当我们思考能源转型带来的挑战时，往往会首先联想到飞机、发电厂、汽车和卡车……但你是否想过，普通的建筑也在其中扮演着重要角色？
从建筑结构到持续的能源消耗，建筑物贡献了全球约三分之一的碳排放——2022年，其二氧化碳排放量高达123亿吨。其中，大部分排放源自建筑运营，例如供暖、烹饪时燃烧的燃料，以及电力生产过程中燃烧的化石燃料。但除此之外，每年还有约26亿吨二氧化碳（约占全球总排放量的7%）来自建筑本身的“隐含碳”——即建筑材料的生产、运输和施工过程中所排放的碳。
今年2月发布的一份报告提出了一项蓝图，旨在到2050年实现建筑行业的碳中和。要达成这一目标挑战巨大，因为它涉及全球数百万建筑物业主的共同努力。然而，该报告的发布方——能源转型委员会（Energy Transitions Commission，ETC）认为，现有的政策和技术工具已经可以满足这一需求。该委员会是一个国际智库，成员包括能源生产商、高耗能行业、技术提供商、金融机构以及环保组织等。
报告指出，解决建筑行业碳排放问题的关键措施包括提升能源效率、电气化、灵活用电，以及减少材料消耗并推广更环保的建筑材料。全球各地在这些方面的进展虽不均衡，但已初见成效。
“许多必要的解决方案已经摆在我们面前。”能源转型委员会主席阿代尔·特纳在上个月的一场讨论中表示，“但要真正落地实施，我们需要改变观念，也需要改变实践。”
如何提高建筑物的能源效率？
报告指出，建筑开发商和业主可以采取多种策略，在不影响居民舒适度的前提下，降低建筑的能源消耗和运营成本。
他们可以封堵漏气处，为阁楼、墙壁和地板添加保温层，并安装双层或三层玻璃窗，使建筑像啤酒保温套一样高效保温。报告提到，中等程度的节能措施可减少10%至30%的能源使用，而更深入的改造可将能源消耗减少高达60%。
图片来源：Energy Transitions Commission
对于既有建筑，在线工具和现场能源审计可帮助业主确定哪些改造措施能最大程度地改善气候影响、提升居住舒适度并降低能源账单。
报告还指出，面对不断增长的制冷需求，一些简单的技术手段也能发挥重要作用。受气温上升和收入增长的影响，到2050年，全球制冷需求预计将翻倍。从屋顶刷成白色到种植遮荫树等被动降温措施，可有效减少25%至40%的制冷能耗。
能源转型委员会建筑脱碳负责人汉娜·奥迪诺（Hannah Audino）表示，这些节能措施“会随着时间推移为家庭带来显著回报”。但她也强调，由于节能回报可能需要较长时间才能显现，政府应向低收入家庭提供针对性融资支持，否则他们可能无力承担这些升级改造费用。
另一个挑战是如何让房东愿意投资节能改造，尽管租户通常是水电费的实际支付者。为推动节能措施的广泛应用，报告建议政策制定者实施建筑能效标准。例如，美国纽约和圣路易斯等城市已采用该方法，对未达到特定排放或能源使用基准的建筑业主施加罚款。
对于新建筑，能源法规和其他监管标准可设定最低能效要求。报告指出，这些标准在全球范围内差异较大，但“被动式建筑”方法被认为是“黄金标准”。相比传统建筑，符合该标准的建筑通常可将能源使用减少50%至70%。
此外，与仅满足最低规范的建筑相比，优化设计的新建筑能耗可降低约20%，而额外建设成本通常仅增加1%至5%，这一成本可通过提高售价或降低业主的长期能源开支来抵消。
报告还强调，通过地下热能网络连接建筑并共享热量，可大幅提升能源效率——这一方法比单个建筑的改造更快、更具规模效益，因此“应尽可能推广应用”。
要使建筑物脱碳，就必须实现电气化
要让建筑真正实现气候友好化，就必须全面电气化。这意味着要用超高效的热泵（包括地热热泵）、热泵热水器、热泵干衣机和电磁炉等电气设备，取代传统的燃烧化石燃料设备。
报告指出，热泵对于供暖脱碳至关重要。供暖是建筑运营中最大的碳排放来源，而目前全球仅有15%的供暖系统实现了电气化。热泵的能效通常是燃气设备的两到三倍，即使电网尚未完全实现清洁化，使用热泵仍能有效减少排放。
图片来源：Energy Transitions Commission
尽管热泵的初始成本可能较高，但随着市场需求增长和安装人员经验的积累，其价格预计会逐步下降。报告提到，在市场较为成熟的国家，例如丹麦、日本、波兰和瑞典，热泵的价格甚至可能低于燃气供暖系统。
图片来源：Energy Transitions Commission
根据报告，在美国大部分地区以及欧洲许多国家，热泵的运行成本低于燃气设备，其全生命周期成本也更具优势。尤其是在消费者考虑同时安装空调和燃气炉时，热泵的经济性更为突出，因为它集制冷与供暖功能于一体。
与此同时，热泵技术也在不断进步。制造商通过经验积累，持续优化技术，就像他们在太阳能电池板和风力涡轮机上的改进一样。结果是，热泵变得更加高效、体积更小，并且随着天然制冷剂的应用，不仅全球变暖潜能值更低，还能提供更高的温度。
不过，报告强调，政策制定者仍需解决能源成本问题，以推动更广泛的电气化进程。在电价高于燃气价格的国家，热泵的推广面临更大阻力。
报告提出的解决方案包括：将目前过度集中在电费上的环境税转移至燃气成本，为使用电加热的用户提供更低的电费，并对碳排放进行定价。最直接的措施是禁止使用燃气设备，但到目前为止，只有荷兰等少数国家成功制定了相关计划。
让电网电力需求更具弹性
当建筑全面电气化后，它们的电力需求将大幅增加，这可能会给电网带来压力。报告指出，如果不加控制，到2050年，全球建筑的电力需求可能比现在增长2.5倍。不过，随着能源效率的提升，能源转型委员会预计电力需求的实际增长幅度将降低至45%。
即便如此，这一增长仍然相当可观。因此，报告强调，为了在不对电网造成过大负担的情况下推进建筑脱碳，我们需要让建筑的电力需求更加灵活。当建筑能够在电力充足、价格低廉且清洁能源占比高时使用电力，不仅能减轻电网压力，还能降低用电成本，使其比传统建筑更具经济性。
低成本的智能恒温器和传感器可以减少15%至30%的电力需求，并在电价较低时自动调整用电时间。在一些地区，商业建筑业主已通过在电网负荷高峰期减少用电，每年节省数万美元。
报告建议，所有建筑都应具备灵活调整供暖或制冷时间的能力，调整时间应在2至4小时内，并且不影响居住舒适度。这可以通过现有的热惯性解决方案来实现，例如采用高效保温材料，以及使用可储存热水并在需要时释放的储水式热水器。
此外，公用事业公司和监管机构可以通过调整电价或设置公用事业关税，激励用户在用电高峰期以外的时间用电。例如，当风力和太阳能发电充足时，电网中的清洁能源供应充裕，电价往往会降至负值。
“当风力强劲、阳光充足时，电网实际上充满了清洁能源，”能源转型委员会建筑脱碳负责人汉娜·奥迪诺（Hannah Audino）表示。她建议，税费政策应反映这一现实，为家庭和企业提供明确的经济激励，引导他们调整用电方式。如果缺乏这种动态定价机制，“我们很难想象如何在大规模上实现这一转变。”
如何清理隐含碳？
报告指出，到2050年，全球建筑总面积预计将增长50%以上。如果新建筑仍然沿用当前的技术，从现在到本世纪中叶，累计隐含碳排放量可能会增加750亿吨二氧化碳。
然而，通过最大化利用现有建筑、减少建筑材料的碳排放，并采用更合理的建筑设计，这一排放量可降至约300亿吨二氧化碳。
报告强调，利用现有建筑是减少隐含碳排放的“最大机会”，因为这一策略可以完全避免新增隐含排放。但作者指出，相较于改变建筑技术，推广这一策略面临更大挑战。
在建筑材料的生产过程中，前期排放是主要的碳来源。其中，水泥、混凝土和钢铁是最大贡献者，占建筑材料碳排放的95%。
低碳或零碳水泥、混凝土和钢铁可以通过使用电力、替代燃料、特殊化学技术（如受珊瑚结构启发的化学工艺）以及碳捕获与储存等方式生产。然而，目前这些清洁材料的成本较高，市场尚未广泛采用，因此开发商需要额外激励措施来选择它们。
优化建筑设计也是减少隐含碳的一种有效策略。例如，在相同建筑面积下，中层建筑比高层建筑消耗的材料更少，因为高层建筑需要更坚固的地基和更大的支撑结构。此外，方正的建筑比不规则建筑更加节材，减少不必要的材料使用。
此外，开发商还可以采用低碳替代材料，如再生材料、可持续来源的木材、竹子、夯土以及“麻石”——一种由植物纤维、石灰和水混合而成的轻质材料，具有一定的碳吸收能力。
图片来源：Energy Transitions Commission
由于隐含碳排放往往“隐形”且难以追踪，控制其排放面临挑战。2021年，伦敦监管机构率先采取行动，要求大型开发商在规划阶段计算建筑物全生命周期的碳排放，包括运营碳排放和隐含碳排放。
能源转型委员会成员、Arup公司建筑可持续发展团队副总监 Stephen Hill 介绍称，该政策并未强制开发商在碳强度上达标，而是要求他们公开报告预期的排放量。
“但这一做法带来了隐含碳强度的下降，因为开发商都希望打造低碳项目。” Hill补充道，“这充分展示了透明度的力量，以及市场自发调节的作用。”
世界绿色建筑委员会高级总监 Stephen Richardson 在委员会会议上强调，政府必须采取双管齐下的策略来推动建筑脱碳。
“一方面，我们需要提供激励措施，使低碳选择在经济上更具吸引力。” Richardson说，“另一方面，我们必须制定强制性政策，确保落实。”
报告指出，目前亚洲、非洲、南美大部分地区，甚至美国部分州仍缺乏强制性的建筑规范。Richardson表示，强制性建筑法规是最重要、最紧迫的政策，没有政策，建筑脱碳就无从谈起，或只能取得有限进展。
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