論壇丨建筑用能仍需進一步減少化石能源依賴
來源： 時間：2024-08-06 13:57
建筑用能仍需進一步減少化石能源依賴
陳晶盈
建筑是中國能源消耗和碳排放的主要領域之一。我國既有建筑總量大，能耗和碳排放強度高。中國宏觀經濟研究院發布的《中國能源轉型展望2022》報告中，提出了一條在合理成本和可行技術下實現“雙碳”目標的途徑。在該碳中和情景下，建筑和供熱行業都需要加速電氣化。研究表明，建筑領域將主要通過提高分布式和集中供暖的熱泵使用率實現電氣化、減少化石能源消耗，到2035年，建筑供暖的終端能源消費應該基本實現無煤化，并在2060年完全停止直接消耗煤炭和天然氣。盡管其他研究對實現“雙碳”目標的路徑會有所不同，但幾乎可以確定的是，隨著未來建筑能耗的進一步增長，建筑領域需要采取多種措施大幅減少化石能源的直接或間接使用。
近年來，得益于國家與市政的支持和推廣，中國熱泵行業取得了顯著進展。然而，推廣熱泵的應用仍然面臨挑戰，其中高昂的初裝和運營成本是經常被提及的主要障礙，但實際上，從產品的壽命周期來看，熱泵的高效能可以持續降低電費，使得用戶不出幾年便可回收成本。
本文旨在探討如何有效提升居民和商業用戶的供暖水平，在滿足民生需求的同時最大化的降低費用成本。除了安裝高效節能的供暖產品，提高建筑物自身能效，也是非常重要的工作。對于既有建筑，通過加強建筑圍護結構的改造可以減少運行時的能量損失和供暖費用，并在安裝或更換供暖設備時讓用戶可以選擇容量更小、更便宜的熱泵來滿足供暖或制冷需求；對于新建筑，通過超低能耗設計也能實現同樣的效果，進一步降低熱泵初裝和運營成本。若在建筑的整個壽命周期內盡早進行全面的節能改造，則能夠獲得最大的成本節約效果。雖然建筑圍護結構的節能改造已是老生常談，但將其作為熱泵的“外掛”，實現熱泵和圍護結構一體化，能達到1+1>2的效果，豐富政策設計和資源調度。
通過物理“外掛”降低供暖成本
在確保取暖效果、節省費用的同時實現節能環保，技術手段層出不窮。作為取暖設備，熱泵越來越為人們所熟知。熱泵能夠將熱量從空氣、地層，或水體等低位熱源中搬運到室內，每消耗一度電可以搬運3到4度熱能，因此理論上比直熱式電暖器要節省75%的電費，而且相比燃氣供暖效率更高，相比散煤供暖更加安全、環保。
然而，2022年電熱泵在供暖領域總體市場滲透率僅為5.04%。如前文所述，影響其發展空間的主要障礙是大家普遍認為熱泵的初裝和運營費用較高。據業內人士統計，無論是區域大型采暖還是住宅小區和公共建筑改造項目，空氣源熱泵的初裝投資要比電鍋爐采暖高出一倍多。但根據計算，熱泵對比電鍋爐擁有高效運行的優勢，多出的初裝投資能在兩到三年內通過節省的電費收回。然而，還是有用戶反映電熱泵的實際用電量較高，一部分原因可以歸結于為建筑圍護結構的保暖性差導致熱量散失較快，用戶不得不花更多電費以維持供暖需求。
作為物理“外掛”，建筑圍護結構是建筑室內外環境之間的物理屏障。它包括墻壁、屋頂、窗戶、門和其他將內部空間與外部環境分隔開的結構。建筑圍護節能改造可以提高建筑外圍的絕熱性能，減少室內供暖或制冷損失，同時提升空氣質量和舒適性。通常，這些改造包括提升墻體保溫、更換節能門窗和改善建筑氣密性，以提高能源利用效率、減少空氣流動并增加建筑的整體舒適度。
提升建筑圍護結構的節能效果還可以顯著降低取暖成本。例如，北京農村住宅節能改造案例發現，增加外墻、屋頂和窗戶的保溫層可帶來40-60%的綜合節能率。山東農村住宅的節能改造項目可在一個冬天節省約700元，約運行費用的30%，并在3到7年后回收節能改造投資。上述2個案例均為北方農村住宅的節能改造，但無論是農村住宅、城市住宅，還是其他公共建筑都具有很大改造潛力。
若熱泵和圍護結構的改造升級“雙管齊下”，則能達到1+1>2的效果。深度節能改造，即同時進行多方面的節能改造項目，例如安裝熱泵、更換節能門窗并添加墻體保溫層等，多管齊下可帶來規模效應。對于既有建筑，深度節能改造通常可以顯著降低能量損失，即使選擇容量更小的熱泵，也能滿足供暖和制冷需求，從而降低熱泵的初裝和運行成本。對連接到熱網的建筑群進行改造，也能減少供熱源頭的設備投資。新建建筑應按照綠色建筑規范建設超低能耗建筑，再根據建筑圍護結構的保暖狀況合理配置熱泵容量。從建筑的壽命周期來看，盡可能充分地進行深度節能改造能帶來最大的費用節省，而每個延遲或不徹底的后續改造最終會累積成更高的總成本。
建筑節能水平提升勢在必行
據測算，中國存量建筑中仍有近40%為非節能建筑，其中大量老舊居住建筑圍護結構差、設備老舊效率低、運行維護管理缺失，導致中國建筑全生命周期能耗在全國能源消費總量中的占比居高不下。中國建筑節能協會指出，目前建筑運行階段碳排放約占全國碳排放的22%；要想實現2030年建筑碳達峰，“十四五”末建筑全過程二氧化碳排放總量應該控制在25億噸。然而，2020年中國建筑全過程碳排放足有50.8億噸，是碳達峰預測量的兩倍。隨著城鎮化率和居民生活水平的不斷提升，中國建筑領域能源消耗和二氧化碳排放將保持剛性增長。顯然，通過節能改造降低建筑碳排的潛力巨大。
為了在2050 年實現全球凈零排放，國際能源署(IEA)建議所有國家最遲在 2030 年為新建建筑和既有建筑制定零碳建筑節能規范。這一建議強調，建筑物應具有高能效和彈性，并直接使用可再生能源或依賴可完全脫碳的能源供應。中國在建筑節能規范方面位列先鋒。2022年3月，住房和城鄉建設部發布了《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》（建標〔2022〕24號），其中重點呼吁“提高新建建筑節能水平”與“加強既有建筑節能綠色改造”， 并提出具體目標——“到2025年，完成既有建筑節能改造面積3.5億平方米以上，建設超低能耗、近零能耗建筑0.5億平方米以上”。今年5月，國務院發布《2024—2025年節能降碳行動方案》（國發〔2024〕12號），重新強調對新建筑 “嚴格執行建筑節能降碳強制性標準”和“推進存量建筑改造”，在“十四五”收官之際加大節能降碳攻堅力度。
實現熱泵和圍護結構一體化政策建議
歸根結底，建筑圍護節能改造不“挑食”，無論是何種供熱方式，提升建筑保暖效果都會帶來顯著的節能效益。在“雙碳”目標下，繼續推動綠色建筑發展和建筑節能改造既能降低熱泵初裝和運行費用、提升用戶選購意愿，更能減少建筑能耗和碳排。對此，我們總結幾點基礎建議：
一是推進深度節能改造項目。未來的建筑節能改造項目應探索供暖系統升級與多項圍護結構改進同步實施，爭取創造規模經濟。
二是向領先地方政府學習，持續完善改造項目的設計和資金支持。考慮同時規劃節能建筑和新能源供熱的資金支持。
三是貫徹落實“建筑節能降碳強制性標準”，繼續完善“綠色建筑”標準，旨在將超低能耗和近零能耗建筑標準擴展到所有建筑。
“十四五”是綠色建筑在有條件地區的推廣周期和超低能耗建筑的示范周期，為建筑領域的綠色、高效發展打下堅實基礎。“十五五”期間可進一步提升建筑綠色發展目標，將“綠色建筑”標準擴張到全國范圍，力爭實現《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》提倡的“城鄉建設領域2030年前碳達峰”目標。（作者單位：睿博能源智庫）
責任編輯：余璇
