中国低碳建筑的初期探索和实践

  1中国低碳建筑的初期探索和实践汪洪林晗（建筑可持续发展AECOM建筑工程，北京100025）摘要：全球气候变暖已经成为不争的事实。而建筑碳排放，约占全中国总碳排放的1/4。了解建筑碳指标，建筑低碳技术和在中国通过初期实践总结经验和数据，为将来形成适合中国国情的低碳建筑标准成为行业领导者的主要考量。本文宏观上讲述了全球气候变暖的研究，中国碳排放的情景分析。微观上介绍了国际低碳建筑碳指标的确立，中国低碳技术的发展以及中国低碳建筑项目的初期实践。反驳了低碳建筑意味着在原有设计上加载大量的新技术，其结果是建设成本的增加，但增加的成本却并不一定能被市场认可的传统观念。提倡从生命周期的角度出发选择合适的开发策略和建筑技术以建造更多的低碳建筑。关键词：低碳建筑；低碳技术；中国实践；运行碳排放；材料固有含碳量1前言全球气候变暖已经成为一个不争的事实。科学家指出，目前从全球平均温度和海洋温度升高，大范围积雪和冰融化，全球平均海平面上升的观测中可以看出气候系统变暖是明显的。而大部分已观测到的全球平均温度的升高很可能是由于观测到的人为温室气体浓度增加所导致。气候变化可能导致一些不可逆转的影响。有中等可信度表明，如果全球平均温度增幅超过1.5～2.5℃(与1980～1999年相比)，所评估的20%～30%的物种可能面临增大的灭绝风险。如果全球平均温度升高超过约3.5℃，模式预估结果显示，全球将出现大量物种灭绝(占所评估物种的40%～70%)[1]。中国科技部和中国气象局、中国科学院等最新研究成果表明，过去的100年里中国气候变化趋势和全球变暖的总趋势基本一致。自1986年到2003年中国连续出现了18个全国大范围的暖冬现象，北方地区变暖的趋势尤为明显，西北冰川的面积已经减少了约1/5。报告预测，到2020年，中国年平均气温可能增加1.3～2.1℃[2]。鉴于以上事实，当前全球在气候变化问题上争论的焦点，已经从是否应对气候变化转向如何应对。2009年12月17日结束的《联合国气候变化框架公约》缔约方哥本哈根第15次会议“有限协议”承诺：试图把全球变暖幅度控制在不超过2℃的范围内。同时，发达国家将到2020年每年“调动”1,000亿美元资助发展中国家进行温室气体减排[3]。对于中国政府的态度，其在国内和国际场合中多次重申承担二氧化碳减排义务，主要的原则是“共同但有区别的责任”。这是由于根据统计，当前大气中累计的温室气体有80％源自发达国家排放，中国的排放只占20％里的一部分。同时，当前中国的人均排放量只是发达国家的1／3、1／4甚至1／5。中国不可能接受中国人均承担发达国家减排的责任，但只享有发达国家1／3、1／4甚至1／5权利的想法。尽管如此，中能源世界——中国建筑节能网www.chinagb.net 国政府于2009年11月26日正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标：决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％-45％（新华网北京11月26日电）。最近的报道显示，中国政府很可能将该指标列入“十二五”规划纲要中。这意味着，一旦这个指标确定，将分配下达到全国各个省市，各个行业。届时，包括能源、工业、交通、建筑等行业，其碳排放强度将受到具体指标的限定，最终会影响到各行业的运营和发展。2中国建筑碳排放指标的确立建筑是中国的“耗能大户”之一，建筑日常运行（包括照明、空调、采暖和电器）能耗占全国总耗能的1/4。事实上，中国的住宅和商用建筑的运行能耗相当于中国水泥、钢铁行业的能耗总和。如果到“十二五”期末，也就是2015年，中国所有的公共建筑都能实现节能70%，住宅建筑能实现节能55%，那么每年的节能总量将达到19,500亿度电，减排二氧化碳总量将达20亿吨。即使是对现有建筑稍作节能改造，也都将带来巨大的效益。例如，到2015年，如果现有建筑中的5%和新增建筑中的60%能够比同一气候条件地区的同类建筑减少50%的能耗，那么每年节约的能源将相当于1,700亿度电或者1.7亿吨的二氧化碳。这相当于关闭全美国照明系统一个月所节约的能源[4]。         图1中国新建建筑建筑面积增长趋势–资料：中国建筑节能年度发展研究报告（清华大学2008）虽然近期中国政府的方针政策和研究机构的报告都指出了节能减排的重要性，甚至总结出了建筑行业二氧化碳减排的份额。但是，具体到建筑设计层面，碳排放基准和具体减排量依然缺乏可以遵循的数据。这给政策的执行和减排目标的落实带来困难。放眼全球，一些发达国家，走在碳减排前列，已经制定了建筑设计中的碳减排指标。在英国，《可持续性住宅规范》在2006年12月出版发行，2008年5月1日执 2能源世界——中国建筑节能网www.chinagb.net 行。该规范为国家级建筑设计和建造规范，但非强制性。其中对于住宅碳排放，目标为到2010年，2013年和2016年，英国新建住宅碳减排达到25%，44%和零碳排放。该规范规定的减排基准为建筑法规（TheBuildingRegulations）PartL-2006中对于新建住宅的碳排放规定。《可持续性住宅规范》则在建筑法规PartL-2006的基础上分为6级继续减排。减排程度由10%开始直至零碳排放。对于减排方法，《可持续性住宅规范》在与能源和二氧化碳排放量相关的9个方面进行评估：建筑运行碳排放，建筑围护，可再生能源，家用电器，干衣空间，室外照明，自行车空间，家庭办公和用能显示系统。对于衡量方法，建筑运行碳排放以每年每平米碳排放kgCO2/m2peryear作为衡量标准。在建筑围护保温方面以传热系数U：kWh/m2peryear作为衡量标准。其它方面，则以空间设计，设备安装和标识作为衡量方法。虽然中国在这个方面的研究和起步较晚，但是由于建筑市场规模大，政府和开发单位对于低碳建筑的尝试没有放慢步伐。2010上海世博会伦敦零碳馆就是一个挑战零碳建筑的住宅项目。该展馆的原型取自世界上第一个零二氧化碳排放的社区贝丁顿（BedZED）零碳社区。展馆由两栋零碳排放的建筑前后相接而成，总面积2,500平方米。这幢四层高的建筑中设置了零碳报告厅、零碳餐厅、零碳展示厅和六套零碳样板房，全方位地向参观者展示建筑领域对抗气候变化的策略和方法。伦敦零碳馆结合上海的气候特征，采用本土化的产品，通过节能设置减少对能耗的需求，同时采用可再生能源实现建筑的零二氧化碳排放。零碳馆使用的是太阳能、风能和地源热能联动空调。该系统包括安置在屋顶上的22个五颜六色的风帽。风帽可以随着风向灵活转动，利用温压和风压将新鲜的空气源源不断地输入每个房间，并将室内空气排出。同时利用太阳能和江水源给进入室内的新风降温除湿。 图2上海2010世博伦敦零碳馆           随着项目的完成和上海世博会的招开，伦敦零碳馆必将成为中国低碳建筑的样板。在该项目基础上进行的后期研究以及经验的总结，也将成为中国低碳建筑碳排放指标的重要数据来源。 3能源世界——中国建筑节能网www.chinagb.net  43衡量低碳建筑的几个考虑因素提到低碳建筑，许多人的直接意识就是建筑能耗和建筑运行费用的节省。实际上，建筑运行费用，也就是用电量和用水量，是衡量降低碳排放的一个方面。为了达到低碳，我们应该全方位的去看待建筑和其周边环境对于碳排放的影响。这包括：建筑能耗，建筑用水，建筑材料的选择，废弃物的管理和回收，交通，以至于人们的行为举止对于建筑碳排放的影响。举一个例子，交通方式对于降低建筑的碳排放有重要影响。如果人们生活在一个交通便捷的地区，大多数人都会趋向于选择公共交通工具出行。在建筑本身进行设计时，如果考虑了自行车储藏空间和更衣及淋浴设施，那么许多人进而就会考虑骑自行车上下班。这尤其在交通拥堵的城市中更显重要。根据欧盟最新数据，全球来自汽车的温室气体排放占其总量的1/5。汽车平均每公里排放160克二氧化碳，而公共交通工具则少的多。香港绿色和平项目主任古伟牧指出，在香港，若由上环去柴湾，全程13公里，私家车排放气体2.314kg，港铁则是0.7986kg。又例如从荃湾去尖沙咀，私家车排放2.4208kg气体，港铁则是0.968kg。其差距超过两倍。又如，现在的都市高档住宅，鉴于建筑美观，很多住宅单元已经不设置开敞阳台。这样建筑立面美化了，但是人们日常生活所需的晾衣空间也没有了。高档住宅中，由于多为高收入人群，这就逐渐出现了衣物烘干机的消费人群。实际上，据美国官方数据，家电用电量中，衣物烘干机至少占去6%，它的碳排量惊人。平均每个家庭每年因使用烘干机排放的二氧化碳总量达1吨！而2009年，在美国的科罗拉多、夏威夷、缅因和佛蒙特4个州出于环保考虑，废除了“晾衣绳禁令”，保护居民摒弃烘干机、享有在户外晾衣服的权利。英国的《可持续性住宅规范》也将住宅提供晾衣空间列为衡量低碳住宅的指标之一。现今中国，业内所指的低碳建筑和降低建筑碳排放量，一般停留在降低建筑运行碳排放的层面。也就是说，降低碳排放的工作主要注重于降低建筑运行能耗和使用可再生能源。当然，对于建筑师，还有一个工作就是尽量采用被动设计，如优化建筑保温，朝向，体型系数，在需求侧就开始控制建筑能耗。但是，人们经常忽略的一点是，建筑材料和可再生能源产品，往往在生产过程中会产生大量的二氧化碳，如保温材料和光伏发电板[5]。同时，许多建筑材料，它不仅在生产过程中产生大量二氧化碳，而本身又没有碳汇过程，如钢材，玻璃和无机合成材料。这使它固有的二氧化碳含量很高。相反，有些建筑材料，如木材，在生成过程中吸收二氧化碳，即便在生产过程中由于采伐和加工也产生二氧化碳，但是综合固有二氧化碳含量就较低。如果是速生材料，如稻草板，固有二氧化碳含量可能还是负值[6]。所以，一个节能建筑，在某种意义上不见得是一个低碳建筑。考量建筑材料所固有的二氧化碳排放量，是建造低碳建筑的一个重点。能源世界——中国建筑节能网www.chinagb.net   5          图3建筑材料生产过程产生的二氧化碳和原材料生长过程吸收二氧化碳重量比[6]AECOM澳大利亚公司应用研究和可持续发展部门的实践表明，低碳建筑是一个复杂的系统工程。要了解所有产品和材料的碳排放几乎不可能。所以限定研究的边界是至关重要的。现今的研究重点主要是：（1）建筑运行碳排放主要在于电和燃气；（2）建筑日常废弃物主要集中于商场和办公室；（3）交通日常碳排放主要来源于上下班交通中的燃料消耗。交通基础设施对交通碳排放的影响现今不考虑在内；（4）建筑材料的固有二氧化碳含量主要考虑在生产和运输过程中所产生的。在最终废弃处理过程中产生的二氧化碳和施工机具的固有二氧化碳含量现今不计；（5）建筑材料的固有二氧化碳含量主要计算大量使用和排放量大的材料，如钢铁，混凝土，玻璃，铝材。4降低建筑碳排放的途径和技术 在中国，在建筑领域，当人们提到低碳建筑时，往往将其与高技术建筑结合在一起，自然联想到新技术的开发和国外先进技术的引进，采用比较昂贵的风力发电或太阳能发电。这与当初中国推广绿色建筑时所遇到的情形基本相似。但是，实际情况并能源世界——中国建筑节能网www.chinagb.net  6非如此。现今许多研究机构，在国外和国内，都已经对降低建筑碳排放的途径和建筑低碳技术进行了深入研究。研究的范围包括技术的碳减排潜力，市场潜力等各种因素。而国内工程人员的工作，实际上最节约资源和最快的方法是将这些研究成果加以实施，根据国内各个地区的科技和经济发展现状，找到合适的技术加以应用。针对以上现象，下文着重总结低碳建筑技术已经完成的重要研究成果和在中国采用的普遍规律。由于全国各个地区的技术和经济发展水平不同，在这里不总结到底那些技术更合适。2007年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，降低建筑碳排放主要可以从3个方面入手：降低建筑能耗和材料固有能耗；采用低二氧化碳排放的能源或采用可再生能源；控制非二氧化碳温室气体的排放。最关键的结论是：成熟技术和已经被应用的先进技术可以在未来，至2020年，大规模的降低建筑二氧化碳排放量，约29%。此外，如果采用20美元/吨CO2的技术，还可以进