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迈向碳中和｜以科技创新助力建筑运行低碳发展

大学作者：北京工业大学 2021-04-08 10:32:26

我国建筑运行能耗情况

图1 我国建筑运行消耗的一次能耗和总电量

（2001年~2018年）

我国建筑领域的能源消费与排放是全社会能源消费与排放的重要组成部分，也是中国节能减排以及能源消费变革工作的重点。当前，不断增长的建筑面积导致了更多的建筑运行用能。同时，随着经济社会的发展和人民生活水平的不断提高，采暖、空调、生活热水、家用电器等终端用能需求和产生的碳排放不断上升。据统计，我国建筑运行用能约占全社会总用能的20%，由建筑建造所导致的原材料开采，建材生产、运输以及现场施工的能耗也占到全社会总能耗的20%以上（见图1）。

图2 建筑运行相关CO2排放量（2018年）

表1 中国建筑运行能耗（2018年）

建筑能耗总量的增长、能源结构的调整都会影响建筑运行相关的CO2排放。建筑运行阶段消耗的能源种类主要以电、煤、天然气为主，其中，城镇住宅和公共建筑这两类建筑中70%的能源均为电，以间接CO2排放为主，北方城镇中消耗的热电联产热力也会带来一定的间接CO2排放；而北方供暖和农村住宅这两类建筑中，能源消耗中使用煤的比例高于电，在北方供暖分项中用煤的比例超过了80%，这会导致大量的直接CO2排放。随着我国电力结构中零碳电力比例的提升，我国电力的平均排放因子从2001年的771gCO2/kWh下降到2018年的553gCO2/kWh，电力在建筑运行能源消耗中比例也不断提升，这两方面都显著地促进了建筑运行用能的低碳化发展。

2018年，中国建筑运行的化石能源消耗相关的碳排放约为21亿tCO2（见图2、表1），其中直接碳排放占50%、电力相关的间接碳排放占42%、热电联产热力相关的间接碳排放占8%。按照四个建筑用能分项的碳排放占比分别为：农村住宅23%、公共建筑30%、北方采暖26%、城镇住宅21%。建筑领域的低碳发展对实现我国碳达峰、碳中和目标至关重要。

建环专业取得的科技创新成果

北京工业大学建筑环境与能源应用工程专业（以下简称建环专业）依托国家级实验教学示范中心、国家级虚拟仿真实训中心、绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室及国际合作基地等高水平学科专业平台，已建设成为国内建环专业高素质、高层次人才培养和科技创新的重要基地，2020年获批国家级一流本科专业建设点。在我国绿色建筑技术大师、中国工程院院士刘加平指导下，已形成一支结构合理、基础扎实、优势互补的高水平师资队伍，在绿色低碳建筑环境营造及可再生能源利用方面取得了丰硕的成果。

1.“两步式”（半集中式）节能型供热新模式。我国北方地区已经成为世界上热网最普及的区域。截至 2016年，我国北方城镇建筑供热面积已经达到 141 亿㎡，其中集中供热面积约为91.4 亿㎡，占比接近 80%，而且每年以13%的速率增加，建筑供暖能耗巨大。研究团队提出的适宜不同气候区和经济发展水平的“两步式”（半集中式）节能型供热新模式，将为我国北方城镇大幅度降低建筑供暖用能，提供新的低碳供暖理念和途径。

2.基于具有自主知识产权的微热管阵列太阳能光伏光热利用技术、设备技术及系统集成与智慧管理系统，在清洁能源（太阳能、空气源、地热能、水源能等）多能互补、电热冷协同储能、智慧供能、工业节能、以及新能源汽车电池热管理等领域，实现了产业化落地。

3.基于具有自主知识产权的高性能GH-20水泥基复合相变蓄热材料技术、多曲面聚光双集热管槽式太阳能空气集热装置制备技术、绿色低能耗建筑热工设计关键技术，形成了一套适合我国北方地区日光温室高性能建筑热工设计、低成本建造、光热湿环境节能控制的原则与方法，实现了技术工程应用示范，为我国脱贫攻坚战与乡村振兴有机衔接提供了重要的科技创新技术与装备支撑。