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碳中和的内涵和意义

全球气候系统具有复杂性,并且涉及了广泛的经济社会问题。经过近二十年的不断探索,人类发现要实现气候的真正缓解和变化,必须从根本着手,即转变当前对化石燃料的过度依赖,并实现消费方式、生产方式和包括产业、资金、技术、资源等在内的全球资产配置和转移方式朝低碳方向全面转型。

“碳中和”概念在全球气候变暖这一时代背景中孕育产生。人类社会应对气候变化,不仅要努力减少人类活动的碳排放,同时应关注陆地生态系统与海洋生态系统的固碳作用,从“碳源”与“碳汇”两端来寻找低碳社会发展途径。

所谓“碳中和”是指,以碳收支计算为基础,通过优化城市建设策略,平衡碳排放量与碳吸收量,达到碳源与碳汇中和的目标。因此“碳中和”是比低碳更进一步的发展诉求。

2020年9月22日,在第75届联合国大会上,习近平总书记宣布"中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。"。这是中国在《巴黎协定》承诺的基础上,在碳排放达峰时间和长期碳中和问题上设立的更高目标。中国也是全球主要排放国里首个设定碳中和限期的发展中国家。这在各国面临新冠疫情危机、气候多边治理进程遇阻的当下,充分体现了中国作为一个负责任的大国,对建设人类命运共同体的担当。

碳中和的相关概念
碳源 与 碳排放

碳源(Carbon Source)是指产生大量温室气体排放的过程、活动和机制,可分为自然碳源与人为碳源。自然碳源是自然过程释放CO2,如绿色植物的自养呼吸、土壤的异养呼吸等;人为碳源是人类生活与生产活动释放CO2。政府间气候变化专业委员会(IPCC)在《2006国家温室气体清单指南》中列出四大类人为的碳排放源:能源、工业过程及产品用途、农业林业和其他土地利用与废弃物。

碳汇 与 碳吸收

碳汇(Carbon Sink)是与碳源相对的概念,是指自然界中碳的寄存体,主要表现为陆地与海洋等吸收并储存CO2的生态系统,以及这个系统吸收并储存CO2的过程与能力,包括森林碳汇、海洋碳汇、耕地碳汇、草地碳汇、湿地碳汇、林业碳汇等。自然生态系统碳汇生态服务价值表现为碳吸收与碳储存两个方面,自然生态系统绿色植被通过光合作用吸收、清除大气中的CO2,这一过程给人类带来的利益称为碳吸收价值,碳吸收过程中固定的碳有机物形式蓄积在生态系统中,这一机制给人类带来的利益即为碳储存价值。

低碳 与 碳中和

低碳(Low Carbon)意指较低(更低)的CO2低碳(Low Carbon)意指较低(更低)的CO2的排放量,再通过植被、海洋等将其吸收,以达到碳平衡的目的,是人类对地球变暖的现实进行反思后的自省、自律的积极响应。

低碳与碳中和都是人类社会为放慢全球气候变暖所作的努力,碳中和是低碳发展理念的延伸,它不仅要求较低的、更低的人类活动碳排放,还要求将这一部分碳排放通过林业、水体碳汇等碳补偿措施将其吸收、清除掉,以实现碳收支的平衡,也即中立的(零的)碳排放总量。

碳收支 与 净碳排放

碳收支包括两种刻画方法:

一是净碳排放,即碳源减去碳汇,指在一定时间内特定区域的碳排放输出与生态系统的碳吸收输入的收支状况,所得到的净碳排放表示大气中CO2的净变化量。当净碳排放为正时,表示大气中CO2量增加;为负时,表示大气中CO2量减少;为零时,表示实现了碳收支的平衡。

二是碳吸收率(固碳比),即碳汇除以碳源的比值,代表碳吸收率的情况。只有接近碳收支平衡的系统才是稳定和可持续发展的系统。

碳排放当量

“碳中和”评估的是温室气体收支状况,虽然CO2是最主要的温室气体,但温室气体并不只有CO2。

人类活动产生的六类主要温室气体包括:CO2(二氧化碳)、CH4(甲烷)、N2O(氧化亚氮)、HFCs(氢氟碳化合物)、PFCs(全氟碳化合物)与SF6(六氟化硫)。

在城市建设范围内的经济与社会活动带来的排放主要是CO2(能源使用)与CH4(废物处理),农村的生产活动是N2O(化学肥料使用)排放的主要来源。城区空间层面温室气体排放主要计算CO2和CH4。

在计算过程中,把温室气体排放量用二氧化碳当量CO2e表达。二 氧化碳当量是指用作比较不同温室气体排放的量度单位。各种不同温室气体对地球温室效应的贡献度有所不同,为了统一度量整体温室效应的结果,以二氧化碳当量为度量温室效应的基本单位。二氧化碳当量的计量单位是为了构造统一口径的框架,以便对减排各种温室气体所获得的相对利益进行定量。

一种温室气体的二氧化碳当量,通过将这一气体的吨数乘以其“全球变暖潜能值(Global Warming Potential,GWP)”得到,这种方法可把不同温室气体的单位和效应标准化。GWP是相对指数,用来评价温室气体在未来一定时间的破坏能力,通常以20年、100年、500年来衡量。通过自然的分解破坏机制,温室气体在大气中的浓度是会逐年降低的,温f室效应能力一并减弱,但不同温室气体在大气中的存留时间长短不一。 下 表 是最主要的三类温室气体的全球变暖潜能值(GWP)。

按照惯例,以CO2的GWP值为一,其余气体与CO2的比值作为该气体GWP值。其余温室气体的GWP值一般远大于CO2,但它们在空气中的含量相对少。根据《联合国气候变化框架公约》(United Nations Framework Convention on Climate Change,UNFCCC)的京都议定书(Kyoto Protocol)条款,在100年中,减少1t甲烷排放相当于减少了 21t 二氧化碳排放,即1t甲烷的二氧化碳当量是 21t ;而 1t 氧化亚氮的二氧化碳当量是 296t。

碳中和的城市策略

从城乡规划建设的角度来看,推动低碳城市发展,倡导节能减排,降低城市能耗与温室气体排放,对我国实现2030年二氧 化碳排放达峰、2060年实现碳中和的目标,有着至关重要的意义。

城市的碳排放量主要由能源使用规模、能源使用效率、能源碳排放强度三个驱动因素决定,可以针对这些排放驱动力,界 定控制碳排放量的规划建设内涵:

(1)控制能源使用规模:在城镇化过程中对城市发展进行总量控制,通过空间资源协调,在法定规划中控制土地利用规 模、建筑面积总量、交通出行总距离等碳排放驱动

(2)提高能源使用效率:包括高能效建筑设计与运营、绿色交通、清洁工业生产、绿色市政等节能手段与管理。

(3)减低能源的碳排放强度:包括提高城市可再生能源与清洁能源的使用比例、采用低排放燃料的交通方式、建立城市绿 地碳汇能力的植林建设、在电力生产端采用碳捕获与封存等能源科技等。

这三个主要的碳排放驱动因素基本上就是碳中和城市的建设战略。下表提供了一个在城市层面的碳中和建设策略体系

从“被动式低能耗建筑”走向“碳中和”

被动式低能耗建筑技术,使建筑的低能采暖和低能制冷成为可能;使依靠低品位的可再生能源实现区域性的能源产储消平 衡成为可能;使脱离对化石能源的依赖从而实现城市能源转型和真正的区域性碳中和成为可能。

以被动式低能耗建筑为载体的能源转型和碳中和城市建设,是一个整体性、一体化的发展过程。它将去碳化、能效提升、 能源系统融合以及技术多样性集为一体;将空间布局、能源规划、市政基础、建筑系统、交通系统、产业系统、资源利用集为 一体;是规划和建设领域的根本性变革。

行业内和行业间的配合应全面展开。

从国家和地方的战略决策上,应认识到被动式低能耗建筑和碳中和城市建设巨大的能源和资源节约意义、环境和生态保护 意义,以及对延续人类福祉和社会可持续发展的价值,制定更开放的政策框架条件,同时修改、摒弃不利于建筑高效节能发展 的条例、规定。

从城市发展的路径选择上,应认识到规模性建设被动式低能耗建筑不仅可显著消弭城市峰值负荷,缓解调峰电厂建设压 力,抑制城市热岛效应,尚可带来整体居住和生活品质的提升,建筑质量和建筑寿命的提升,以及建筑运营成本的降低,对高 质量推进中国城市化进程形成正效应

从技术融合的实施模式上,应认识到打破专业、行业间技术壁垒的重要性。对被动式低能耗建筑单体而言,应遵循多专业 协同的工作模式,在设计和施工阶段,协调建筑、暖通、结构、给排水、电气与室内装修专业共同参与,以便优化设计,合理 安排进度和资源配置;对碳中和城市建设而言,纵向涉及城市、区域、建筑、用户系统的一体化融合,横向涉及电力、热力、 建筑、交通等系统的一体化融合。

从金融和保险的制度保障上,应认识到被动式低能耗建筑和碳中和城市建设将引导建筑行业进入长期获利经营模式,并促 成跨界互补、互惠互利的新型合作模式和商业模式,如余热利用促成工业、商业与建筑业主、运营商的合作等。推出地方性的 专项扶持政策和激励措施,以及多元化的融资模式和保险制度,提高建设方和使用方的积极性,让高质量建设引导内循环经济 迫在眉睫。

高能效建筑和碳中和城市的设计和建造是一项艰巨的任务,但同时也确为减少人类活动对气候变化的影响提供了真正的解 决方案。它不仅仅是国家战略,同时也和企业、个人的切身利益息息相关。因此我们必须:

深刻意识到气候变化挑战……

用科学的眼光分析问题并采取合理的行动……

通力合作,同舟共济……

想要建设被动式低能耗建筑?