第 ３８ 卷 第 ５ 期 ２０２２ 年 １０ 月 气象与环境学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ Ｖｏｌ． ３８ Ｎｏ． ５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０２２ 赵俊刚，董鑫，尹名强，等． 基于碳中和及气候适应性原则的被动式建筑应用潜力研究———以重庆市为例［ Ｊ］ ． 气象与环境学报， ２０２２，３８（５） ：０１ － １４． ＺＨＡＯ Ｊｕｎ⁃ｇａｎｇ，ＤＯＮＧ Ｘｉｎ，ＹＩＮ Ｍｉｎｇ⁃ｑｉａｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐａｓｓｉｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎｅｕｔｒａｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｌｉ⁃ ｍａｔｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ—Ｔａｋｉｎｇ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０２２，３８（５） ：０１ － １４． 基于碳中和及气候适应性原则的被动式建筑应用 潜力研究———以重庆市为例 赵俊刚１ 　 董鑫２ 　 尹名强２ 　 何宝杰２，３，４，５ （１. 重庆建工集团股份有限公司，重庆 ４０４１００； ２. 重庆大学建筑城规学院 ／ 气候韧性与低碳城市研究中心，重庆 ４０００４５； ３. 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 ４０００４５； ４. 重庆大学溧阳智慧城市研究院，江苏溧阳 ２１３３００； ５. 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州 ５１０６４１） 　 　 摘　 要：气候变化及其广泛影响推动世界各国实施碳中和战略。 本文从碳中和建筑理论体系入手，提出碳中和与气候适应 性的建筑设计基本原则，强调对被动式建筑全生命周期内的节能效益（ 运行碳） 和实施成本（ 隐含碳） 平衡的动态考量，并且根 据场域气候和城市形态特点，关注被动式建筑对场域风、热、光等物理环境特征的适应与反馈。 进一步从场域与气候、建筑类 型、围护结构、通风、采光、可再生能源利用及其他技术方面，识别重庆市被动式建筑的碳源 ／ 汇情景，探讨重庆市“ 湿热、湿冷、 弱风” 气候特征下，应用被动式策略降低建筑碳排放的潜力，借此推动重庆市净零碳城市建设。 关键词：被动式建筑；碳中和；全生命周期；城市气候；城市形态 　 　 中图分类号：Ｐ４６７ ／ ＴＵ － ０２　 　 文献标识码：Ａ　 　 ｄｏｉ：１０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １６７３⁃５０３Ｘ． ２０２２． ０５． ００１ 球减碳和推动碳中和目标实现的重点领域。 虽然随 引言 着节能减排工作的推进，建筑能耗和碳排放强度呈 人类活动与温室气体排放加速全球气候变化。 与工业化前相比，２０１９ 年 １—１０ 月全球平均温度上 升了约 １. １ ℃ ，导致热浪、干旱、洪水、暴雨和山火等 气象灾害频发 ［１］ 。 按当前变暖速率，预计到 ２０３０— ２０４０ 年，全球将变暖约 １. ５ ℃ ，届时气象灾害将超出 环境和社会承载能力 ［２］ 。 中国同国际社会一道积极 应对气候变化，倡导并实施碳中和战略，制定了“ 力 争于 ２０３０ 年前二氧化碳排放达到峰值、２０６０ 年前实 现碳中和” 的目标 ［３］ 。 碳中和是一场广泛而深刻的 系统性变革。 首先，碳中和是从传统“ 节能、能效” 向 全面“ 减碳、脱碳” 的巨大观念转变。 其次，碳中和是 全社会各行业的共同目标，需要建筑、工业、交通、电 力、农业和林业等各领域的共同参与。 第三，碳中和 要求在当前高碳排放强度的前提下，通过生产、生活方 式的巨大变化，降低碳排放强度，实现零碳。 　 　 建筑业是能耗量和碳排放均较高的领域之一。 ２０１９ 年，建筑业能耗和碳排放分别占全球总能耗和 总碳排放量的 ３５％ 和 ３８％ ［４］ ，因此建筑行业应是全 下降趋势，但是在城市化和生活水平同步提升的背 景下，建筑 能 耗 和 碳 排 放 总 量 仍 然 处 于 上 升 状 态。 据统计 ［５］ ，在推动 ２０５０—２０６０ 年碳中和目标实现的 同时，全球新建建筑需求量为 ２. ３０ × １０ １０ ｍ２ ，预示着 建筑能耗和 碳 排 放 的 大 幅 提 升。 建 筑 材 料 年 平 均 ＣＯ２ 排放量也将由 ２０２０ 年的 ３. ５ Ｇｔ 上升至 ２０６０ 年 的４. ６ Ｇｔ。伴随气候变暖和热岛效应的增加，空调制 冷能耗也将大幅提升。 研究表明 ［６］ ，至 ２１００ 年，全 球气候变暖将导致世界采暖能耗降低 ３４％ ，但空调 制冷能耗将上升 ７２％ ，用于居住建筑采暖 ／ 制冷年平 均 ＣＯ２ 排放量也将从 ２０００ 年的 ０. ８ Ｇｔ 上升至 ２１００ 年的２. ２ Ｇｔ。此外，由于建筑老化，到 ２０６０ 年大部分 既有建筑将达到设计使用年限，建筑拆除、改造或修 缮也将增大建筑材料使用与碳排放量。 　 　 提升建筑脱碳技术，完善建筑碳排放策略，加强 政策支持与管控，全面削减建筑业碳排放，成为达成 “ 双碳” 目标的关键。 建筑碳排放主要包括运行碳和 隐含碳两个部分，碳汇也具有重要影响。 在设计、施 收稿日期：２０２２ － ０５ － ０６；修订日期：２０２２ － ０６ － １７。 资助项目：中央高校基本科研业务费（２０２１ＣＤＪＱＹ － ００４） 、华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室（２０２２ＺＡ０１） 、重庆社 会科学院碳中和青年创新团队阶段性研究成果、国家自然科学基金青年科学基金项目（５２１０８０１１） 和广州市哲学社 科规划 ２０２２ 年度课题（２０２２ＧＺＱＮ１４） 共同资助。 作者简介：赵俊刚，男，１９７６ 年生，正研级高级工程师，主要从事被动式建筑技术策略研究，Ｅ⁃ｍａｉｌ： ２３１９９１９９＠ ｑｑ. ｃｏｍ。 通信作者：何宝杰，男，教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｂａｏｊｉｅ. ｕｎｓｗ＠ ｇｍａｉｌ. ｃｏｍ。 　２ 气象与环境学报 第 ３８ 卷　 工及使用过程中，考虑如何最大化地降低运行碳、隐 含碳，并增强碳汇，成为建筑业脱碳的重中之重。 减 少能源使 用、 发 展 可 再 生 能 源 电 网、 建 筑 行 业 电 气 化、开发低碳燃料、推广碳捕获和碳封存技术是综合 实现运行 碳、 隐 含 碳 和 碳 汇 调 控 的 五 大 关 键 策 略。 动式技术性能还受地域气候主导，处于中国不同热 工分区的被动式建筑节能表现存在很大差异 ［１１］ 。 　 　 在“ 双碳” 背景下，被动式建筑技术的地域及气 候适应性、被动策略的选用原则以及技术革新方向， 均需要在地域性与全生命周期碳核算的双重视角下 然而，我国建筑业在推动“ 双碳” 目标过程中，仍以降 低运行碳为主，忽视了建材生产、运输、建设、维护等 阶段产生的隐含碳，尚未关注碳汇对建筑全生命周 期碳排放的影响。 　 　 被动式建筑技术与潜力已受到社会各界广泛认 可，也是建筑业减少碳排放的主要研究方向。 一方 面，被动式建筑具有良好的气候适应性 ［７ － ８］ ，能够综 合利用地域资源、能源优势，在降低甚至消除运行碳 的前提下，营造良好的室内物理环境。 另一方面，被 动式建筑运行能够规避对室外环境反向影响，规避 进行综合讨论。 本文针对重庆市气候特点，分析被 动式建筑技术应用，遵循全寿命周期碳评估原则，识 别被动式 建 筑 技 术 碳 源、 碳 汇 特 征， 探 讨 重 庆 市 湿 热、湿冷、弱风气候特征下，应用被动式节能策略降 低建筑碳排放的潜力。 城市环境负担 。 但被动式建筑技术缺少对隐含碳 和碳汇的关注。 例如，被动式建筑要求高保温隔热 效果的围护结构，导致建筑隐含碳增加 ［１０］ ，这在很大 程度上会增加建筑全生命周期碳排放。 植被遮阳防 ［９］ 风是被动式技术的主要辅助策略，也是重要的碳汇 来源，但其碳汇降碳方面的潜力并未充分考虑。 被 １　 建筑领域的碳中和理论框架体系 １. １　 全生命周期评估 　 　 全生命周期碳排放评估对于调控运行碳和隐含 碳相对关系，统筹建筑碳排放总量尤为重要。 建筑 领域实现碳中和目标在于如何减少建筑整个生命周 期内的碳排放（ 运行碳 ＋ 隐含碳） 。 通过逐步收紧建 筑法规、提高能源效率和能源供应的脱碳，运行碳排 放正在减少，特别是被动式等高性能建筑，运行碳与 隐含碳所占比例大不相同（ 图 １） 。 当前，随着被动式 等 高性能建筑的普及，降低各个过程产生的隐含碳 数据来源文献［１２］ 图 １　 普通建筑（ ａ） 和被动式建筑（ ｂ） （ 高性能建筑） 全生命周期内运行碳与隐含碳占比 Ｆｉｇ. １　 Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｅｍｂｏｄｉｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｏｆ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｎｄ ｐａｓｓｉｖｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ （ ｈｉｇｈ⁃ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ） 成为聚焦点。 考虑到不同的社会背景与建筑类型， 隐含碳减排规划可以滞后，但需要与运行碳同步考 虑，不能忽视或转移。 　 　 生命周期评估是评估产品生产、使用及其他相 关环节对环境影响的方法，国际标准化组织（ ＩＳＯ） 和 欧洲标准化委员会（ ＣＥＮ） 已经先后制定了具体的标 准 ［１３ － １６］ 。 生命周期评估步骤包括评估范围界定、清 单分析、影响分析和结果解释 ４ 个阶段。 如图 ２ 所 示，ＣＥＮ 标准（ ＥＮ １５９７８） ［１５］ 在 ＩＳＯ 标准 ［１３ － １４］ 基础 上将建筑构件的生命周期划分为以下阶段和模块， 不同国家、地区或者行业可根据自身需求或者可操 作性确定评估范围。 目前有从摇篮到大门 ／ 场地 ／ 坟 墓等不同的评估范围，完整的碳足迹评估应至少以 “从摇篮到坟墓” 为评估范围。 全生命周期隐含碳评 估依赖建筑构件和建材的碳排清单数据库的支持， 其涵盖了建筑材料和构件提取、加工、运输、修缮、处 置等各项操作的碳排放因子。 影响分析和结果解释为 评估的后处理阶段，旨在从“中点”和“终点”两种角度 及其对应的影响类别讨论评估结果和做出解释。 １. ２　 建筑气候适应理论 　 　 气候对人类栖居场所具有重要影响，建筑空间 营造策略与技术需要紧密结合气候及环境特点 ［１７］ 。 建筑气候适应性理论不仅是“ 气候适应” 的概念，在 英文语境中，“ 气候适应” 更多被称为“ 气候响应” 。 　 第５ 期 赵俊刚等：基于碳中和及气候适应性原则的被动式建筑应用潜力研究———以重庆市为例 实际上，完整的气候适应理论包含了“ 缓解—适应” 机 制，以优化气候资源获取途径和以低能耗模式运 图 ２