清华教授林波荣:节碳不等于节能,中国实现碳中和面临三大挑战

2021年9月23日
文章来源:凤凰卫视
2020年9月22日,中国在第七十五届联合国大会上提出,在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的 “双碳”目标。 为积极推动国家碳中和愿景和全球控温目标实…

2020年9月22日,中国在第七十五届联合国大会上提出,在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的 “双碳”目标。

为积极推动国家碳中和愿景和全球控温目标实现,凤凰卫视与世界自然基金会(WWF)于2021年9月22日-24日主办2021零碳使命国际气候峰会,主题为“全球碳中和与中国担当”。联合主办本次峰会的有凤凰网、凤凰都市传媒、北京市企业家环保基金会(SEE基金会)、大道应对气候变化促进中心(C Team)、公众环境研究中心(IPE),英国以COP26联合国气候大会主席国身份参与。

美国前副总统阿尔·戈尔、联合国驻华协调员常启徳、联合国环境规划署代表处代表涂瑞和、生态环境部宣传教育中心主任贾峰、世界自然基金会全球总干事马可·兰博蒂尼等七十多位嘉宾参与峰会,就全球碳中和、企业气候雄心、绿色金融、能源转型、绿色建筑以及低碳交通等话题进行分享和讨论,旨在集聚各方资源,充分调动企业参与应对气候变化的积极性,为地方政府、企业在实现碳达峰、碳中和的目标过程中,提供战略规划、技术应用、成果展示、知识分享及国际交流等多样化的指导和服务。

清华大学建筑学院副院长林波荣在“绿色建筑与可持续供应链”主旨演讲中指出,可再生、清洁、低碳零碳能源替代是关键。未来不仅仅是光伏一体化,一个发展方向是建筑不再是传统意义上的能源消耗的末端,我们应该强调建筑跟交通、跟社区结合起来推广光组织的系统,这里非常关键的是电动汽车的电池是非常好的储能的设备。

林波荣还强调,节碳不等于节能,节能也不等于低碳,需要从电力侧来做统筹。

以下为林荣波主旨演讲实录。

非常荣幸今天能够参加零碳使命、绿色建筑与可持续发展的论坛,谢谢孙会长以及各位嘉宾的共同参与。

我想跟大家介绍一下在双碳目标下,特别是在碳中和目标下,我们绿色建筑在做科技创新方面的方向和使命。双碳目标的提出,大家都看到了机遇,这里面的挑战也蛮大的。这页PPT给各位展示了有三个大的挑战:

第一、我们要达到碳中和的目标下的碳减排的总量,我们对比一下这个总量是右上角所展示它的总量相当于美国的两倍,相当于欧盟的28国的三倍,这是一个大的挑战。

第二、碳中和的时间非常的短,我们从2030年到2060年碳中和只有三十年的时间,但是我们对比看一下欧盟的情况,它大概是用了71年实现碳中和,美国也用了43年。所以时间短,是我们的第二大挑战。

第三、我们看右下角的这张图,就是低碳发展在美国和在欧洲已经实现跟经济发展的脱钩,我们从这里看到美国和欧盟经济发展和碳排放的总量的增长,事实上是完全的脱钩的。但是中国的第一张图片展示的碳排放跟经济总量是强相关的,第三大挑战是我们如何要保持经济增长的同时,民生改善的同时,我们来实现碳中和目标的实现。

各位嘉宾都回顾了,其实是去年的昨天习近平总书记在联合国提出了这么一个目标,这个目标落实到我们建筑行业其实有一些数据,比如说建筑建造和运行的碳排放从全球来看占比大概是39%,其中运行的占比达到28%,建造大概是11%,这是一个全球的情况。如果是考虑中国的情况,这两个数字略有不同。大概总量是42%,其中运行相关占比到了22%。这意味着由于我们国家跟全球在建筑碳排放运行阶段和建材阶段的不同使得我们的策略有所不同。

由于我们国家建筑行业碳排放有总量的特征,我们要开展碳中和目标的落实,我们需要有一些具体的应对,这个应对首先要找到它的特点和趋势。左下角这张图告诉我们中国运行直接加间接的碳排放还是在快速的增长,我们要遏制它要采取措施。

因为建筑规模比较大,我们建筑行业的碳排放的总量是居全球总位首位,同样比建筑的总量来看,我们是美国的1.25倍,是欧盟28国的1.3倍。右边的这张图也跟我们展示了几个主要的板块的单位频率,一年内碳排放强度的差别,工建排除北方采暖之外,它的碳排放可以达到48公斤二氧化碳平均每年是最高的,其次是北方的建筑材料二氧化碳达到36公斤,农村是23,住宅是16,这是大概的情况,这让我们有的放矢。

根据IPCC路径,我们国家考虑了四个目标:工业、建筑、交通和电力,这是从直接碳排放的角度来定的。此外我们国家还考虑了非二氧化碳温室气体排放。科技部在组织科技支撑碳中和方案时分成这五个组进行科技创新的应对。建筑行业的碳排放这个量不大,不到10%,为什么?因为直接二氧化碳排放也就是建筑在运行过程中用了这个燃气来供暖、生活、热水或者酒店、宾馆的蒸汽等等。更关键的是电力和北方地区集中供热,热力导致的碳排放,这是它的特殊地方。

我们非常简单的来做一个应对,我们从控制对象来说,如果考虑建材的碳排放,考虑建筑的直接碳排放,热力和电力导致的间接碳排放,我们非常容易的梳理出它的减碳的路径以及相应的创新技术的梳理,但是这个并不是我今天说的重点。

因为我想说的是其实我们在未来的这40年内,我们要实现绿色建筑来应对双碳目标的落实还有很多可为的地方。

第一、要源头减量。我们要研究创新,以低碳目标为导向的建筑设计优化一套方法。因为整个建筑要实现低碳,其实空间的低碳是优先的。在这个基础上,在研究相应的低技术策略实现优化这样才有可能实现一个真正的低碳成本路径。不管是能耗还是碳排放都是等于能耗或者碳排放的强度乘上空间乘上面积最后再乘上时间,如果在考虑能源品类的不同再做一些优化,但是空间优化、时间的优化通过部分时间、部分空间来强化我们碳排放目标的落实,这是关键。因此,未来我们一定是要从单个空间的低碳节能设计转化为多个复杂空间在全年8765小时下的动态的逐时的优化思路,这是未来做思路创新需要引入人工智能作为支撑的关键点。

我们和大家展示了一些案例,比如像我们跟崔海院士在四川文博会,如果按传统来看这么大体量的建筑如果全是空调采暖,这能耗是大得不得了的,但是我们给大家看一下,这个里面的右边这张图,其实这个展示的顶层的空间它是非空调的空间,它是跟室外完全是联系的。就拿今天的会场举个例子,只是人在这里演讲和各位嘉宾的位置有空调,它的上部分是敞开的,考虑到不同颜色的阳光板来把阳光遮挡最后引入自然通风,这是一个部分时间的案例。这么大体量建筑都可以如此做,常规建筑为何不能?

最近的实践,不管是从中国建筑设计院总部的大楼都是按照这样的理念在贯彻实施,强化自然通风、自然采光整个建筑内不同空间的落地。这样通过部分时间、局部空间、供暖空调、照明最后最大限度的实现了节能减排。因为刚才说了,这三方面是乘法的关系,这个节能减碳的效果是成倍的获得的。

包括一些其他的大体量的建筑,我们在做的国家的植物园等等都是如此。包括即使在东莞一个生态办公楼它的能耗非常高,但是我们通过绿色建筑强调部分时间、部分空间分区控温、自然通风优先,利用自然通风之后空调时间可以缩短40天左右,节约能耗15%,也获得了很好的奖项。但是更关键的是数据告诉我们,这样做的话是值得我们未来实现辉煌。

第二、源头减碳,重点要用低碳的结构和高性能的建材,我们强调未来的建筑美学,绿色建筑强调新的美学,应该是减少水泥、钢筋、玻璃的高碳建材的使用。刚才主持人说了我们建筑业导致的垃圾是24亿吨,我们只有减少了这些不可持续、不可回收的水泥、钢筋、混凝土的使用而采用竹木等可回收材料来实现建筑的主要立面、室内装修等等,这样才有可能真正彻底的减少建筑业对资源的消耗和对自然界的影响。

这里面跟大家展示了在英国、澳洲研究了用来自混凝土来进行室内的装修包括建筑立面的例子,这个的确在国外是方兴未艾,但是如果在国内、在政策的推动下我相信可以产生规模效应真正的在我们的建筑业、房地产业能得到推广,形成低碳,比如回收再利用的废弃物等。最主要的是这些建筑材料本身是固碳的,我们现在老说减碳,我们用建材把二氧化碳捕捉起来。

第三、关注不同结构体系之间它的碳排放的强度和差别是很大的。以住宅为例,框减结构相当于碳排放的1.6倍,工建和木材料相比大概是3倍的差别。我们在选择碳结构体系时也要考虑一点,这也是节能优化的重点。

在这个基础上,应该进一步推广工业化建筑,但是现在不管是南方还是工业化建筑,我觉得我们非常缺乏的是它在真正的建造过程中,资源、材料、碳排放节约数据的情况,我们唯有把他们给数据收集起来,真正用数据说话才能够指导我们行业给予正确的政策引导和推广的方向指引。

因此,未来我们相信像高性能钢材,纤维辅材以及其他以竹木为主体的材料在建筑的应用,从多层到高层这是未来可持续发展的重要方向。

第四、环境营造技术创新,我们要强调部分时间、部分空间因地制宜的环境营造技术。这样的营造,前面说了是我们低碳的一个关键,其实也是有利于健康的。未来我们设想我们的空间是空间可变、环境可调,满足不同的人的个性化的需求的空间,这样的话才能够真正的把碳排放降到极致,最后利用人类和自然的结合实现健康。这样一种理念的共识,相信未来一定会对我们的供暖、空调、照明等等一些机电设备系统的创新提供支撑。这样的一些实践,事实上在国内外建筑里都在落实。

要把智慧运维跟健康保障结合起来。比如BIM,在我们国家应用现在有一些误区,有的时候是为了BIM而BIM,我们不如把BIM和IoT结合起来,考虑人类的健康、舒适与低碳的结合,这个更有利于实现前面说的理念。因此基于BIT的IoT强调多元环境/能耗场和人体健康关联的海量数据挖掘技术是未来方向。这里有温度和二氧化碳的图展示的是环境场,它告诉二氧化碳参数不同,有利于我们有的放矢、因地制宜的控制,从而最大限度的实现节能。

此外,可再生、清洁、低碳零碳能源替代是关键。未来不仅仅是光伏一体化,我觉得未来的一个发展方向就是建筑不再是传统意义上的能源消耗的末端,我们应该强调建筑跟交通、跟社区结合起来推广光组织的系统,这里非常关键的是电动汽车的电池是我们非常好的储能的设备,一辆汽车一年开的时间不到2000小时,其余时间都可以用来储能,太阳能发电可以放到电池里形成虚拟电网,形成充放电的智能充电桩来进行调控。我们设想未来,咱们家里的充放电也像电动汽车-特斯拉在低电量时提前预约充电,你的节省真的是不得了,这个一定是未来我们实现低碳的发展目标。

我最近去了几个城市调研了电动汽车,大家都说电动汽车一年跑100公里大概10几块钱的电费,这个如果把它应用在建筑业领域,充分利用低谷的1:4、1:4.5的低谷电价2毛多一度电,那样的话我们能够把普通百姓参与低碳建筑、零碳建筑它的积极性大大的提升。这里还有一个技术就是源网荷储用的系统,大电网也在考虑直流,我们小的建筑也在考虑直流,这个上下必须连通,把其中的技术障碍把它给消除。

这里给大家看一些例子,如果我们给一个航站楼研究的,所有的电动车都用光伏发电可以解决50%-70%的用电问题,屋顶和立面太阳能光伏化再解决10%-20%的问题,在这个基础上通过标准引领推广传统意义上我们觉得不节能的冰蓄冷、水蓄冷技术以及风机水泵变频技术,最后再解决10%-20%的问题,这样的方式来实现零碳,它的效益、它的增量成本其实可以大幅度的降低。

我们最好可以参观的就是大兴的航站楼,我们看到它在停车楼、能源中心、货运区、飞行区、跑道甚至是绿化侧都在大规模装光伏,而且它所有的电动车大部分都实现了电动化,它的所有交通车辆。还有一点我们看航站楼内所有的餐具、灶具都是全面实现电气化,我们并没有感觉到大兴航站楼的美食有何不好,所以这就是我们未来特别值得推广的模式。

最后一个是北方地区的供暖,我们要充分利用周边的核电,比如说京津冀地区的工业余热、火电余热甚至是环渤海地区核电的余热来实现低碳零碳供暖。这个的关键是长距离的输送,上百公里来把热量输送到我们的末端,这里也有很多的技术创新。

第五个方面,我们要转变观念,节碳是不等于节能的。当我们把碳作为了一个共同的目标,我们要仔细梳理传统的建筑、设计、运维过程中哪些技术有利于节碳,哪些技术有利于节能。所以这里我们看到节碳不等于节能,节能也不等于低碳,我们要从电力侧来做统筹。所以我们这种传统意义上的技术补贴,什么太阳能光热、什么热水器的补贴还有一些灶具的补贴都要全面转化为以电器化,以有利于低碳的目标来,这个方面有很多的政策需要调整,标准的提升和扩展也有很多工作要做。

时间关系,简单跟各位分享一些案例。首先全球十大碳中和建筑里面所罗列建筑设计的亮点和前面说的重点是吻合的,但是这是已经建成的碳中和的建筑,他们的增量成本、技术优化里面还有很多提升的空间。

我们最近就是把前面所说的这种技术正在工材料里整合,包括北京副中心大的园区,包括以低碳零碳为主的一些能源企业在北京还有在南京,这里就把前面所说的技术做了一些整合。其实这里非常关键的点我觉得都不是传统意义上的绿色建筑的策略,而是光储充放一体化的充电设施和智能微电网系统的结合。

非常关键的是我们需要按年度为单位来反推,你是希望什么时候在什么样日租赁的情况下来实现低碳和零碳的目标,这为我们设计如何控制性能化的优化设计和最低的增量成本提供了可能。

最后做一下总结,我们今天讨论的要以低碳目标为导向,要考虑未来的场景驱动,实现系统创新,关键是源头减量,能源替代,节省提效。这里跟大家所总结的一些事实都是前面提及的一些关键技术,希望能跟各位一起在这方面有所实验和突破。

田川:有一个问题想请教您,今天非常感谢您帮我梳理了一个很重要的概念就是低碳不等于是节能。在我们做低碳的推广的过程当中,会消耗更多的能源吗?如果是,具体会是哪几部分的能源呢?

林波荣:谢谢主持人的问题。我们跟大家举个例子,低碳不等于节能,其实就是非常简单跟大家息息相关的。在家里如果你是用天然气来进行供暖或者是说提供热水甚至是蒸汽,事实上可能是能耗更低的。

但是我如果是用电可以实现零碳排放,是绿电和太阳能光伏,但是它可能不用电,直接碳排放是为零,但是电的源侧在火电发布它还会有碳排放,所以这需要综合的比较。

但是我们现在建筑业从国家层面给的要求是首先要消除直接的碳排放,所以像燃气在建筑业的应用,未来一定会有重大的调整。

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