700亿元。根据住建部统计,2015年末公共建筑面积达到84.82亿平方米,2001年末公共建筑面积为25.16亿平方米,假设以2001年之后、2015年之前(含)建成公共建筑为有改造价值的既有公共建筑,并假设在可预期范围内可完成15%的既有公共建筑节能改造,则(84.82-25.16)*15%≈8.94亿平方米,在中性情境下,预计其中30%达到50%节能标准,改造成本为600元/平米;40%达到65%节能标准,改造成本为1000元/平米;30%达到绿色建筑标准,改造成本为1300元/平米,则在可预期范围内的潜在市场空间约为8700亿元19。如若采用保温类材料,增加建筑物保温隔热性能和气密性,降低对采暖和制冷的需求,则可能有效降低建筑运行阶段的能耗和排放。保温隔热材料一般是轻质、疏松、多孔的纤维材料,导热系数是衡量保温隔热材料性能优劣的主要指标。导热系数越小,则通过材料传送的热量越少,保温隔热性能就越好,材料的导热系数取决于其成分、内部结构、容重等。从绿色建材评价标准来看,岩棉板保温隔热性能优越,符合节能性要求;防火等级为A级,符合安全性要求;技术成熟,施工方便,符合便利性要求;且其在主要的建筑保温隔热材料中价格适中,是最具性价比的建筑保温隔热材料之一。5.3、BIPV将是推行绿色建筑的有效手段光伏发电是建筑运行阶段实现节能减碳的有效方式之一。根据全国建筑能耗和碳排放结构,建筑运行阶段能耗总量中有49%来自于电力,碳排放总量中公共建筑占比38%。若建筑物通过使用光伏组件吸收太阳能来进行自身供电,可以大幅减少传统能源的使用,则自身的能耗与碳排放量均能大幅减少。分布式光伏系统(BAPV+BIPV),是建筑光伏的主要结合形式。光伏发电系统分为集中式和分布式:集中式光伏充分利用荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站,接入高压输电系统供给远距离负荷;分布式光伏主要依托于建筑物表面,就近解决用户的用电问题,通过并网实现供电差额的补偿与外送。根据CPIA数据,2020年,集中式光伏新增装机规模占比接近70%,分布式光伏占比在30%左右。在分布式光伏中,BAPV(建筑附着光伏)和BIPV(光伏建筑一体化)是建筑与光伏结合的两种主要方式。其中BAPV是将光伏组件通过夹具和檩条安装在金属屋面或墙面上,再连接发电装置从而利用建筑闲置空间发电以提高发电效率。该系统不影响原有建筑物的功能,是目前建筑光伏的主要结合形式,在中国的发展处于相对成熟阶段。而BIPV则是将光伏组件集成到建筑屋顶或墙面自身,成为建筑的组成部分,同时具备发电和建材的双重功能,实现光伏建筑一体化。该系统更注重光伏与建筑的融合,更具美观性,但同时技术难度也更大。“双碳”和能耗双控政策有望推动中国分布式光伏快速发展,同时建筑领域也在寻找低碳环保的发展路径。由于建筑与光伏的结合可有效实现节能降碳,是推行绿色建筑的有效手段。而对于建筑物能与光伏系统结合的可利用空间主要集中在屋面和立面两个方向。在屋顶光伏应用场景下,当前晶硅太阳能电池板几乎占据绝对优势。主要有两个原因。1、经济性:晶硅产品技术发展成熟,产品性能稳定,实际应用中成本低、效率高;2、适用性:屋顶场景对透光性要求低,晶硅电池完全可满足需求。而在外立面应用方向,薄膜太阳能电池则具有得天独厚的优势:1、弱光性好,因此对入射光角度适应性强,而太阳光照射到立面具有一定倾角;2、温度系数较小,高温下功率损失小,而立面通风条件差导致组件工作环境要求较高;3、热斑效应小,在被遮挡导致局部组件温度过高时,可有效降低功率损失(建筑立面更易被周围环境遮挡);4、从美学角度考量,薄膜太阳能电池根据需要制作成不同的透光率,代替玻璃幕墙,并通过改变颜色和形状,作为建筑材料的一部分,具有更高的观赏性。近年来薄膜电池在国内的应用越来越多,如机场、运动场馆、厂房、办公大楼等场景下,均可见碲化镉、铜铟镓硒电池的身影。诚然将晶硅电池应用固定于屋顶,是当前的主流途径。但我们认为在建筑立面推行BIPV是很好的补充,二者并非绝对替代关系,而是协力将建筑物节能降碳做到最大化。5.4、建筑减隔震应用市场逐步拓宽建筑减隔震技术是基于性能设计思想,其中隔震技术靠的是“隔”,可形容为“太极推手”将力量化解于无形,而减震技术立足于“耗”,最终将地震能量消减到建筑结构能够承受的大小。建筑隔震技术是在房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置由叠层橡胶隔震支座组成具有整体复位功能的隔震层,以延长整个结构体系的自振周期,减小输入上部结构的水平地震作用,达到预期防震要求。建筑减震技术是在结构物某些部位(如支撑、剪力墙、连接缝或连接件)设置耗能装置,通过该装置产生摩擦,弯曲(或剪切、扭转)、弹塑性(或黏弹性)滞回变形来耗散或吸收地震输入结构的能量,以减小主体结构的地震反应,从而避免结构产生破坏或倒塌,达到减震控制的目的。从
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