建筑业物化能耗多尺度评估与时空效应分析

第1章　绪论 全球经济的快速发展及人口增长导致能源消耗量逐年攀升。据国际能源署（International Energy Agency，IEA）报告[1]，2015年度全球一次能源供应量高达130.6亿吨标准煤，相较于1973年的供应量增长超过两倍。与此同时，由能源消耗而诱发的环境问题更是对人类社会可持续发展造成严重阻碍。 建筑业是全球经济社会发展的重要推动力，作为典型的资源密集型行业，能源消耗及污染物排放规模也在不断扩大。全球建筑业的二氧化碳排放量约占全球二氧化碳排放总量的1/4[2]。 中国的建筑能源消耗量在全球范围内仅次于美国，节能减排形势不容乐观[3]。考虑到中国每年新建建筑量占全球新建建筑总量的50%[4]，中国建筑能源消耗量势必将呈现高速增长的趋势。据相关研究估算，中国建筑能源消耗量在2050年将占全球建筑业能源消耗总量的20%。中国政府承诺2030年二氧化碳排放量将在2005年的基础上减少60%～65%[5]。为此，建筑业节能减排对实现可持续发展目标具有重要意义。 1.1　国内外研究现状 1.1.1　建筑业物化能耗研究现状 1. 物化能耗定义 随着物化能耗相关研究不断深入，物化能耗的定义也得到不断完善，本书通过对已有相关研究进行梳理，归纳总结出物化能耗的定义及研究尺度，详见表1-1。通过对照相关文献不难发现，物化能耗的研究范围已由*初仅涵盖建筑建造阶段拓展为包括原材料生产、运输、更新、维护和拆除阶段。就建设项目而言，建筑业物化能耗、运营能耗以及拆除能耗共同构成了项目从“摇篮到坟墓”的总能耗。从该定义中可以看出，建筑业物化能耗的研究边界与国民经济投入产出分析中对建筑业的统计口径基本一致，包含了建设项目整个物化阶段所涉及的施工活动。综上所述，本书将物化能耗定义为与建设项目建造过程相关的能源消耗的总和，具体包括建筑原材料的开采和加工、建筑产品的生产制造和运输、建设项目交付和拆除阶段所产生的能耗。基于投入产出分析方法得到的建筑业物化能耗则表示建设项目整个物化阶段所消耗的能源之和。 2.建筑业物化能耗研究范围 基于全生命周期理论，建筑业物化能耗是指建筑物建造过程的直接能耗与生产和提供建筑活动相关产品、服务的间接能耗的总和，涵盖原材料挖掘、制造、运输、建造、运营、拆除及回收再利用阶段7个阶段[12]。建设项目全生命周期过程如图1-1所示。 如前所述，建筑业物化能耗能够进一步分解为直接物化能耗和间接物化能耗。建筑直接能耗包含建设施工现场的由建筑设备、工地交通、电力供应、建筑装配及杂项工程所消耗的能源，以及满足建筑工人日常生活所需的能源。建筑间接能耗则包含三种类型：初始能耗、维护能耗和拆卸能耗。初始能耗是指建设项目上游阶段的能源消耗总量（包括建筑材料的生产和运输）。维护能耗是指在建设项目的运行阶段，项目翻新和维护过程所需的能源。拆卸能耗则是指在建设项目拆除、建筑废弃物运输、建筑材料回收再利用以及建筑废弃物填埋处理等过程中所消耗的能源。 1.1.2　产业尺度建筑业物化能耗研究现状 1.建筑业物化能耗现状 通过近30年的发展，建筑业已成为中国经济发展的支柱性产业。图1-2为2006～2017年我国建筑业的年均总产值和增加值。由图1-2可知，我国建筑业总产值近年来快速增长，年增长率*高达到25%。2008～2011年，由于中央政府对抑制投机和住房市场*终需求的宏观调控，建筑业的年增长率逐渐降低。 就历年建筑企业的数量和从业人员数量而言，我国建筑业是一个典型的生产粗放型、劳动密集型行业，行业生产效率和管理效率整体都处于较低水平（表1-2）。就在建和竣工建筑面积而言，研究期间我国在建和竣工建筑面积增长速度虽然逐渐放缓，但是总体仍呈现出增长趋势（图1-3）。 近年来，建筑业已成为我国能源消耗和温室气体排放的*大贡献行业之一。我国建筑业直接能源投入及其占全国能源消费总量的比例如图1-4所示。虽然直接能源投入仅与施工现场的能耗有关，但该总量仍占我国能源消费总量的2%左右。与直接能源投入相比，建设活动上游过程中的间接能源使用量占比更大，约占整个建设项目生命周期能源消耗总量的20%～60%[13]。根据IPCC的报告，在工业化国家中，建筑业占一次能源使用量的40%[14]。作为一次能源消费大国，中国建筑业能源消费总量的占比不断攀升。 2.建筑业物化能耗相关政策 为了缓解建设活动对我国环境造成的负面影响，我国政府采取了一系列措施，旨在从国家和行业层面提高能源效率，实现节能减排目标。图1-5总结了2003～2015年我国从国家层面实施的部分节能政策战略。中央政府制定了一系列促进我国能源清洁生产的政策。“十一五”规划提出了节能减排目标，这些目标在“十二五”期间得到进一步突出和提升。《清洁生产促进法》作为环境保护的坚实基础，也在2005～2011年得到不断完善。清洁发展机制主要就能源和工业生产部门的清洁生产进行指导，但在建筑行业尚未得到有效贯彻。 通过政策梳理可知，在中国目前的节能减排政策中，重工业是主要的节能减排对象。相比之下，从供应链视角对“能源密集型”部门（如建筑业）的关注仍然薄弱。然而片面地关注*终消费者而忽略供应链中的生产者，可能导致节能政策的错配。此外，针对建筑业本身，我国政府还颁布了一系列节能政策文件。根据图1-6和表1-3，在2014～2020年国家新型城镇化规划中，中央政府提出，应提高可再生能源应用水平，加快绿色改造，加大环保材料生产，推进建筑产业化。在《绿色建筑行动方案》中规定，到“十二五”末期，绿色建筑在建总建筑面积应达到10亿平方米，既有居住建筑绿色改造达到5000万平方米，既有公共建筑绿色改造达到6000万平方米。政策表明，我国建筑能源法规的主要关注点仍然在建筑运营阶段。现有节能政策法规多优先考虑通过加强绿色建筑建设和对现有建筑进行绿色改造以达到降低运营阶段能耗的目的，而较少关注上游过程，如建筑材料的生产和运输。虽然有关政策已逐渐向上游供应链延伸，如对绿色建材实施评价标识管理办法，但从供应链视角实施节能减排政策仍需进一步加强。 3.建筑业物化能耗研究进展 行业层面的物化能耗研究是一个系统的能源评估过程，相关研究的数据主要来自国家统计数据。行业层面的物化能耗研究有助于从宏观视角对部门能源消耗特征进行识别，并发现具有较大节能潜力的行业部门。 通过分析已有文献，可以发现当前学界已经对美国、挪威、爱尔兰、瑞典、中国等国家的建筑业物化能耗进行了广泛深入的研究。表1-4分别总结了国家尺度建筑业研究的主要特征及其代表性文献。 可以看出，当前从宏观层面进行环境分析时往往是将建筑行业作为一个整体，或者重点分析建筑行业内某个子行业。然而，不同国家对建筑业子行业的分类往往存在一定差异。Acquaye等[17]根据建设项目施工基本流程，将整个施工部门划分为五个子部门，即地面工程、结构工程、服务、装修和运营。相比之下，Hendrickson等[15]和根据建筑类型对整个建筑行业进行分类，分为商用、居住、服务、工业、重建和基础设施六个子部门。事实上，经济部门的划分在很大程度上依赖于数据的来源和国家统计分类系统。此外，相关研究中使用的公共数据和投入产出表都往往缺乏一定的时效性，这是由于数据的获取及调查存在一定的滞后性，该原因也导致投入产出表的编制周期较长，造成现有的*新投入产出表仍然落后于目前的部门关联和生产技术。