碳中和攻略：在打造建筑环境的同时实现净零碳

无锡市低碳研究院
2015 年《巴黎协定》的签署代表了对全球气候紧急情况性质的认识和理解的决定性转变。具有里程碑意义的协议旨在将本世纪的全球气温上升限制在 2°C 以下（最好是 1.5°C）。 在英国，政府为自己设定了一个广为人知的、具有法律约束力的目标，即到 2050 年实现净零碳排放。 我国的目标是在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。

建筑环境占社会排放量的越 50%，这就是为什么人们如此关注建筑业如何为 2060 年碳中和目标做出贡献的原因。该行业的进展将取决于一系列因素，从建筑法规到消费者需求。

如何定义建筑中的净零 ？

对于实现净零的建设项目，首先重要的是要定义这意味着什么。根据英国绿色建筑委员会 (UKGBC) 将建筑物整个生命周期内的净零碳定义为“与建筑物在建筑物生命周期（包括其处置）内的体现和运营碳影响相关的碳排放量为零”或否定”。

从技术上讲，一个项目可以忽略隐含碳并被视为净零，如果它只是解决建筑运营碳的问题。这是一个比 UKGBC 的解释更狭隘的定义，但可以根据项目的具体情况证明其合理性。 如果减少排放和限制气候变化影响的长期目标要取得成功，建筑全生命周期碳评估就必须成为常态。

运营碳

建筑物需要能量来运行。运营碳是指与提供这种能源相关的排放，分为两类：

CO2排放受管制和不受管制的能源使用

受监管的排放通过国家建筑法规中的合规计算来解决。标准评估程序 (SAP) 或简化的建筑能源模型 (SBEM) 计算——分别适用于住宅和非住宅建筑——需要输入空间供暖和制冷、热水、通风系统和固定照明。所有这些所需的能源都是建筑物受管制排放的一部分。

不受管制的排放来自建筑用户的活动，不计入合规计算。烹饪、电器和插头插座负载都是不受管制的排放的一部分。

实现净零运营碳

英国的零碳住宅目标原定于 2016 年推出，但作为其减少监管目标的一部分被大卫卡梅伦政府取消。该政策旨在仅解决受监管的排放问题，提出了一种三管齐下的方法，其中包括以下内容：

由于关于碳补偿的持续辩论，可允许的解决方案曾经是——而且在很大程度上仍然是——一个相对有争议的措施。任何无法通过建筑结构和可再生能源经济有效地消除的排放都可以通过远程措施减少或抵消。

最终用途的国内二氧化碳排放量

计算抵消排放量是一项艰巨的任务，因为在英国建造一座建筑物，例如为乌干达的一个家庭提供炉灶是无法直接比较的。这两种活动都有更广泛的社会影响，不一定通过简单地用一个数字来抵消另一个数字来解决。 无可争辩的是，高效的建筑结构——或者通常描述的结构优先的方法——是任何净零战略的基础。

在新建住宅建筑中，仅空间供暖通常占国内碳排放量的一半左右。通过低 U 值、良好的热桥细节和气密的建筑结构，以及控制通风以确保充足的新鲜空气，可以大幅减少空间供暖需求。因此，需要较少的可再生技术来减少其余的受管制排放。

太阳能光伏发电 (PV) 现在代表了一种更具成本效益的方式来计算建筑结构未解决的受管制排放，从而使可允许的解决方案不再是受管制排放的问题。

减少不受管制的排放以实现“真正的”净零运营碳

国家电 的脱碳在减少英国碳排放方面取得了很大进展。 随着时间的推移，这将意味着不受管制的排放变得不那么重要。随着燃气锅炉的逐步淘汰和烹饪变为全电，零碳电 将满足所有不受监管的能源需求，这意味着它们将不会产生碳成本。

鉴于入住率和不受管制的排放量在建筑物的整个生命周期内会有所不同，因此设计建筑物以解决这些因素是一门不精确的科学。至少，它冒着昂贵的建筑织物或可再生能源规格过高的风险。

因此，可以通过电 脱碳来处理不受管制的排放。更重要的是解决受监管的排放，纳入光伏发电，并考虑未来电池存储技术的潜力，这可以帮助面向未来的家庭。

建筑材料的隐含碳

可以为任何制造的东西计算隐含碳，但该术语在建筑中尤为普遍。建造新建筑对原材料的需求，加上建筑环境对整体碳排放的贡献，意味着人们特别关注建筑产品的整个生命周期。

这包括从建筑材料的生产和运输产生的排放，到施工期间的现场过程以及建筑物的最终运营。它还可以包括在建筑物使用寿命结束时如何重复使用、回收或拆除组件。

生命周期分析是用于准确捕获和解释所有这些不同过程以及与之相关的碳排放的方法。

遵循 BS EN 15804:2012 + A2:2019 –“建筑工程的可持续性”中规定的标准化程序。环保产品声明。建筑产品产品类别的核心规则”——可以确定单个建筑产品的隐含碳，进而确定整个建筑的隐含碳。

使用生命周期分析评估隐含碳

使用 BS EN 15804，建筑产品制造商可以为其制造的产品发布环境产品声明 (EPD)。EPD 具有跨越标准为生命周期分析目的而确定的四个不同构建阶段中的部分或全部的声明。每个阶段都有几个模块。

产品阶段：

施工过程阶段：

前两个阶段一起涵盖了直到建筑物实际完成的所有内容。

使用阶段：

废阶段：

这四个阶段的模块范围证明了对建筑材料进行整体观察的重要性。例如，一种通常被认为是可持续的但已在世界各地运输的材料可能比一种被认为不太可持续但不必运输那么远的材料含有更多的隐含碳。

与生命周期分析相关的 4 个不同的施工阶段

它还证明了不仅要考虑材料如何帮助建筑物发挥作用的重要性。 例如，与另一种保温材料相比，一种保温材料可能有助于建筑物在其生命周期内使用的能源略少。但是，如果第一种材料的隐含碳显着高于第二种材料，那么建筑物运营碳的任何节省都是无关紧要的。

减少隐含碳的第一步是提出问题。需要建筑吗？如果是这样，它是否需要用原材料建造？是否可以通过调整已经存在的资产（因此已经计算了碳成本）来满足需求？

减少建筑物的隐含碳

生命周期分析包括最后一个模块 D，称为“超出系统边界的收益和负载”。它涉及再利用、回收或再循环的潜力。在产品可以重复使用、回收或再循环的情况下，它会减少为产品在其生命周期的其余部分计算的碳总量。

在计算建筑物的隐含碳时，从一开始就确定评估范围很重要。这就是“从摇篮到大门”和“从摇篮到坟墓”等术语出现的地方。

从摇篮到大门仅涵盖模块 A1 到 A3（产品阶段）。与此同时，从 A1 模块到 C4 模块，从摇篮到坟墓跨越了所有四个阶段。

在减少产品对环境的影响以发展循环经济时，“从摇篮到摇篮”的说法越来越普遍。如果产品可以从不再需要的建筑物中取出然后再利用，则模块 A1 到 A3 之间不需要考虑碳排放。

迄今为止，从摇篮到摇篮仍然比较罕见。有必要挑战供应链，为建筑产品和材料提供更全面的生命周期分析。

如果制造商和分销商别无选择，只能解决这个问题，那么做出更好的规格选择将变得更容易，以显着减少隐含碳以及净零运营碳。

选择法规和标准来证明净零碳

减少任何建筑项目的碳排放意味着查看与建筑物使用相关的运营碳（包括受管制和不受管制的排放），以及在建筑物的整个生命周期中使用的材料和产品的隐含碳。

如果项目旨在实现净零排放，则重点应放在减少运营碳和受监管的排放上。我们在电力供应脱碳方面取得的进展意味着不受管制的排放量将及时变为净零。

就是否有可能实现净零而言，隐含碳是一个更复杂的问题。

定义净零隐含碳很简单。根据提高全生命周期碳评估和 告的一致性（由全生命周期碳 络、LETI 和 RIBA 于 2021 年 5 月发布），它是“资产生命周期内温室气体排放和清除的总和（模块 A1- A5、B1-B5、C1-C4) 被最小化，满足当地的碳目标，并且额外的“抵消”等于零”。

确认或测量圆的起点和终点要困难得多。碳循环可以在不同的时间点开始和结束；缺乏信息和 告是将这一定义正确应用于建筑环境的最大障碍。

建筑法规

无论意图如何，建筑物都必须证明符合国家建筑法规。英国的不同国家都采取略有不同的方法来达到大致相同的目的。这涉及达到规定的碳排放阈值。

对于家用建筑，这意味着使用 SAP 计算来评估合规性。拟建的建筑物在 SAP 中针对名义建筑物进行建模，其性能必须匹配或提高以满足法规要求。

作为一种合规工具，SAP 旨在提供一组特定的输出。其广泛的意图是允许通过 EPC 对不同地点的不同住宅进行比较。然而，业内许多人将其用作设计工具。

例如，以 SAP 设定的目标排放率 (TER) 为目标，然后以实现比 TER 减少 100% 的住宅排放率 (DER) 为目标，可以证明建筑物可以实现净零排放。受管制的碳。这是在下一节中描述的一个案例研究中采用的方法。

太阳能电池板现在是一种更具成本效益的方式来计算建筑结构未解决的受管制排放量。

国家建筑法规和 SAP 在将预测性能转化为实际性能方面往往步履蹒跚。这是在建设中已经讨论了很长时间并且仍然是一个问题的性能差距。

建筑物的实际能源使用和碳排放量可能高达设计阶段估计的 2.5 倍，有时甚至更多。该数字与现有的性能水平进行比较，而不是与净零规格进行比较。

新住宅的 L 2021 部分规定了解决性能差距的措施。新规定要求现场照片作为已安装设备的证据，尽管这一要求的有效性存在疑问；要达到建筑物所需的性能水平，现场实践还有很长的路要走。

自愿建筑标准：性能和舒适度

存在各种自愿性标准和指南，以帮助引导项目走上超越国家建筑法规最低标准的道路。

可以说，最著名的自愿标准是 Passivhaus 标准。尽管它的名字，它可以应用于住宅和非住宅建筑，并寻求实现非常低的能源使用水平和高水平的舒适度。它通过几种方法做到这一点，包括：

研究经常表明，Passivhaus 建筑物的性能水平与其模型性能更接近。 与传统建造的住宅相比，按照 Passivhaus 标准建造的房产可以减少约 50% 的能源需求。这是交付净零运营住宅的绝佳起点，但并不代表到达那里的完整途径。

考虑到这一点，另外两个标准 Passivhaus Plus 和 Passivhaus Premium 已经制定出来，其中包括现场生成可再生能源以帮助项目实现零碳目标，这也许并不奇怪。但是，它们并没有被明确宣传为通往净零的途径。

通过非监管计划解决隐含碳

尽管不是专门针对净零，但 Passivhaus 标准的所有三种变体都代表了一种认证形式。如果建筑物符合标准的要求，它可以被更广泛的行业认可为达到一定的性能水平，然后也可以添加到认证项目的数据库中。

建筑业存在一系列非监管（自愿）标准；有些是认证形式，有些只是指导。了解一些现有标准以及它们如何与净零和隐含碳主题相关是有帮助的。

在英国，BREEAM 可以说是最知名的新建筑（尤其是非住宅建筑）认证计划。BREEAM 对可持续性有着广泛的看法，建筑的能源性能只是性能的一个领域（尽管是一个重要的领域）。

相比之下，LETI 制定了气候应急设计指南，该指南根据建筑类型设定了运营能源目标以及最大限度减少隐含碳的目标。它提供建筑结构规格和设计建议，并建议应针对哪些生命周期分析领域来实现最大的隐含碳节省。

虽然这些只是指导，但英国建筑业越来越多地采用 LETI 的目标。 美国能源与环境设计领导力标准 (LEED) 在整个建筑的广泛可持续性方面与 BREEAM 有相似之处，而德国绿色建筑委员会已发布 DGNB (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen) 正气候标准，其中运营每年都会评估碳平衡，并根据可再生能源在其生命周期内的贡献来检查建筑物施工中使用的材料的隐含碳。