湖南省宏觀建筑運行能耗CO2排放的測度與分析

湖南省宏觀建筑運行能耗CO2排放的測度與分析

一引言隨著城鄉(xiāng)居民生活水平的逐步提高，湖南省作為典型夏熱冬冷地區(qū)，其采用空調(diào)等電器來改善建筑熱環(huán)境的居民也日漸增加，因而建筑運行能耗與碳排放也隨之越來越高。根據(jù)統(tǒng)計測算，2018年湖南民用建筑運行能耗CO2排放高達10403萬噸，其中公共建筑達4644萬噸，占民用建筑總運行能耗CO2排放量的44.6%；另外，戶均電能消費也已遠(yuǎn)超家居照明、娛樂等方面的電能消費，2018年民用建筑電耗CO2排放高達7450萬噸，其中公共建筑達2879萬噸，占比達38.6%，由此可見，建筑運行能耗CO2排放的體量巨大。目前國外對建筑業(yè)能耗與碳排放的研究相對成熟，也更為深入和透徹。而中國對碳排放足跡的計算起步較國外晚[1]，在評價系統(tǒng)、評價方法和低碳建筑評級標(biāo)準(zhǔn)等方面仍有待提高和完善。縱觀國內(nèi)外對建筑業(yè)的現(xiàn)有研究，發(fā)現(xiàn)與建筑運行能耗碳排放相關(guān)的研究集中表現(xiàn)在以下四個方面。（一）計算建筑碳排放的方法計算方法主要分為三類：質(zhì)量平衡法、實測法與基于宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)分拆的碳排放系數(shù)法[2]。這三種方法各有利弊，使用尺度和側(cè)重點也各不相同：其中前兩者需比較完備的能耗分項統(tǒng)計系統(tǒng)和管理水平，從而確保建筑能耗碳排放情況的真實完整及準(zhǔn)確性，但統(tǒng)計工作量大，收集數(shù)據(jù)有困難，且因不同使用者的用能習(xí)慣不同，結(jié)果有主觀差異[3]；而后者其簡單快捷性應(yīng)用較廣，不過需要較為詳細(xì)的宏觀能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)。（二）建筑碳排放計算模型的構(gòu)建與應(yīng)用[4]對計算碳排放的LCA方法進行適用性研究表明：目前LCA方法對建筑LCA的劃分存在一定差異，且他們所含的計算方法也不太相同；從建筑領(lǐng)域基于LCA的碳足跡核算方法來看，按數(shù)學(xué)模型不同可分為兩類：以過程分析法為基礎(chǔ)發(fā)展而來的過程生命周期評價法（PB-LCA）和以投入產(chǎn)出法為基礎(chǔ)發(fā)展而來的經(jīng)濟投入產(chǎn)出生命周期評價法（EIO-LCA）[5]。（三）建筑碳排放的影響因子分析[6]建筑碳排放的影響因素有：氣候、人口、家庭人均收入、人均住房面積及城市空間形態(tài)是否緊湊[7]等。尤因和榮芳通過對美國城市的實證研究指出，緊湊型城市空間形態(tài)對住宅能耗碳排放有著極為明顯的影響[8]。綜上所述，前人主要是針對建筑業(yè)碳排放全生命周期的整個系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈影響下的建筑碳排放量研究，但對建筑全生命周期和碳排放計算范圍的劃分不太一樣[9]，并且具體研究建筑業(yè)各階段的碳排放量及其影響因素的較少。此外，雖有許多文獻開始基于我國單體建筑或是區(qū)域建筑進行了建筑能耗和二氧化碳排放量的分析核算，但是對建筑物全生命周期內(nèi)各個階段的計算邊界及計算方法仍未建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尚無法對建筑物碳排放進行標(biāo)準(zhǔn)的量化評估[10]。建筑能耗與碳排放的系統(tǒng)計量，針對的是目前建筑業(yè)減排測量方法的不完整性問題，只計算了部分指標(biāo)[11]，所以國內(nèi)外都無法對建筑能耗和碳排放量進行統(tǒng)一、全面的計量。并且由于地理環(huán)境和社會經(jīng)濟因素的差異性，例如氣候[12]、地區(qū)能源結(jié)構(gòu)等，對地區(qū)建筑業(yè)能耗和CO2排放量產(chǎn)生的影響極大。建筑運行階段是建筑全生命周期的主要階段，大多數(shù)學(xué)者[13]認(rèn)為，在建筑物的全生命周期中，運營階段的CO2排放量占60%～80%。就碳源而言，建筑運行階段采暖、空調(diào)、通風(fēng)、照明、熱水供應(yīng)及電器等是主要來源，其中，采暖和空調(diào)產(chǎn)生的能耗占65%，為主要構(gòu)成部分，熱水供應(yīng)占15%，電氣設(shè)備占14%，其余占6%[14]。建立一套完整并結(jié)合區(qū)域特點的建筑能耗和CO2排放實時更新數(shù)據(jù)庫，顯得尤為重要。因此，本文以湖南省為對象，運用基于宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)分拆的碳排放系數(shù)法，測算和分析1995～2018年湖南建筑運行能耗碳排放量和能耗結(jié)構(gòu)，以期為湖南省建筑運營的節(jié)能減碳提供數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)建議。二研究方法與數(shù)據(jù)來源（一）研究方法基于宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)分拆的碳排放系數(shù)法的技術(shù)路線為：在《中國能源統(tǒng)計年鑒》及《湖南統(tǒng)計年鑒》中，建筑能耗主要包含交通運輸倉儲和郵政業(yè)、批發(fā)零售與住宿餐飲業(yè)、其他類（包括辦公、學(xué)校及事業(yè)單位）及生活消費除油品類外的能源消耗。在保證研究數(shù)據(jù)的可得性和準(zhǔn)確性的前提下，本研究只計算民用建筑運行過程中的能耗。民用建筑主要包括公共建筑和居住建筑。每類建筑能耗又由電耗和熱耗組成。上述兩類建筑的能耗構(gòu)成及數(shù)據(jù)來源如下[15]。（1）公共建筑電耗：歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》中湖南省能源平衡表或《湖南統(tǒng)計年鑒》中的分行業(yè)能耗：①交通運輸、倉儲和郵政業(yè)消耗的電力+②批發(fā)零售業(yè)和住宿餐飲業(yè)消耗的電力+③其他（包括辦公、學(xué)校及事業(yè)單位）消耗的電力。（2）公共建筑熱耗：歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》中湖南省能源平衡表或《湖南統(tǒng)計年鑒》中的分行業(yè)能耗：①交通運輸、倉儲和郵政業(yè)消耗的原煤、型煤、液化石油氣、天然氣和熱力+批發(fā)零售業(yè)和住宿餐飲業(yè)消耗的原煤、型煤、液化石油氣、天然氣和熱力+③其他（包括辦公、學(xué)校及事業(yè)單位）消耗的原煤、型煤、液化石油氣、天然氣和熱力。（3）居住建筑電耗：歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》中湖南省能源平衡表或《湖南統(tǒng)計年鑒》中的生活消耗電力。（4）居住建筑熱耗：歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》中湖南省能源平衡表或《湖南統(tǒng)計年鑒》中的生活消耗原煤、型煤、液化石油氣、天然氣和熱力。本研究采用IPCC（IntergovernmentalPanelonClimateChange）溫室氣體排放清單指南中的方法[16]，測算湖南省建筑運行能耗CO2排放量：式中：C為建筑能耗產(chǎn)生的CO2總量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）。i為能耗類型。Fi為i類能源的終端消費量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）。ai為i類能源的排放系數(shù)（以噸計算）。（二）數(shù)據(jù)來源1995～2010年的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于相應(yīng)年份《中國能源統(tǒng)計年鑒》中的湖南省能源平衡表，2011～2018年則來源于相應(yīng)年份《湖南統(tǒng)計年鑒》。文中所采用的各種燃料平均熱值折算成標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)，則來自《中國能源統(tǒng)計年鑒2018》。三結(jié)果分析（一）建筑運行能耗CO2排放量的時序變化分析1.總建筑運行CO2排放量的變化如圖1所示，1995～2018年湖南省建筑運行CO2排放量整體呈上升趨勢，年均增長率為6.94%。1995～2001年CO2排放量呈緩慢式波動下降；2001～2004年CO2排放量又緩慢上升，2004～2009年CO2排放量急劇上升，從2168.65萬噸上升到5997.68萬噸，年均增速為22.56%；2010年CO2排放量驟降到4440.05萬噸，主要由于原煤和型煤消耗量的銳減；2010～2018年，CO2排放量又呈現(xiàn)快速上升之勢，2018年達最高值10402.95萬噸，年均增速為11.23%。圖11995～2018年建筑運行能耗CO2排放量2.公共建筑CO2排放變化分析由表1可知，1995～2018年，湖南省公共建筑CO2排放量呈波動式緩慢上升之勢，年均增長率為12.15%，具體分為以下幾個階段：1995～2009年CO2排放量逐漸上升，排放總量處于281.24萬～2419.51萬噸；2001年CO2排放量突然下降為281.24萬噸，主要是由于原煤消耗量減少和其他消耗的電力為0，該年CO2排放量占建筑運行CO2排放量的18.33%；2005年CO2排放量驟增到1392.52萬噸，是2004年CO2排放量的1.96倍，主要由于批發(fā)零售業(yè)和住宿餐飲業(yè)消耗的原煤急劇增加；從2005～2009年，CO2排放量才開始緩慢上升，年均增長率為14.81%；2010年CO2排放量突然下降為1895.39萬噸，2010～2018年排放量持續(xù)上升，年均增長率為11.85%，2018年公共建筑運行CO2排放量達最大值4643.87萬噸。表11995～2018年湖南省公共、居住建筑運行能耗CO2排放量年份公共建筑碳排放量（萬噸）居住建筑碳排放量（萬噸）1995332.181890.481996336.292096.771997334.341702.171998361.051804.571999345.891322.742000418.281202.982001281.241253.242002465.281305.842003523.991526.772004711.651457.0020051392.521873.0420061434.662782.2420071627.463060.4920082119.883318.9220092419.513578.1620101895.392544.6620112100.873089.2420122318.983433.0820132651.373953.3920143380.574294.9120153688.224699.1920164100.795101.0320174616.375419.4120184643.875759.08|Excel下載表11995～2018年湖南省公共、居住建筑運行能耗CO2排放量3.居住建筑CO2排放變化分析由表1可知，1995～2018年，湖南省居住建筑CO2排放呈波動式上升，年均增長率為4.96%，具體也可分為以下幾個階段：1995～2000年居住建筑CO2排放量緩慢下降，2000年CO2排放量達到最低值1202.98萬噸，但還占到當(dāng)年建筑運行CO2排放量的74.20%，主要由于原煤消耗量減少；從2001～2018年，CO2排放量開始緩慢上升，年均增長率9.39%；2010年CO2排放量突然急劇下降，CO2排放量僅為2544.66萬噸，主要是由于原煤消耗量下降，2018年CO2排放量達到最大值5759.08萬噸。4.公共與居住建筑的CO2排放占比變化分析如圖2所示，在湖南省建筑運行能耗總CO2排放量中，居住建筑CO2排放量占比明顯高于公共建筑CO2排放占比，但前者占比在逐年下降，而后者卻反之。1995～2018年，居住建筑CO2排放量占比總體呈現(xiàn)波動式下降之勢，從85.05%下降到55.36%；而公共建筑CO2排放量占比在逐漸增加，從14.95%上升到44.64%。圖21995～2018年公共、居住建筑的CO2排放比重2005年公共建筑CO2排放比重達到第一個高點42.64%，也主要是由于原煤消耗量的增加。2017年的公共建筑CO2排放比重達到最高點46.00%，2018年則略微下滑；與之相對應(yīng)，2005年居住建筑碳排放比重達到第一個低點57.36%，2017年居住建筑CO2排放比重達到最低點54.00%，主要由于公共建筑能耗增速較快，居住建筑能耗增長緩慢，而2018年居住建筑CO2排放比重出現(xiàn)小幅上升。（二）建筑運行能源消費結(jié)構(gòu)的時序變化分析1.建筑運行總能耗結(jié)構(gòu)的變化如圖3所示，將湖南省建筑運行總能耗分成煤炭、石油、天然氣、熱力電力四大類型。1995～2018年，建筑運行能耗中煤炭占比最大，但整體呈波動下降趨勢，具體可分為以下兩個階段：1995～2012年，煤炭比重緩慢下降，1995年比重最大，為96.68%，2012年煤炭比重達到最低值72.16%；2012～2018年，煤炭比重呈波動式上升之勢，2018年比2012年增加7.21個百分點。圖31995～2018年湖南省建筑運行能耗的結(jié)構(gòu)變化1995～2018年建筑運行能耗中石油比重占第二位，與煤炭類相反，整體上卻呈波動上升趨勢，年均增長率為7.91%；1995～2012年，石油比重在逐漸上升，2012年比重達到最大值17.21%；2013～2016年，石油比重小幅逐年遞減，2016年比重僅為10.35%；2018年又增加到了12.75%。建筑運行能耗中天然氣、熱力電力能耗的占比一直較少。1995～2018年，天然氣消耗比重在0.17%～2.20%波動，熱力電力則處于1.11%～8.83%。2.公共與居住建筑的能耗占比變化由表2可知，1995～2018年，湖南省建筑運行能耗中，居住建筑能耗占比高于公共建筑，但差距卻在不斷減小；2014年以來，公共建筑能耗已反超居住建筑能耗。1995～2018年，公共建筑能耗比重及能耗量總體呈現(xiàn)波動式上升，能耗量年均增長率達12.39%，具體可分為以下幾個階段：1995～2004年，公共建筑能耗比重上升緩慢，年均增長率僅為6.62%；2005年公共建筑能耗比重由2004年的13.72%暴增到49.50%，能耗量由35.84萬噸劇增到281.99萬噸，主要是由于煤炭消耗量由2004年的25.14萬噸激增到2005年的246.78萬噸；2006～2018年，公共建筑能耗量得到控制，年均增長率為8.38%，增速雖在趨緩，但仍高于1995～2004年的6.62%。表21995～2018年湖南省公共、居住建筑年能耗量及比重單位：%年份公共建筑能耗公共建筑能耗占比居住建筑能耗居住建筑能耗占比199549.037.71587.0492.29199653.457.75635.9592.25199743.998.64465.2691.36199845.248.28500.9991.72199927.357.93317.7292.07200026.178.95266.0991.05200125.998.93264.9991.07200222.618.07257.5591.93200331.9810.87262.1489.13200435.8413.72225.3686.282005281.9949.50287.7250.502006274.3842.30374.2457.702007291.0442.41395.2057.592008411.7148.85431.1751.152009456.3553.15402.2846.852010262.8758.21368.0041.792011261.7946.79297.7753.212012290.4248.01314.5051.992013339.1049.88358.2850.122014536.4257.33399.2142.672015577.7152.06532.0547.942016629.7957.81483.2742.192017732.0659.53497.7540.472018720.3657.18539.5442.82|Excel下載表21995～2018年湖南省公共、居住建筑年能耗量及比重與公共建筑相對應(yīng)的是，1995～2018年，居住建筑能耗比重總體卻呈波動式下降之勢，具體可分為以下幾個階段：1995～2004年，居住建筑能耗比重下降緩慢，年均下降率為0.74%；2005年居住建筑能耗比重由2004年的86.28%驟跌到50.50%；2006～2018年，居住建筑能耗比重出現(xiàn)波動式下降之勢。而居住建筑能耗量從1995～2004年波動式下降，2004年達到最低值225.36萬噸；2005～2018年，居住建筑能耗量呈波動上升之勢，年均增長率僅為6.27%，主要由于每年煤炭消耗量變化較小。3.公共建筑能耗結(jié)構(gòu)的變化如圖4所示，1995～2018年，湖南省公共建筑能耗以煤炭為主，具體可分為兩個階段：1995～2004年，煤炭消耗比重緩慢減少，2004年煤炭消耗比重達到最低值70.16%；2005～2018年，煤炭消耗量有所波動，消耗比重處于77.06%～95.01%。圖41995～2018年湖南省公共建筑能耗結(jié)構(gòu)石油在公共建筑能耗結(jié)構(gòu)中的占比較小。1995～2003年，石油能耗比重在0.13%～0.72%；2004～2018年，石油能耗比重在1.68%～13.85%波動。1995～2018年天然氣消耗量極少。1995～2004年，天然氣消耗量為0；2005～2018年，天然氣消耗量在0.36萬～9.98萬噸波動。1995～2004年，熱力電力消耗量比重不斷增加；2004年達到最大值20.71%；2005～2018年，熱力電力能耗比重變化緩慢，熱力電力能耗比重在2.65%～6.57%波動。4.居住建筑能耗結(jié)構(gòu)的變化如圖5所示，1995～2018年，湖南省居住建筑年能耗中煤炭占比最大，其次是石油，熱力電力，天然氣消耗較少。1995～2018年，居住建筑能耗中煤炭消耗量和煤炭能耗比重呈現(xiàn)波動下降趨勢，具體可分為以下兩個階段：1995～2010年，煤炭消耗比重下降緩慢，年均下降率為1.40%；2011～2018年，煤炭比重在67.64%～75.59%微小變動，2012年，煤炭比重達到最小值67.64%。圖51995～2018年湖南省居住建筑能耗結(jié)構(gòu)石油消耗比重在1995～2008年緩慢上升；2009年，石油比重由2008年的12.64%下降為7.99%；2010～2018年，石油比重波動上升，處于14.04%～20.30%。天然氣消耗甚微，1995～2004年，天然氣消耗為0，2005～2018年，天然氣比重在0.14%～1.91%波動。1995～2018年，熱力電力的消耗比重一直呈波動上升之勢，整體在0.70%～10.15%變動，年均增長率為12.16%。四結(jié)論與討論及建議（一）結(jié)論本文基于碳排放系數(shù)法測算了湖南省1995～2018年的建筑運行能耗CO2排放量及其能耗結(jié)構(gòu)，結(jié)論如下。（1）湖南省宏觀建筑整體、公共建筑和居住建筑運行能耗CO2排放量整體均呈上升趨勢。其中公共