做好建材碳达峰碳中和工作权威访谈

多环节同时发力 装配式建筑持续利好

——访广发证券分析师尉凯旋

2021-03-02 11:43:39

为实现碳达峰、碳中和目标,我们要持续提升能源利用效率,加快能源消费方式转变,明确碳达峰的目标和技术路线,细化重点行业和区域相关举措。作为重要的工业分支,建筑建材行业如何助力碳达峰、碳中和?碳达峰、碳中和又将为行业带来哪些机遇?以上问题为行业普遍关注。为此,《中国建材报》记者专访了广发证券分析师尉凯旋。

记者:2020年中央经济工作会议将“做好碳达峰、碳中和工作”作为2021年的重点任务之一,提出我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,力争2060年前实现碳中和。要完成这个目标,您认为建筑建材行业要从哪些方面着手做好碳达峰、碳中和的有关工作?

尉凯旋:目前不少发达国家已经实现碳排放与经济发展脱钩,但中国仍处于碳排放增加阶段,未达峰值。《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》报告中指出,欧美等发达国家和地区从二氧化碳排放达到峰值到碳中和实现普遍有50年至70年的过渡期,而我国从2030年达到峰值,再到2060年实现“碳中和”的过渡期只有30年,是十分严峻的挑战,政策紧迫性强。

自去年9月首次提出该目标后,中央及各部委在重要会议上多次强调并陆续推行一系列举措,涵盖碳排放企业管理及碳排放量检测控制等。目前已有15个省市公布碳达峰、碳中和目标,例如浙江省计划开展低碳工业园区建设及“零碳”体系试点;广东省提出研究建立用能预算管理制度,严控高耗能项目;河南、山西、辽宁等多省提出建设碳交易市场,推进碳排放权市场化交易。

根据中国建筑节能协会能耗统计专委会的定义,建筑全过程的碳排放包括建筑材料生产及运输、建筑施工、建筑运行及建筑拆除4个部分。其中建筑材料生产及运输涉及建材生产阶段能耗因此单独开展研究;建筑施工和建筑拆除阶段可以合并统计为建筑施工阶段能耗。

图片6.png

据2020年中国建筑能耗研究报告数据,2018年全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨,占全国碳排放比重的51.3%。其中建材生产阶段碳排放为27.2亿吨,占全国碳排放比重的28.3%,占建筑全过程排放总量的55.21%;建筑施工阶段碳排放约为1亿吨,占全国碳排放比重的1%,占建筑全过程排放总量的1.93%;建筑运行阶段碳排放为21.12亿吨,占全国碳排放比重21.9%,占建筑全过程排放总量的42.87%。

图片7.png

细分阶段来看,其中建材生产阶段的碳排放量占比最高,占全国比重为28.3%,建材生产中钢材、水泥和铝材碳排放占比超90%。钢铁部分碳排放量为13.08亿吨,占建材碳排放的比重为48.20%;水泥碳排放量为11.17亿吨,占比为40.80%;铝材及其他碳排放量为2.95亿吨,占比为11.00%。建筑运行阶段可以分为公共建筑、城镇居建及农村居建。其中城镇居建碳排放量为8.91亿吨,占建筑运行阶段碳排放量的42%;其次为公共建筑,占比为37%;最后为农村居建,占比为21%。

图片8.png

从历史趋势上看,全国建筑全过程能耗及碳排放总量变化趋势:“十一五”期间:平稳增长,年均增速5.9%;“十二五”期间:2011年和2012年出现异常值,异常值来源于建材能耗;“十三五”期间:增速明显放缓,年均增速3.6%。

全国建筑全过程能耗及碳排放总量变化趋势:碳排放变化的阶段性特点与能耗一致,但增速略小于能耗。“十一五”期间:平稳增长,年均增速7.4%;“十二五”期间:2011年和2012年出现异常值,年均增速7%;“十三五”期间:增速明显放缓,年均增速3.1%;总体上看,全过程能耗比重呈现上升趋势,碳排放比重呈现下降趋势。

图片9.png图片10.png

碳达峰及碳中和的政策目标对传统建筑行业提出新的要求,激发出丰富的市场机遇。作为碳排放量占比较高的行业之一,碳减排意味着行业内生产方式、技术水平、材料选择、商业模式等均将面临革新。绿色建筑及绿色金融等为建筑行业带来新的发展机遇。我们认为装配式建筑及检测行业或将成为未来的市场机遇。

记者:要推动建筑建材行业的碳达峰、碳中和要从建筑材料的生产、运输,建筑施工,建筑运行,建筑拆除等环节着手,推动相关技术创新,从各个环节降低碳排放。您刚刚也提到了这将有利于装配式建筑的发展,作为一种新的建筑方式,装配式建筑将从哪些方面促进行业碳达峰、碳中和?

尉凯旋:装配式建筑大量采用预制构件的建造方式,能够有效减少现场施工带来的噪声及粉尘污染。预制构件的模块化、工业化生产也能够最大限度减少建筑垃圾及废弃物的排放。在国家大力推进碳达峰及碳中和发展目标的阶段,装配式建筑将面临更好的市场机遇。这里我们主要看下装配式建筑地建材生产和建筑施工等环节。

建材生产阶段:建筑材料及建筑废弃物碳排放量显著节约

装配式建筑与传统建筑相比,其碳排放优势主要体现在建材生产阶段与建筑施工阶段。装配式建筑采用规模化的集约式生产能够一定程度上节约耗材、降低能耗并减少建筑废弃物;其在建筑施工过程中采取机械化安装的方式,能够减少空气、噪声、废物废水排放等污染,降低整个建筑生命周期内的碳排放。随着碳达峰与碳中和发展目标的提出,装配式建筑绿色环保的优势将进一步凸显,装配式行业发展有望加速。近期,中央及住建部在相关会议及文件中多次强调应大力推广装配式建筑。如果装配式建筑能够在未来呈现大面积替代,碳排放量将大幅减少。

在建材生产阶段,装配式建筑相比传统建筑在周转材及辅材方面体现出良好的减碳能力。周转材方面,预制构件的生产采用钢膜重复周转,能够带动木模板的减少,同时还能够减少用水量;辅材方面,装配式减碳能力主要体现在保温材料方面,外保温工厂整体制作寿命长,能够减少建筑全生命周期保温材消耗。

参考住建部住宅产业化促进中心《预制装配与现浇模式住宅建造节能减排评测比较》,以京投万科新里程二期项目为测评对象,给出预制装配式建筑相比传统现浇住宅在碳排放方面的具体数据。该项目位于北京市房山区长阳镇水碾屯村10-03-21地块。地块用地面积为40603平方米,容积率为2.0,地上总建筑面积81206平方米。其中预制装配式住宅的碳排放评测范围包括预制构件生产及施工安装两部分,传统现浇建筑的评测范围包括材料加工过程,例如混凝土搅拌及现场施工安装过程。碳排放测算方法选用排放因子法,其基本计算思路为统计建筑过程中所有能够产生碳排放的排放源,包括常见的建筑材料及能源等,再乘以每种排放源的碳排放因子,将二者的乘积作为碳排放量的估算值。

建筑材料按钢筋工程、混凝土工程、模板工程、外装修工程及施工废弃物分类统计。钢筋工程:预制装配式建筑使用钢筋少,但需要制造构件预埋件,综合来看在钢材部分用量略有节省,但优势并不明显。如需降低装配式钢材消耗量,则需要提高配件的标准化水平以及钢模板的周转率。

混凝土工程:由于预制装配式建筑采用夹心保温,因此墙体比现浇住宅外墙增加50mm的混凝土保温层。现浇住宅采用外墙粘贴保温板方式,只需10mm砂浆保护层。因此装配式建筑在混凝土方面用量高于现浇装配式建筑。

模板工程:模板工程分为木模板工程和钢模板工程两部分。装配式建筑由于采用预制构件,而预制构件的制作全部使用钢模板,因此装配式建筑的钢模板用量高于现浇住宅。但在生产过程中装配式建筑采用周转次数高的钢模板代替木模板,较大程度地节约了木材的使用。

外装修工程:外装修工程主要是保温施工,相关建筑材料包括保温板、砂浆、粘结材料等。预制装配式建筑不需要砂浆及粘结材料,因此能够有效节省建筑材料带来的碳排放。且现浇住宅外墙外保温设计使用年限为25年,预制装配式住宅外墙夹心保温与结构使用寿命均为50年,从耐用程度及使用寿命上来看,装配式建筑能够有效节省保温材料的使用。

综合来看,其中钢材部分装配式住宅略有节省,但优势不大,节省率仅为0.98%。混凝土部分,装配式建筑用量高于传统现浇。木材、砂浆及保温材料装配式建筑在节约碳排放方面的优势较大,节省率分别达到70.95%、83.46%及49.35%。总体而言,预制装配式建筑在建造阶段碳排放量相较于传统现浇住宅节省率达到9.33%。

图片11.png

施工废弃物:装配式建筑由于需要制造构件预埋件,因此钢筋截料可以回收后二次使用,节省率达到36.70%。混凝土方面,装配式建筑的损耗量优于现浇住宅,节省率达到24.95%。砂浆废弃物主要来源于外墙保温施工环节,装配式建筑本身在保材料上就能够很好地节约建材,因此相对产生的废料也较少,砂浆部分节省率达到82.35%,保温材料节省率达到54.55%。总体而言,预制装配式住宅在建筑施工废弃物方面碳排放量较传统现浇住宅节省率达到24.99%。

图片12.png

建筑施工阶段:能耗节约及人工节碳助力节能减排

装配式建筑在建筑施工阶段的碳排放优势主要在于施工过程中的能耗节约、人工节碳及用水节约。装配式建筑以现场装配化施工为主,相较传统现浇建筑在建造过程中可大幅减少用水及污水排放,并且装配化施工可以降低施工现场噪音扰民、废水排放及粉尘污染。 

参考江苏省建筑科学研究院《混凝土装配式与现浇住宅建筑碳排放分析与研究》,以南京地区的一个项目为例。该项目包含2栋混凝土装配式建筑和3栋现浇住宅式建筑,选取其中1栋装配式和1栋现浇式进行碳排放分析。两栋建筑的建筑面积相同,均为14855.19平方米,装配式建筑的预制率为25.78%,主要采用的预制构件为装饰柱、内墙、外墙、平板、楼梯和阳台板。

能耗节约:建筑施工阶段的碳排放主要来源于现场安装时运行施工机械能源消耗产生的碳排放。碳排放量的计算方法为每种施工机械所消耗的能源量乘以总共的施工机械台数再乘以施工机械的碳排放因子得到每种施工机械的碳排放量。再将所有种类机械的碳排放量求和得到碳排放总量。现场施工机械主要使用的能源包括机械用汽油、机械用柴油以及电力。装配式建筑相较于现浇建筑能耗节约主要体现在机械用柴油以及机械用电力,节省率分别22.80%及20.69%。综合所有的能耗,装配式建筑相较于现浇式建筑在能耗节约方面节约碳排放量59816.16千克,碳排量节省率为20.09%,单位建筑面积的人工节碳量为2.08千克/平方米。

图片13.png

人工节碳:装配式建筑采用预制构件的方式,相较于现浇式建筑在现场施工的过程中采用的人工较少,因此带来人工节碳的优势。人工碳排放量的计算方式为总人工节约数乘以工期乘以人均碳排放量。在此实际案例中,装配式建筑较现浇建筑节约人工数为55人。据《改革开放40年中国经济增长与碳排放影响因素分析》一文中统计2015年中国人均碳排放量为7.7吨,换算为每个工作日(按8个小时计算)的人均碳排放量约为7.03千克。因此可计算得人工节碳量为:55×80×7.03=30932千克。单位建筑面积的人工节碳量为2.08千克/平方米。

用水节约:现浇建筑在施工现场的水资源消耗较大,而装配式采用预制构件的方式可以较大程度地节约现场搅拌混凝土的用水及现场混凝土构件养护所需用水。除此之外,在安装过程中,装配式建筑采用机械化的方式减少人工的同时也减少了现场人员的生活用水量。用水节约的碳排放量计算方式为(混凝土构件养护节水量+混凝土搅拌节水量+工人生活用水)×水资源碳排放因子,以得到用水节约的碳排放总量。据计算得,节水节约的碳排放总量为 333.62千克,单位建筑面积节约的碳排放为0.02千克/平方米。

图片14.png

综上而言,装配式建筑与传统现浇建筑相比,在建材生产阶段与建筑施工阶段均能够通过集约化、机械化、规模化的生产及现场施工方式产生良好的碳排放量节约优势。随着碳达峰及碳中和政策的持续推进,装配式建筑将成为良好的“绿色建筑”在带来经济效益、成本节约的同时,产生良好的环境效益、社会效益,成为节能减排过程中的重要措施。在国家政策利好的大环境下,具有良好的市场前景及成长性。

记者:今年全国碳市场将正式启动运行,精准的数据检测将为碳交易提供支持。除了装配式建筑,刚才您提到检测行业也将迎来新发展。请您为大家介绍下碳检测的相关情况,以及与其他的检测相比,碳检测有什么特点?

尉凯旋:早在2017年国家发改委就印发了《全国碳排放权交易市场建设方案(发电行业)》, 这标志着我国碳排放交易体系完成了总体设计,并正式启动,意义重大。《方案》对全国的碳市场建设有3个方面的主要制度:一是碳排放监测、报告、核查制度;二是重点排放单位的配额管理制度;三是市场交易的相关制度。同时,也要进行碳排放的数据报送系统、碳排放权注册登记系统、碳排放权交易系统和结算系统等4个支撑系统的建设。之后再进行系统的测试,在测试的基础上开始真正的货币交易。

今年全国碳市场将正式启动运行,此次全国碳市场建设将以发电行业作为突破口,纳入的企业达到1700多家,排放量超过30亿吨。作为首个纳入的重点行业,发电企业将加快向清洁低碳转型,后续,钢铁、化工等其他行业也将加快纳入全国碳排放交易市场。截至2020年8月,北京等试点省区市碳市场共覆盖钢铁、电力、水泥等20多个行业,接近3000家企业,累计成交量超过4亿吨,累计成交额超90亿元。

目前碳排放权交易市场立法已逐步完善,近期出台了多项办法与相关条例,《全国碳排放权交易管理办法(试行)》自今年2月起实施,《碳排放权交易管理暂行条例》《全国碳排放权登记交易结算管理办法(试行)》已于2020年11月公开征求社会意见。

精确的碳排放测量可以获得准确而全面的碳排放数据,从而为碳排放权交易市场的运行和减排措施的制定提供有力的技术支持。相关碳排放政策、立法公布之后,碳排放检测市场或将产生重大利好。碳排放检测相关企业也可以借政策东风,加快碳排放检测市场布局,以占据领先优势。

碳排放检测系统技术较复杂,市场存在进入壁垒。

与环境监测相比,碳排放监测系统更为复杂,其核心是二氧化碳的核算,包括二氧化碳的直接排放和间接排放。直接排放即排放源直接排放出二氧化碳,而间接排放则指使用外购的电力和热力等所导致的温室气体排放,这部分排放来自上述电力和热力的生产。二氧化碳的核算有基于计算的方法和基于测量的方法。直接排放产生的二氧化碳可以通过相关仪器设备对温室气体的浓度或体积等进行连续测量,也可以利用公式计算,而间接排放的碳排放量则只能通过计算得到。

图片15.png

基于测量的方法通过监测设备进行监测,不同的场合使用的仪器设备也有所区别。一般可以利用连续排放监测系统(CEMS)监测碳排放,在欧盟已经得到广泛应用。目前我国虽然已经大规模应用连续排放监测系统监测大气污染物,但是在二氧化碳监测方面的应用依然不多。随着我国碳中和工作的开始,CEMS的需求也将快速扩大,相关标准也亟待制定。

基于计算的方法需要仪器仪表的配合,监测排放主体的活动水平数据和相关参数。活动水平数据包括能源消耗量、原材料消耗量、产品或半成品产出量的监测等,相关参数有低位热值、单位热值含碳量、氧化率和过程排放因子等。

目前,碳排放检测技术主要为色谱和光谱技术,如气相色谱技术、傅里叶变换光谱技术、可调谐半导体激光吸收光谱技术、非分散红外检测技术等,涉及仪器为气相色谱仪、温室气体在线气相色谱仪、红外线CO/CO2气体分析仪、烟气分析仪、温室气体通量在线观测系统、便携式温室气体分析仪(CH4,CO2,H2O)、便携式土壤、水体温室气体监测仪等,此外二氧化碳分析仪、颗粒物分析仪等也可以在碳排放监测中发挥重要作用。

中国建材报记者:杨洸

责编:阴音 姜辰雨

校对:和新龙

监审:陶璐璐