2021中国商业建筑碳中和实施路径研究报告.pdf

2021中国商业建筑碳中和实施路径研究报告亿欧智库 https:/ reserved to EqualOcean Intelligence, August 2021相关概念阐述u 概念阐述 商业建筑（Commercial buildings）：供人们从事各类经营活动的建筑物，其中包括各类日常用品和生产资料的零售商店、商场、批发市场；金融、证券等行业的交易场所及供经营管理业务活动的商务办公楼；各类服务业建筑，如旅馆、餐馆、文娱设施、会所等。若以建筑形式划分，可划分为独立型（单体）商业建筑、复合型商业建筑（兼备商业、住宅、酒店、写字楼等功能空间）与商住楼（兼备商业与住宅功能）。本报告内商业建筑范围主要由独立型商业建筑与复合型商业建筑组成。 低碳（Low carbon）：实现较低/更低的温室气体排放。本报告内低碳主要指通过应用源头减量、节能减排、能源替代、回收利用等低碳技术减少商业建筑的碳排放。 负碳（Carbon negative）：利用碳汇（植树造林）或负碳技术来吸收、捕捉、封存和利用人类生产生活活动所产生的碳排放，减少大气中二氧化碳的含量。本报告内负碳主要指现在或将来可应用在商业建筑的负碳技术。商业建筑“碳中和”五大实施路径 利用合理规划设计与低碳建材来减少建筑的碳排放 利用碳汇与负碳技术（包含碳捕捉、收集及利用）来减少建筑的碳排放 利用清洁能源与新能源（光能、风能、核能）来减少建筑的碳排放 利用碳汇与负碳技术（包含碳捕捉、收集及利用）来消除建筑的碳排放 建筑垃圾、厨余生活垃圾资源化回收处理来减少建筑的碳排放2. 节能减排3. 能源替代4. 回收利用5. 负碳吸收1. 源头减量 低碳负碳住宅建筑 零售商店、商场、批发商场建筑分类 公共建筑工业建筑商业建筑 旅馆、餐馆、文娱设施、会所商务办公楼 厂房、车间机场、医院、公共厕所、广场社区、别墅、商品房商业建筑范围界定 商业建筑“碳中和”实施路径简介 2研究范围界定与研究方法u 研究范围界定：本报告主要讨论和商业建筑全生命周期相关的低碳技术以及具体实施路径，包含建筑材料生产运输、建筑施工、建筑运行、建筑拆除四个过程，结合五大低碳举措针对不同场景中的可行性商业化应用展开一系列研究与讨论。u 研究方法：本报告采用定性与定量相结合的研究方法，其中定性研究包括案例分析与相关专家访谈，定量研究包括实地调研与指标数据收集。定性研究：通过阅读相关报告、资讯、文章和访谈稿等桌面研究方式基础性了解该行业的发展现状、格局和特点。此外采访代表企业、投资人、行业专家。通过访谈的形式验证与补充案头分析输出。 定量研究：设计相关指标，建立模型，预估低碳商业建筑各细分行业市场规模及发展趋势；采用定量模型来估算商业建筑碳中和五大举措的碳减排量。案例分析 定性研究 定量研究 路径确认 报告输出研究方法 研究对象 数量桌面研究 低碳建筑技术专利、论文 180+深度访谈 房地产商 15绿色建筑相关协会 6相关行业专家 8行业内高级工程师 10+智慧楼宇服务商 21实地调研 低碳商业建筑具体应用技术 53复合型商业建筑用能 6产品体验 智能家电、建筑智慧集成系统、低碳建筑 10 3目录C O N T E N T S 1、中国低碳商业建筑发展背景1.1 中国“碳中和”背景概述1.2 建筑行业发展现状及商业建筑碳减排优势1.3 商业建筑低碳技术应用及碳减排路径详解1.4 商业建筑碳中和实施路径全图谱2、中国商业建筑碳中和实施路径2.1 源头减量2.2 回收利用2.3 能源替代2.4 节能提效2.5 负碳技术3、国内外低碳商业建筑应用案例3.1 国外案例3.2 国内案例4、商业建筑碳交易方案预测1. 中国低碳商业建筑发展背景1.1 中国“碳中和”背景概述巴黎协定下，世界各国就“碳中和”总体目标达成一致u全球共识：气候变化协定巴黎协定于2015年12月12日在巴黎气候变化大会上通过，2016年4月22日在纽约签署。世界各国就二十一世纪中叶实现全球碳中和的伟大目标达成共识。u世界各国应共同承担节能减排的责任与义务，截至2020年底已有100多个国家提出了碳中和承诺，并积极制定碳中和实施规划。中国碳排放总量大，在碳中和道路上起步较晚，计划实现碳中和时间比美国、日本、欧盟等发达国家和地区要晚10年，但是从碳达峰跨越到碳中和的时间间隔很短，只有30年。u巴黎协定内容：本世纪下半叶，全球目标定于将温度上升幅度限制在1.5以内，并逐步实现温室气体净零（Net-Zero Carbon）排放，即碳中和（Carbon Neutral）目标。各国将以自下而上的“国家自主贡献”（INDC）方式参与全球应对气候变化行动，不再进行自上而下式强制性分配。n 碳达峰：某个地区或行业年度二氧化碳排放量达到历史最高值，然后经历平台期进入持续下降的过程，是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点，标志着碳排放与经济发展实现脱钩。 n 碳中和：指一个组织在一年内的二氧化碳（CO2）排放通过二氧化碳去除技术应用达到平衡。美国：于2007年实现碳达峰。拜登政府宣布，美国承诺到2035年，通过向可再生能源过渡实现无碳发电；到2050年，美国实现碳中和。欧盟：欧盟作为一个整体于1990年达到碳达峰，2020年12月11日，欧盟在布鲁塞尔峰会上承诺，到2030年欧盟温室气体排放要比1990年减 少 至 少 55% ，到2050年实现碳中和。 中国：在2020年9月22日召开的联合国大会气候雄心峰会上第一次向国际社会表示中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和。日本：首相菅义伟在2020年10月施政演说时宣布，日本将在2050年实现碳中和。INDC：国家自定贡献预案是各国政府在国际上沟通其在本国应对气候变化所采取的步骤的主要手段。 7n 2020年12月16日-18日，中央经济工作会议中，明确表示“做好碳达峰、碳中和工作”是2021年八项重点工作之一。n 2020年12月20日生态环境部表示抓紧制定2030年前二氧化碳排放达峰行动方案，加快建设碳排放权交易市场。n 2020年12月21日国务院发布新时代的中国能源发展白皮书，指出全面推进能源消费方式变革，构建多元清洁的能源供应体系。n 2021年1月20日国家发改委表示，2021将从六个层面（大力调整能源结构、加快推动产业结构转型、着力提升能源利用效率、加速低碳技术研发推广、健全低碳发展体制机制、努力增加生态碳汇）推动实现碳达峰、碳中和。n 2021年3月16日中央财经委员会第九次会议，习近平在会上发表重要讲话，强调要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。三大经济体明确“碳中和”时间，出台“碳中和”相关政策2020年12月11日，欧盟在布鲁塞尔峰会上就更高减排目标达成一致。n 减排目标：2030年欧盟温室气体净排放量将从此前设立的目标比1990年的水平减排40%，提升到至少55%。n 欧洲绿色协议：新一届欧盟委员会公布“欧洲绿色协议”，提出欧盟将在2050年率先实现“碳中和”的政治承诺。至此，欧盟也将成为世界上最大的明确立法实现碳中和的联盟。n 欧盟组成国成员积极推进碳中和立法：瑞典、法国和丹麦已经明确立法，目标于2045年、2050年、2050年分别实现碳中和，而西班牙将在2050年推进碳中和立法。n 碳中和基金推出：欧委会还联合欧洲投资基金启动了总额为7500万欧元的“蓝色投资基金”，为活跃于蓝色经济中的初创企业、中小企业等提供股权融资，以支持企业研发创新。此外，欧洲还积极推动产业技术革命，如推动汽车电动化进程，在钢铁行业开启技术革命，推进可持续智能交通战略等。n 欧洲在7个战略性领域开展联合行动：包括提高能源效率，发展可再生能源，发展清洁、安全、互联的交通，发展竞争性产业和循环经济，推动基础设施建设和互联互通，发展生物经济和天然碳汇，发展碳捕获和储存技术以解决剩余排放问题。美国提出的美国零碳排放行动计划中提到：n 技术方面：美国计划采用法规与市场激励手段来刺激创新、推广零碳排放技术；在美国联邦制基础上，要求联邦政府与各州及地方政府共同协作、目标一致、互相配合；n 外交方面：美国重新加入巴黎气候协定， 在全球化框架下讨论气候变化与治理问题；优化产业政策，合理并积极利用政府影响力来促进高科技产业和高新技术发展。n 2020年，美国提出了“零碳排放行动计划（ZCAP）”，为后疫情时代稳定国内就业、经济创新与环境协调发展做出了深刻考量。零碳排放行动计划（ZCAP）是一项针对美国国内的战略，它借鉴并扩展了此前两个由联合国主导的可持续发展解决方案网络（SDSN）报告“美国深度脱碳的途径（2014）”和“美国深度脱碳的政策影响（2015）”。ZCAP重点关注以下六个能源生产与消费部门，它们几乎占据了美国二氧化碳排放的全部，包括电力，交通运输，建筑（新建筑能源法规（NECB），工业生产，土地利用，材料。中国在2020年9月22日召开的联合国大会气候雄心峰会上第一次向国际社会表示：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和。 之后表示到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降 65%以上。美国碳排放2007年达峰。拜登政府宣布美国承诺，到2035年，通过向可再生能源过渡实现无碳发电；到2050年，美国实现碳中和。8其他国家051015202530351990 2000 2005 2010 2015 2018 2019中国积极承担“碳中和”责任，加紧制定“碳达峰”行动方案9u 中国积极承担“碳中和”责任：自1990年，中国、印度等发展中国家的历年碳排放量增长较快。中国作为世界上最大、综合实力最强的发展中经济体，积极应对全球气候问题，发挥全球领导作用。但根据二氧化碳累积排放量来看，美国、欧盟、英国等发达经济体仍居世界前列，尤其在第三次工业革命后，二氧化碳排放量激增。因此，碳中和责任需要发达经济体与发展中经济体共同承担。发达经济体率先布局控碳工作，已经能够将每年碳排放量维持在一个稳定水平上。u 为了应对二氧化碳带来的全球性气候问题，中国正抓紧制定2030年前二氧化碳排放达峰行动方案。结合中国“双碳”目标，碳排放治理可划分为三个阶段: 碳排放达峰期（2021年-2030年），加速减排期（2030年-2045年）和深度脱碳期（2045年-2060年）。此次方案计划围绕六个层面：大力调整能源结构，加快推动产业结构转型，着力提升能源利用效率，加速低碳技术研发推广，健全低碳发展体制机制，努力增加生态碳汇，全力推动碳中和实施计划。来源：Emissions Database for Global Atmospheric Research，Global Change Data Lab，亿欧智库中国科技企业碳中和责任研究报告全球二氧化碳历年排放情况（GtCO2eq）与累积排放情况（GtCO2eq） 深度脱碳期（2045年-2060年）加速减排期（2030年-2045年）碳排放达峰期（2021年-2030年）为了应对二氧化碳带来的全球性气候问题，中国正抓紧制定2030年前二氧化碳排放达峰行动方案。碳排放治理三个阶段示意图01 02 030100200300400500600 1840 1880 1950 20191.2 建筑行业发展现状及商业建筑碳减排优势22.34 24.36 26.54 28.00 29.77 32.00 39.38 48.45 48.88 47.90 44.94 46.90 48.27 49.32 0102030405060 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018碳排放总量中国建筑业全生命周期碳排放占比过半，减碳需求急迫u 中国建筑领域碳排放的总量庞大，2018年，建筑行业全生命周期碳排放占全国碳排放总量的51%。u 从整体趋势上来看：2005到2018年以来建筑全过程碳排放量总体呈上升趋势，因此关注建筑行业节能减排对实现中国碳中和目标意义重大。u 从各组成部分来看：建筑全生命周期通常由四个部分组成：建材生产运输，建筑施工，建筑运行和建筑拆除处置。其中，建材生产和建筑运行阶段所占比例较大，分别为28%和22%，施工阶段占1%。u 从各能耗流向来看：大部分由煤、油、天然气、可再生能源组成，其中80%都是化石能源，产生大量的碳排放。2005-2018全国建筑全过程碳排放变动趋势 2018年建筑行业全生命周期碳排放占比2005-2018全国建筑全生命周期碳排放总量年度变化（亿吨）施工阶段1% 建筑 行业 51%其他49% 建材生产阶段碳排放27.2 亿tCO2建筑运行阶段碳排放21.1 亿tCO2建筑施工阶段碳排放1.0 亿tCO22%43%55%占建筑全生命周期比重中国建筑运行能耗总量 中国建筑运行碳排放总量8.99亿吨标煤 19.61亿吨二氧化碳中国建筑运行能耗流向图来源：中国建筑节能协会、清华大学建筑节能研究中心2014-2015年中国制定节能减排低碳发展行动方案，建筑领域碳排放总量下降76%4%14%6% 46%25%29% 17%18%52%13% 11122006 2007 2013 2020住 房 和 城 乡 建 筑 部 颁 布绿色建筑评价标准 绿色建筑评价技术细则（实行）和绿色建筑评价标识管理办法 国务院发布国务院办公厅关于转发发展改革委，住房城乡建设部绿色建筑行动方案的通知提出“十二五”期间完成新建绿色建筑10亿平方米，20%的城镇新建建筑达到绿色建筑标准要求 住建部，发改委等多部门联合发布绿色建筑创建行动方案；到2022年，当年城镇新建建筑中绿色建筑中绿色建筑面积占比达到70%2020发改委联合中国建筑材料会发布推进建筑材料行业碳达峰、碳中和行动倡议书，推进建筑材料行业低碳技术的推广应用，优化工艺技术，研发新型胶凝材料技术、低碳混凝土技术、吸碳技术，以及低碳水泥等低碳建材新产品。建筑材料工业二氧化碳排放核算方法明确建筑材料工业二氧化碳排放分为燃料燃烧过程排放和工业生产过程排放两部分 发改委正在抓紧编制2030年前碳排放达峰行动方案，研究制定电力，钢铁，有色金属，石化化工，建材，建筑，交通等行业和领域碳达峰实施方案，积极谋划绿色低碳科技攻关，碳汇能力巩固提升等保障方案，进一步明确碳达峰，碳中和时间表，路线图，施工图。20211986 2004 2006 2017 2019颁布中国第一部建筑节能标准民用建筑节能设计标准 发改委发布节能中长期专项规划，将建筑节能列入十大中重点节能工程之一 建设部签发建筑节能管理 条 例 （ 征 求 意 见 稿件），首次针对建筑节能进行公开立法 住建部颁布建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划 住建部发布建筑节能与可再生能源利用通用规范节能建筑碳中和建筑绿色建筑u 节能建筑：在保证建筑使用功能和室内环境质量的前提下，降低使用过程中的能源消耗，核心目标是降低建筑能耗。u 绿色建筑：节能、节地、节水、节材与环境保护，注重以人为本，强调建筑的可持续发展。u 碳中和建筑: 核心指标是降低建筑全生命周期碳排放。在绿色建筑的基础上，进一步纳入建材在化学反应中所产生的碳排放量。同时积极推广清洁能源，实现能源替代。u 节能、绿色、碳中和建筑理念在设计、建造、运行等环节中相互依存，相互促进共同完成减碳目标。建筑节能从1986年开始的理论探索阶段发展至现今的全面开展阶段，初步建立了相应的法律法规体制。自2006年颁布绿色建筑评价标准起，建立了中国绿色建筑发展政策思路。在此战略目标下，中国绿色新建建筑面积也已取得初步成绩。2020年中国做出“碳达峰，碳中和”承诺后，发改委也宣布正在抓紧编制建材，建筑领域碳达峰实施方案。节能、绿色、碳中和建筑理念相互依存，相关政策助推建筑低碳转型来源：国家发展和改革委员会、住建部相较于民用住宅，商业建筑成为建筑行业减排切入点13u 商业建筑节能减碳在整体建筑行业达成碳达峰、碳中和的过程中起到重要作用。比较而言，商业建筑市场规模增速高于住宅，在人均面积和竣工价值方面都有更大的发展空间；同时商业建筑单体面积较大，单位面积能耗远高于民用住宅且近年持续增长，节能空间更大；在管控方面，由于商业建筑普遍应用集成化管理系统，存在规模效应。u 根据中国建筑节能协会能耗统计专委会的数据显示，商业建筑碳排放强度远远高于全国及民用住宅强度水平，约是全国强度水平的2.09倍。以2018年的数据为例，商业建筑在建筑面积远低于城镇居建和农村居建的情况下，产生的总能耗和碳排放几乎和城镇居建相同，且高于农村居建。民用住宅与商业住宅差异化比较商业建筑 民用住宅人均面积（m2/cap, 2018年） 与发达国家仍有较大差距 接近德，英，法等发达国家2017-2020竣工价值年复合增长率 3%，高于民用住宅 1%，基本平稳单位面积能耗 强度持续增长 北方城镇供暖能耗下降，除供暖外能耗增长耗能成分分析 空调，照明，电梯，动力等 炊事，热水，家电，采暖商业建筑碳排放强度及因子分析全国商业建筑城镇居建农村居建 30.88 64.6429.0416.922.182.152.39 1.91 碳排放系数（kgCO2/kgce） 碳排放强度（kgCO2/m2）来源：中国建筑节能协会00.511.522.533.544.52005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018商业建筑能耗和碳排放集中在运行阶段，以空调、照明、电梯系统为主，减排潜力大14u 整体来看，由于各类商业建筑终端用能需求的增长，从2005年以来商业建筑能耗持续增长，整体呈上升趋势。u 商业建筑产生的大量能耗和碳排放集中在运行阶段，主要用于维持建筑环境和内部活动的终端设备用能，以2018年为例，商业建筑运行单位面积能耗强度最高，碳排放强度也最高，达到49.7kgCO2/m2。除此以外，商业建筑运行阶段由于空调系统的大量使用，也会导致氢氟碳化物等非CO2温室气体的排放。u 虽然商业建筑包含商场购物中心、酒店餐厅、以及商务办公楼等多种应用场景，但消耗的能源总体以电能为主，主要运用在暖通空调、照明系统、电梯设备方面，能耗组成间存在些许差异，由于对炊事和生活热水等需求量较低，天然气消耗量不高，便于集中管控。u 低碳商业建筑是未来发展主要趋势，运行过程中实现近零能耗是关键。在民用建筑节能设计标准的发布实施下，中国商业建筑节能以1980-1981建筑能耗为标准，发展至基本达成多标准实现节能50%-75%。未来商业楼宇通过运用AI+物联网新型智慧楼宇运营管理平台，将进一步全面实现超低能耗建筑或近零能耗建筑，实现节能90%以上的目标。商业建筑能耗集中在暖通空调、照明系统、电梯设备三个方面，消耗总体电力能源的90%。不同应用场景之间能耗组成比例略有不同。不同商业建筑场景主要能耗组成分析商业建筑2005年-2018年能耗变化（亿tce） 0%20%40%60%80%100% 购物中心 办公楼 酒店照明系统电力消耗 空调系统电力消耗电梯设备电力消耗 天然气消耗来源：清华大学建筑节能研究中心1.3 商业建筑低碳技术应用及碳减排路径详解16低碳技术赋能商业建筑全生命周期商业建筑生命周期技术赋能源头减量回收利用能源替代节能提效 负碳技术 参与主体设计规划 建造准备 施工阶段 运维管理 拆除报废场地勘察工程造价建筑设计工程量统计 建材采购设备采购 楼宇自控日常监测异常管理 房屋拆除废料运输废料处置房屋搭建围护结构生态规划三维立体建模 绿色施工装配式构件BIM 低碳、固碳建材高性能结构体系 装配式建筑被动房 办公、通信、楼宇自动化AI+物联网赋能新型智慧楼宇运营管理平台厨余垃圾建材生产垃圾 回收垃圾建筑垃圾碳捕集、封存、利用技术分布式电网、光伏、风能、地热能、氢能 人工智能、物联网、5G 再生骨料生产、利用固碳技术高性能材料工程师勘察设计单位 原材料供应商设备供应商 施工单位总包/分包商 建筑废料回收商系统供应商物业管理 商业建筑碳中和五大举措 标准计量服务 监测认证服务 绿色金融服务 低碳技术研发配套服务基于商业建筑全生命周期，低碳技术在以下五大阶段进行赋能：u 设计规划：合理运用BIM技术（Building Information Modeling）通过流程化、数字化和参数化的方式实现协同设计，减少各施工单位间的协作成本；同时通过软件和插件应用实现碳排放监测和能耗实时管理。u 建造准备：运用高性能结构体系，积极应用低碳和固碳技术，例如高性能混凝土，保温材料，光伏幕墙等。u 施工阶段：绿色施工。政策推动大力发展装配式建筑及被动房，通过预制装配式构件，或增强建筑气密性，最大化节约材料、人力和资源，缩短工期。u 运营管理：主要受到技术驱动，人工智能、物联网、5G等技术赋能传统楼宇自控系统，进一步提升楼宇系统智能化。实时管控商业楼宇碳排放数据，对能耗以及碳排放进行监测。u 拆除回收：分拣回收废弃建材，生产再生骨料，实现二次利用。低碳商业建筑产业链赋能五大阶段17商业建筑碳中和实施路径详解u 建筑全生命周期碳排放=建筑材料生产运输碳排放+建筑施工碳排放+建筑运行碳排放+建筑拆除碳排放。u 基于对建筑全生命周期碳排放拆解，本报告列举商业建筑碳中和五大举措：源头减量、回收利用、能源替代、节能提效、负碳技术，并结合建筑场景构建实施路径。 节能提效源头减量 回收利用 能源替代 负碳技术40% 50% 60%30% 100%20% 70% 80% 90%0% 10%在建筑施工阶段前通过低碳技术从源头降低商业建筑整体碳排放，具体表现在低碳规划设计、应用高性能结构及低碳建材。 对建筑全生命周期内所产生的垃圾（建材生产垃圾、建筑垃圾、厨余垃圾、回收垃圾）进行分拣回收，生产再生骨料进行二次利用。 以光伏、风能、地热能、氢能实现电力替代传统能源系统，从源头上减少建筑运行过程中耗能所产生的二氧化碳。 运用人工智能、物联网、5G等技术手段赋能传统楼宇自控系统，应用新型智慧楼宇运营管理平台实现通信、办公、楼宇自动化，在建筑运行阶段实现节能提效。 建材生产阶段实现碳中和难度极大，负碳技术成为“兜底”技术。当前负碳技术成本处于高位，随着成本逐步降低将为商业建筑碳中和做出减排贡献。源头减量：u 设计规划：截至2019年，中国工程设计及建筑设计行业规模达到6000亿元，年增速13%。碳中和目标下，生态规划，低碳路径设计，低碳结构优化预计将成为建筑规划设计的发展趋势。u 建材：2020年建材行业总市值达到1.1万亿元，是中国建筑产业下的支柱行业。建材行业转型升级是必然趋势。重点关注高性能钢材、高性能混凝土材料，从原料替代、提高耐久性等特点减少建材端碳排放。能源替代：u 利用光伏、风能、地热能、氢能实现零碳电力是实现碳中和的重要举措。其中光伏技术应用在商业建筑领域应用最为广泛。受利好政策的推动，2020年中国光伏新增装机48.2GW，同比增长60%，创历史第二新高，预计到2035年，光伏总装机量将达到300GW，成为所有电源类型第一位。节能提效：u 建筑运营过程是商业建筑全生命周期碳排放的主要组成部分。新型智慧楼宇运营管理平台全面提升楼宇智能化、自动化水平，对各系统能耗实时监测并提供解决方案。重点关注板块中国商业建筑碳中和实施路径来源：全国勘察设计统计公报、中国产业信息网、Wind、北极星太阳能光伏网1.4 商业建筑碳中和实施路径全图谱源头减量 楼宇自动化系统装配式建筑智慧互联集成平台通讯自动化系统 办公自动化系统智能照明及暖通控制系统回收利用分布式能源风力光伏智能电网能源替代 地球工程科 技 提 效碳捕集封存利用技术服务商碳咨询碳金融科技服务商 负碳技术商业建筑碳中和实施路径全图谱 节能提效 配 套 服 务建材BIM科技提效192. 中国商业建筑碳中和实施路径2.1 源头减量实现商业建筑碳中和要从源头开始，设计规划和建材选择是着力点u 实现商业建筑碳中和要从建筑设计阶段开始融合低碳理念，从楼体设计、建材选择、低碳技术运用三方面落实低碳节能理念。同时，BIM技术的运用可以将建筑设计流程化、数字化、参数化，在节省成本投入的同时加强对碳排放量和能耗的监测管理，提高节能效率。u 设计规划阶段，应充分考虑对建筑结构方案进行低碳优化。不同建筑结构设计导致所需建材品类及建材数量不同，既而影响建筑全生命周期碳排放。水泥、混凝土、钢材为商业建筑使用量最大的建材品类，因此，本报告针对钢材、水泥行业提出减排举措并列举新型混凝土技术。u 装配式和被动式建筑是未来低碳建筑主要发展趋势。装配式建筑通过生产预制构件，并进行组装，有效缩短工期，节约人力、材料等资源，显著降低建筑碳排放。被动式超低能耗建筑通过对自然元素的最大化合理运用，降低能源消耗，减少设备运行阶段碳排放。源头端融合低碳理念 设计规划 建筑结构建筑材料 建筑设计及环境利用建筑材料选择应用低碳节能设计低碳三要素BIM应用装配式和被动式建筑 高性能钢材高性能混凝土低碳水泥 集成化设计协同设计能耗监测分析深化低碳设计 2223商业建筑设计阶段融合低碳“三要素”，打造“BIM+”低碳设计新模式u 在建筑设计阶段就应融合节能低碳理念，进行设计优化，促进建筑整体节能水平提高，从楼体设计、建材选择、低碳技术运用三个方面入手。首先，设计建筑楼体和立面造型时，应考虑到地理位置，自然环境等因素，充分利用光照和通风条件，尽可能减少后续能源需求；其次，在选择建筑材料时，应尽可能使用在力学性能、耐久性和耐腐蚀性方面表现更突出的新型、高性能环保建材；最后，也要考虑到低碳节能技术的应用，比如清洁能源和智能集成系统。u BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型是应用于建筑全生命周期过程的一种信息化技术。通过流程化、数字化和参数化的方式建立、表达和呈现工程模型，以实现指导项目全生命周期历程、优化工程项目资源、提升工程施工效率等目的，打造“BIM+”模式。在商业建筑低碳建设中，通过信息化技术在设计端实现对碳排放的监测管理、数据共享等优化，减少浪费和碳排放。在建筑设计阶段，首先要考虑楼体本身的设计，在满足建筑物力学、美学基础上，合理规划建筑物的高度和楼体间距离，同时结合地理特性，充分利用光照，通风等自然条件因素，提升建筑本身节能水平，减少建筑运行阶段使用空调等电器带来的电力能源消耗。在建筑材料选择时，尽可能使用高性能、节能环保建筑材料，大大减轻环境压力和建筑材料生产时的碳排放量，同时，可回收材料的应用也有助于建筑垃圾的回收应用。结合“双碳”目标，在建筑设计阶段应考虑到清洁能源的应用，比如太阳能，风能，地热能等（包括光伏建筑一体化，地源热泵等），以及建筑的电力系统是否可以脱离城市电网实现独立运行。另一方面考虑布线体系，利用智慧楼宇运营管理平台的运行。建筑设计低碳三要素 集成化设计BIM技术可用于实现集成化设计并且辅助建筑物进行朝向和形体选择，规避各专业交叉交流中出现的问题，提高设计的动态管理水平，大大节省建筑成本。协同设计通过应用BIM技术，可以对建筑信息进行汇总，实现设计段，施工端等全过程施工人员的协同合作。减少因信息传递误差造成的成本浪费。 能耗监测分析可通过相关软件或插件在BIM中的应用，对建筑运行过程进行碳排放量和能耗的监测与管理。强化低碳设计BIM有助于强化建筑低碳节能设计。比如在设计建筑围护结构时，可利用BIM进行能耗分析，比较不同材料性能，提供最优方案。BIM助力商业建筑低碳设计24u 建筑建造期间，主体结构工程是碳排放的主要来源。不同建筑结构设计导致所需建材品类及建材数量不同，进而影响建筑全生命周期碳排放。因此，在设计规划阶段，应充分考虑对建筑结构方案进行优化。u 虽然木结构是实现商业建筑碳中和的最佳结构，但由于国内政策限制、木材成本较高、“三高（高层、高密度、高容积率）”楼宇众多，国内应用范围极小。因此，混凝土结构、钢结构的减碳路径仍是当下关注重点。 对不同结构体系的公共建筑案例进行统计，中国公共建筑（含商业建筑）主要运用框剪、框架和钢结构，主要使用钢材，混凝土等建材品类。02004006008001000120014001600 木 框架 钢 框剪 剪力墙最大值 最小值木结构是天然的固碳结构体系：相较于传统的钢结构、混凝土结构，木结构建筑具有碳存储功能以及木结构废弃物燃烧具有化石能源的替代效应。 当前国外已有商业建筑采用木质结构实现碳中和。 以澳大利亚最大的木材工程商业建筑为例，“25 King”办公综合体，高度为10层，是澳大利亚最高的木结构建筑，混合胶合板和CLT(交叉层压木材），可将碳封存在木结构中。该木制建筑减少了74%的碳排放以及46%的能源消耗。 CLT具有“碳隔离”功能，可将一部分碳储存在木头中。同时CLT具备高结构强度、及良好的保温性能。10cm厚的CLT墙体与1.80m厚的混凝土墙体具备相近程度的保温隔热效果。 不同结构建筑建造阶段主要建材消耗数量结构类型 混凝土/ 钢材/t 胶合木（CLT）/m3木结构 871.95 52.06 1435.31钢结构 583.76 637.83 /混凝土结构 2105.78 265.64 /050010001500200025003000 木结构 钢结构 混凝土结构 以某7层单体建筑为例，测算其木结构、钢结构、混凝土结构所需建材量及碳排放，数据显示传统的钢结构和混凝土结构碳排放远超于木结构排放量。因此本报告将关注高性能材料及技术。 其中框架剪力墙结构的单位面积建材碳排放量相对较大，木结构相较最低。按承重结构划分，公共建筑建材碳排放分布排序情况如下： 剪力墙框剪钢结构框架木结构 不同建筑结构材料的碳排放（t/CO2） 不同结构体系公共建筑建材碳排放分布情况（kg/)设计规划阶段应充分考虑结构优化，混凝土结构、钢结构为关注重点来源：上海市建筑科学研究院、专家访谈整理不同结构体系公共建筑建材碳排放分布情况 不同建筑结构建材消耗量及碳排放25从产量端、技术端切入，为水泥、钢材等主要建材品类提供行业减碳举措u 商业建筑主要运用框剪、框架和钢结构，其中水泥、混凝土和钢材为用量较大的建材品类。2018年中国建筑全生命周期碳排放总量为49.3亿吨，建材生产阶段碳排放27.2亿吨，占全国碳排放比重为28.3%。比较水泥及钢铁工业过程中二氧化碳排放组成： 水泥碳排放主要来源于过程排放，既石灰石氧化所释放的二氧化碳；原料替代及降低水泥熟料系数成为主要减碳措施； 钢铁碳排放主要来源于高温炼钢所释放的二氧化碳。炼钢技术脱碳升级，成为钢铁行业的主要减碳措施。 技术端： 降低水泥的熟料系数：采用替代矿物、工业废弃物、烧结粘土等逐步取代矿渣、粉煤灰等传统矿物。 替代原材料：采用低钙水泥基材料或提高混合材比例，使用脱碳酸原材料是进一步降低CO2排放的关键手段，可利用废弃原材料、其他行业副产品替代石灰石。 替代燃料用量：大力发展水泥窑协同处置项目。对不可回收废弃物、生物质废弃物进行预处理，减少化石燃料使用。 碳捕捉利用及封存(CCUS)：随着CCUS成本逐步降低，展望未来，水泥企业将规模化应用CCUS技术。 例如，海螺集团已建成投运全球水泥行业首个水泥窑碳捕集纯化示范项目。产量端：政策推动加速淘汰落后产能，当前中国水泥消费总需求处于高位平台期已达十年。预计将很快步入平台期末端，中国水泥产销量及熟料消耗量将步入下降通道。技术端： 短流程炼钢的废钢利用率更高，能耗相较长流程炼钢更低，因此“双碳”目标下，短流程钢产量占比将逐步提升。 长流程炼钢工艺持续改进： 1. 炼钢技术提升：超低二氧化碳排放炼钢工艺（ULCOS），包括生物质炼钢、新型直接还原（ULCORED)、新型熔融还原工艺（HISarna）和电解铁矿石工艺（ULCOWIN/ULCOLYSIS）。 2. 余热回收（TRT）：高级干熄焦技术。 3. 碳捕集与封存技术（CCUS）：碳捕集技术将成为钢铁行业实现碳中和的兜底技术，随着CCUS技术成本下降，钢铁企业将规模化应用。产量端：淘汰落后产能，升级生产装备，实现从”小型高炉-转炉”向“大型高炉-转炉”的产能升级。 水泥行业碳排放现状：聚焦建筑材料工业板块（除钢材、木材），2020年，中国水泥产量23.77亿吨，约占全球55%，排放CO2约12.30亿吨，约占全国碳排放总量12.1%。吨水泥、吨水泥熟料CO2排放量分别约为616.6kg、865.8kg，单位碳排放低于其他主要建材品类（石膏板、陶瓷砖等）。由于水泥产品消耗量大，成本较低，原料不易替代，导致碳减排的难度巨大。 钢铁行业碳排放现状：中国2020年钢材产量13.24亿吨，钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15%左右，是制造业门类中碳排放量最大的行业。钢铁行业已明确行业碳目标，2025年前，实现碳排放达峰；到2030年，碳排放量较峰值降低30%，预计实现碳减排量4.2亿吨。 钢材产业减碳举措 水泥产业减碳举措0%20%40%60%80%100% 水泥 钢铁过程排放 机器驱动 煅烧 其他水泥及钢铁工业过程CO2排放组成来源：中国建筑节能协会、湖南省工信厅、公开资料整理发展高性能混凝土为建筑材料新趋势u 在商业建筑建造过程中，以水泥为主要材料的混凝土消耗巨大。为了贯彻低碳环保的理念，高性能混凝土材料成为发展新趋势。u 相较于传统建筑混凝土，高性能混凝土材料具有降低水泥使用量、耐久性强、减少二氧化碳排放量等优势。例如，汉麻混凝土可以用生物纤维等绿色环保材料替代石灰石原料，降低水泥熟料系数；高延性混凝土（HDC）与超高性能混凝土（UHPC）可以通过加入不同新型材料提高混凝土硬度，实现高耐久度。u 此外，在混凝土制造环节，国外科技公司Carbon Cure和Carbicrete专注于二氧化碳固化利用技术，将废弃的二氧化碳转化为矿物形式注入混凝土，一方面减少二氧化碳的排放并提高混凝土的抗压强度，同时还能将制造混凝土所需的水泥量降至最低。u 新型混凝土材料已成为“双碳”目标下的重要发展趋势，但当前国内商业化程度较为有限。国内外高性能混凝土材料产品汉麻混凝土（Hempcrete） 成分混合生物纤维（如大麻）、矿物粘合剂（石灰）和水的复合材料 u 具备良好的固碳和储碳能力，通过植物聚集体替代矿物聚集体u 高度的可透气性，并且能够调节湿度u 抗震性能好，不易开裂u 隔音、隔热、节能，降低能源消耗 屋顶、墙壁或板坯绝缘 u 2017年，美国埃舍尔设计公司(Escher Design)在科罗拉多州丹佛市完成了第一个政府允许使用的工业大麻混凝土结构高延性混凝土（HDC） 混合硅酸盐水泥、粉煤灰、石英砂、矿物掺合料、水、PVE纤维 u 减少钢筋需求量，进一步减少碳排放u 在变形、抗裂、耐损伤和耐久性方面具有明显优势 墙体 u 日本大阪北滨大厦超高性能混凝土（UHPC） 混合硅灰、水泥、减水剂、细骨料及钢纤维等材料 u 超高的耐久性和超高的力学性能 u UHPC材料组分内不包含粗骨料，颗粒粒径一般小于1mm，UHPC抗压强度可达200MPa以上，材料耐久性可达200年以上 屋顶、幕墙、保温墙体等 u 马赛曲办公大楼u 上海青浦摩都里特性 应用 案例 主要国内供应商 拓创远威科技、奥泰立集团、东南材料倍立达、博创达、上海砼创 26来源：CarbonCure Technologies、Carbicrete、公开资料整理等27高效利用自然资源，被动式超低能耗商业建筑从源头实现降本增效u 被动式超低能耗绿色建筑是集高舒适度、低能耗于一体的高效节能建筑。通过优化建筑围护结构，最大限度提高建筑的保温、隔热和气密性能；通过新风系统的高效冷（热）量回收利用，显著降低商业建筑主动采暖、制冷需求；通过有效利用自然采光，降低对主动照明的需求。从源头降低商业建筑运行能耗，从而降低商业建筑全生命周期碳排放。u 由于被动式超低能耗建筑能大幅度降低对外界能源的需求，有明显的节能减排效益，各级政府对被动式低能耗建筑的认可度越来越高，截止到2020年8月已经颁布115项被动式建筑鼓励政策，同时政策的针对性及可实施性也逐年增强。u 被动式低能耗建筑有效促进中国加速完成“双碳”目标，同时也带动了建材产业低碳升级。被动式超低能耗建