建筑工程碳排放计量

宁波大学张孝存 2025年7月21日 本章导读 2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现 碳 中 和”。 建 筑 业 作 为 节 能 减 排 的 重 点 领 域 之 一 ， 消 耗 了 全 球30%~40%的能源，贡献了近40%的碳排放。那么究竟什么是碳排放?为什么要控制建筑业碳排放？以及目前的形势与政策如何？这些问题将在本章内容进行解答。 主 要 内 容 建 筑 业 碳 排 放 现 状C U R R E N TS I T U A T I O N I NB U I L D I N GI N D U S T R Y 1.1碳排放的基本概念 1.1.1碳排放与温室效应 n碳排放（carbon emission）是关于温室气体排放的一个统称或简称。 n温室效应（greenhouse effect）是指温室气体使地球变得更温暖的影响。 n温室气体（greenhouse gas）指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射，并重新发射辐射的一些气体，其作用是使地球表面变得更暖，类似于温室截留太阳辐射，并加热温室内空气的作用。 （1）二氧化碳（CO2）；（2）甲烷（CH4）；（3）氧化亚氮（N2O）；（4）氢氟烃（HFCs），如CHF3、CH2FCF3、CH3CHF2；（5）全氟碳（PFCs），如CF4、C2F6、C3F8、C4F10、c-C4F8、C5F12、C6（6）六氟化硫（SF6）及其他，如NF3、SF5CF3、卤化醚等。 F14； 1.1碳排放的基本概念 1.1.1碳排放与温室效应 n温室气体 了解温室气体时，需注意： p氢氟烃（HFCs）、全氟碳（PFCs）和六氟化硫（SF6）三类气体造成温室效应的能力最强 p二氧化碳的含量最高，对温室效应的贡献最大，同时也易于大家理解和认识，因此产生了“碳排放”这一替代表述方法。 p实际上，大气中水蒸气、臭氧也是典型的温室气体，但这两种气体的时空分布变化较大，水蒸气分布更与全球水循环密切相关，因此一般不将这两种气体纳入温室气体的考虑范围。 1.1碳排放的基本概念 1.1.1碳排放与温室效应 n温室气体 为描述温室气体造成温室效应的能力，常采用以下方法： 在一定的时间框架内（如100年），以二氧化碳为参考基准，按一定方法（指标）将单位质量的各类温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量，即当量二氧化碳排放（记作CO2e）。 p全球增温潜势（GWP）：与温室气体的累计辐射效应有关，即释放1公斤某种温室气体在一段时间内辐射效应对应时间积分，相对于同等条件下释放1公斤二氧化碳对应时间积分的比值。GWP是目前最通用的评价温室气体增温能力的指标。p全球温变潜势（GTP）：与温室气体的温变能力有关，即瞬间或持续释放的某种温室气体在未来给定时间后造成的全球平均地表温度变化，相对于同等条件下释放等量二氧化碳后所造成的全球地表温度变化的比值。 1.1碳排放的基本概念 1.1.1碳排放与温室效应 n温室气体 1.1碳排放的基本概念 1.1.1碳排放与温室效应 n全球变暖 温室气体增加对气候和生态系统的影响是一个十分复杂的问题，其影响是多尺度、全方位、多层次的，正面和负面影响并存。全球变暖是目前全球广泛关注的气候变化现象之一。 自工业革命以来，大气中的二氧化碳含量从280ppmv增加至约360ppmv，甲烷含量从700ppbv增加至1720ppbv，一氧化二氮含量从275ppbv增加至310ppbv。政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2021年发布的第6次气候变化评估报告指出，2019年观测到的大气中二氧化碳浓度达到了近200万年来的最高值，甲烷和一氧化二氮浓度亦至少达到了近80万年来的最高值。全球表面温度自1970年以来的近50年间，已明显呈现出快速增加的趋势，而其中化石能源过度使用、森林资源过多砍伐等人为活动已成为了影响全球增温的重要因素。 1.1碳排放的基本概念 1.1.1碳排放与温室效应 n全球变暖的影响 p气候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化、河(湖)冰迟冻与早融、中高纬生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少、一些植物开花期提前 p引起气温和降水变化，从而改变生态系统的初级生产力和农业的土地承载力，影响到农业的种植决策、品种布局和品种改良、土地利用、农业投入和技术改进 1.1碳排放的基本概念 1.1.1碳排放与温室效应 n应对全球变暖 目前，绝大多数科学家和政府承认碳排放的显著增加已经并将继续为地球和人类带来灾难，所以“碳达峰”、“碳中和”这样的术语就成为容易被大多数人所理解、接受、并采取行动的文化基础。我们的日常生活一直都在排放二氧化碳，而如何通过有节制的生活，例如少用空调和暖气、少开车、少坐飞机等等，以及如何通过节能减污的技术来减少工厂和企业的碳排放，成为本世纪初最为重要的环保话题之一。 1.1碳排放的基本概念 1.1.2碳循环 n自然界中的碳循环 p碳循环(carbon circulation)：碳元素在自然界中的循环转化状态。 p碳库：地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99.9%。这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。地球上还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。 1.1碳排放的基本概念 1.1.2碳循环 n自然界中的碳循环 p碳元素的存在形式 碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在，在化石燃料中主要以含碳的有机物（主要是烃及其衍生物）存在，在大气圈中主要以二氧化碳、一氧化碳（CO）等气体形式存在，在水圈中以多种形式存在，而生物库中则存在着各种各样被生物合成的有机物，其中森林是生物碳库的主要贮存者。这些物质的存在形式受到多种因素的调节，并可相关转化。 1.1碳排放的基本概念 1.1.2碳循环 n自然界中的碳循环 p生物循环 绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体中的含碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后，残体中的碳通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。 一部分（约千分之一）动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成煤、石油和天然气等化石燃料。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。 1.1碳排放的基本概念 1.1.2碳循环 n自然界中的碳循环 p地球化学循环 碳的地球化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移，而且是对大气二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。 沉积物含有两种形式的碳：干酪根（kerogen，指沉积岩中不溶于一般有机溶剂的沉积有机质）和碳酸盐。在风化过程中，干酪根与氧反应产生二氧化碳，而碳酸盐的风化作用却较为复杂。含在白云石和方解石矿物中的碳酸镁和碳酸钙受到地下水的侵蚀，产生出可溶解于水的钙离子、镁离子和重碳酸根离子，并由地下水最终带入海洋。在海洋中，浮游生物和珊瑚等海生生物摄取钙离子和重碳酸根离子来构成以碳酸钙为主要成分的骨骼和贝壳。这些生物死后，碳酸钙就沉积在海底而最终被埋藏起来。 1.1碳排放的基本概念 1.1.2碳循环 n自然界中的碳循环 p大气与海洋的碳交换 二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处，由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等，大气中二氧化碳量增多或减少，海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。 1.1碳排放的基本概念 1.1.2碳循环 n人类活动的碳交换 p化石燃料（如煤炭、石油、天然气）燃烧产生的二氧化碳等气体。p工业活动产生的碳排放，如化石能源开采中甲烷等气体逸散、水泥生产中石灰石煅烧分解、炼钢过程中生铁中的碳元素氧化等。p农林牧渔活动中的碳交换，如谷物根部腐烂与氮肥分解的含氮气体释放、动物肠道发酵产生的甲烷、活立木储量增减引起的植物固碳量变化等。p工业及生活垃圾在填埋、堆肥及焚烧过程中产生的碳排放。p采用核电、风电、水电、太阳能等清洁能源以及生物质能源替代传统化石能源而间接实现的减碳。p采用碳捕集、利用与封存（Carbon Capture, Utilization & Storage, CCUS）技术实现的人工固碳。 1.1碳排放的基本概念 1.1.3全球碳排放现状 n全球碳排放总量及各国碳排放量 2020年，我国碳排放总量位居全球首位，但人均碳排放不及美国等发达国家的一半。 1.2建筑业碳排放现状 1.2.1建筑业碳排放总体趋势 建筑业消耗了全球30~40%的能源，贡献了约40%的碳排放，而建筑业的减排技术难度又相对较低，因此成为了全球各国节能减排的重点领域。对于欧美发达国家来说，其整体建设量较小，建筑业碳排放主要来自建筑物的运行过程中对能源的利用与消耗。而对于我国来说，尽管近年来，通过发展清洁能源、节能改造等手段，我国建筑运行能耗与碳排放不断降低；但作为发展中国家，我国当前建设规模仍较大，生产与建造过程的碳排放量亦十分可观。 1.2建筑业碳排放现状 1.2建筑业碳排放现状 1.2.2建筑业减排 根据建筑碳排放的来源，将其分类为： n直接碳排放（direct carbon emission）：建造、运行及拆除活动中，由直接利用化石燃料燃烧供能而产生的温室气体排放，如利用化石能源直接供暖、炊事活动中燃气的消耗、施工机械与建筑设备的燃油消耗等过程。 n间接碳排放（indirect carbon emission）：利用外购电力、热力、建筑材料及其他服务等，而间接计入的温室气体排放。之所以称其为间接碳排放，是由于这些温室气体并不是在建筑现场产生的，而是在工业生产环节中产生的，只不过是在建筑活动中予以消费利用。 1.2建筑业碳排放现状 1.2.2建筑业减排 建筑减排与建筑全生命周期（building life cycle）的生产、建造、运行与处置过程息息相关。 n生产与设计环节，研究发展并推广利用绿色、低碳建材；建立以低碳目标为导向的建筑全寿命设计方法，选用合理、适用的建筑结构体系与工程技术，降低材料消耗、延长使用寿命。 n施工建造环节，采取高效、可靠的施工技术与工法，加强并落实组织管理措施。 n建筑运行环节，强化建筑节能与宣传、因地制宜地推广利用分布式光伏等新能源利用与高效节能技术。 n拆除处置阶段，遵循循环经济理念，加强拆除物的回收再利用，减少建筑垃圾 n全全行业角度，在关注新建建筑节能减排的同时，注重既有建筑的碳排放管控。 1.3相关政策形势 1.3.1国际政策形势 n1992年，联合国气候变化专门委员会通过艰难谈判审议通过了《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC），并于1994年正式生效。 n1997年，在日本京都通过了UUFCCC的第一个附加协议——《京都议定书》。我国于1998年5月签署并于2002年8月核准了该议定书。 n2005年2月，《京都议定书》正式生效。这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。 n2006年，由IPCC组织编制的《国家温室气体清单指南》（IPCC 2006）发布，为温室气体的清单分析与核算提供指导。 n2009年，UUFCCC的192个缔约方代表于哥本哈根世界气候大会对全球气候变化问题进行了深入探讨，并提出了“全球增温控制在2°C以内”的警戒线。会上各主要工业国纷纷提出减排目标 1.3相关政策形势