城市建设领域的碳减排措施.pdf

* 2010 年度河南省政府决策研究招标课题 B008 。 经 验 交 流 城市建设领域的碳减排措施 * 侯纲 安阳师范学院建筑工程学院，河南 安阳 455002 摘要 研究的目的是找到目前条件下切实可行、 效果显著而又成本低廉的碳减排方法。通过整理和论证， 从建材的低 碳生产、 建材的节约使用、 建筑的低碳、 交通的低碳、 建筑垃圾的回收利用、 城市碳汇等方面总结出了一些技术方面和 管理方面的措施。同时也分析了我国的现状， 指出了与世界先进水平的差距， 以及需要改进的地方。 关键词 低碳;城市建设;低碳建材;低碳建筑;低碳交通 MEASURES OF CARBON EMISSION REDUCTION IN URBAN CONSTRUCTION Hou Gang Institute of Civil Engineering，Anyang Normal University，Anyang 455002，China AbstractThe purpose of this investigation was to find feasible，significant effect，low-cost carbon reduction under present conditions．It was summed up some technical and management measures from low-carbon production of building materials，the economical use of building materials，low carbon buildings，low-carbon transport，recycling of construction waste，carbon sink etc． Also it was analyzed the status of our country，pointed out the gap with the world advanced level and some places to improve． Keywordslow carbon;urban construction;low carbon materials;low carbon buildings;low carbon traffic 我国正处于快速城市化的过程当中， 城市建设如 火如荼， 这也是造成近期我国碳排放高的原因之一。 城市建设中是否低碳不仅影响建设期的碳排放而且 影响到以后使用期的碳排放。低碳建设既有技术问 题， 又有管理问题， 涉及方面非常广泛。实现低碳的 措施看似复杂， 但实际上很多措施的本质就是节能和 节约。具体来讲， 城市建设领域的碳排放涉及到建材 的制造、 建材的使用、 城市规划、 交通规划与管理、 工 程建设、 建筑物的使用维护、 城市碳汇等多个方面。 1建材的低碳生产 建材中的钢材、 水泥、 玻璃、 砖瓦、 石灰等都是高 耗能产品， 同样也是高碳排放产品。像钢铁工业的能 耗大约占到了全国工业总能耗的 11 。在钢铁生产 过程中排放的废气主要成分是 CO2。水泥、 玻璃、 砖 瓦、 陶瓷、 石灰等建材在生产过程中都要经过在工业 窑炉中进行的熔化、 燃烧、 熔烧这些工艺。在这些工 艺过程中， 温室气体排放通过下面两个途径产生 1 在燃料燃烧过程中产生 CO2; 2 在生料加热过程中物 料分解释放出温室气体 ［1］。2005 年我国主要建材产 品单耗见表 1。 表 1我国主要建材产品单位能耗 2005［2 ］ 产品每吨钢铁每吨水泥每重量箱玻璃每万块砖瓦 单耗760 kg 标煤 132 kg 标煤 24 kg 标煤 685 kg 标煤 钢铁、 水泥、 玻璃等行业具有产品产量大、 能耗高 的特点。在进行温室气体减排时， 要从行业整合、 技 术革新、 综合治理等几方面考虑。 1. 1加快行业整合、 淘汰落后产能 水泥、 钢铁、 玻璃等建材行业都存在着行业集中 度不高、 产能过剩、 整体装备水平偏低的现状。其中 钢铁行业 2009 年的 CR10 仅有 43 。2007 年我国水 泥熟 料 企 业 4 305 家， 但 企 业 平 均 规 模 水 平 只 有 15. 12 万 t/a， 为美国同期水平的 26 ［3］。由于我国 经济高速发展， 建材需求量大， 一些落后产能由于仍 然有利可图， 很难自然淘汰。这就需要政府采取措施 加快行业整合， 淘汰落后产能， 抬高行业门槛， 抑制生 产能力盲目扩张， 调整产业结构， 提高行业集中度。 411 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 2009 年中国主要钢铁企业产量见表 2。 表 22009 年中国主要钢铁企业产量［4 ］ 企业名称河北钢铁集团 宝钢集团鞍本集团武钢集团沙钢集团 总产量 /万 t3 806. 013 485. 33 2 967. 992 951. 192 214. 31 占全国比例 /6. 996. 36 5. 455. 394. 07 企业名称 山东钢 铁集团 首钢集团 新武安 钢铁集团 马钢集团华菱集团 总产量 /万 t2 195. 141 720. 95 1 633. 61 412. 651 064. 0 占全国比例 /4. 043. 10 3. 002. 601. 96 1. 2促进产业聚集 我国建材行业存在众多中小规模企业， 分布零 散， 不利于监督管理、 环境保护和工业副产品的回收 利用。同一产业在地域上的集聚可以使企业能够共 享公用设施， 节省公用设施的投资、 提高设施的利用 率。产业聚集也有利于工业废弃物的综合利用， 分散 生产中被抛弃的少量副产品在产业聚集区就可以汇 集起来加以利用。这种聚集同时也有利于污染的治 理。配套企业和上下游企业向集聚区集中不仅使得运 输成本减少， 而且能够减少了运输产生的温室气体。 1. 3改进生产工艺、 推进节能减排技术 我国虽然是建材产量上的世界大国， 甚至已经排 名第一， 但是我们的生产技术特别是节能技术与世界 先进水平还有明显差距。比如中国钢铁工业的燃料 比与国际先进水平相比尚有 15 ～ 20 的差距， 钢 铁生产有较大减排空间 ［5］。 各种建材生产都有比较成熟的技术可供采用。 在钢铁生产方面可以采用的熔融还原炼铁技术、 蓄热 式燃烧技术、 高炉喷吹煤粉技术、 以短流程炼钢代替 长流程炼钢等 ［6- 7］。在水泥生产方面， 应该大力推行 新型干法水泥生产， 淘汰立窑等落后生产能力。在玻 璃生产方面， 能够通过优化窑炉设计、 炉体保温、 富氧 燃烧、 电助熔等技术节能降耗。 1. 4加强综合利用 对于现代工业来说不存在“无用的废料” ， 废气、 废 渣、 废液、 废能的综合利用程度体现着一个国家工业的 成熟度。综合利用不仅能够回收本企业产生的废料、 余热， 还能够消化其他企业或者民用领域产生的废弃 物。建材生产当中产生的很多废料可以回收后作为原 料重新进入生产流程， 如钢铁企业从原料单元到轧线， 每个工序都有含铁尘泥产生， 含铁尘泥经过必要的均 质化和除杂工艺处理后， 进入烧结厂循环利用 ［8］。 在水泥生产中可以处理工业废渣和生活垃圾。 生产水泥的主要原料石灰石在加热分解过程中消耗 大量热能， 同时排放 CO2。而许多工业废渣如碳化炉 渣、 矿渣、 钢渣等都是经过高温处理过的， 不会像石灰 石那样进行加热分解放出 CO2。利用工业的废渣来 代替石灰石， 减少石灰石在原料中的比重， 既减少了 熟化热耗， 又减少了 CO2排放。掺粒化高炉矿渣粉 可提高混凝土的密实性及耐久性、改善混凝土拌合 物的工作性 ［9］。利用水泥窑处理城市生活垃圾， 既 能减少环境污染， 又可以利用垃圾的热量节省燃料， 还可以利用垃圾燃烧后的灰渣替代原料， 有效节省矿 物原料 ［10］。 在钢铁生产中可以回收煤气、 烟气、 余热， 处理城 市废弃物。综合利用的技术有 炉顶煤气综合利用技 术、 焦炉处理城市废塑料、 烧结烟气综合利用技术、 转 炉煤气综合利用技术等。玻璃、 陶瓷、 砖瓦等建材都 有使用窑炉加热的工艺。除了加强保温外， 余热利用 对于节约能源、 降低碳排放有很好的效果。 2建材的节约使用 由于建材是高碳、 高耗能产品， 浪费建材就等于 直接增加了碳排放。节约建材不仅应包括在工程建 设当中节省建筑材料， 还应包括合理高效地利用建筑 及其他基础设施、 合理延长其使用寿命、 开发高性能 建材等内容。 2. 1高性能建材和新型建材的开发和推广 加强高性能建材的研发和推广， 以高性能材料代 替普通材料， 实现“以质代量” ， 减少建材总的消耗 量。以钢筋为例， 世界主要工业发达国家在钢筋混凝 土结构中 已 淘汰 了 低强 度 的 钢 筋， 多 采 用 高 强 度 400， 500 MPa 钢筋。我国高强度 400 MPa 钢筋用 量占总钢筋用量的 30 ～ 40 ， 中低强度钢筋用量 占总钢筋用量的 60 ～ 70 。每1 000 t HRB335 钢 筋用 HRB400 钢筋代替约可节省钢材140 t。而我国 的年建筑用钢量早已超过 1 亿 t［11］。 新型节能建材的意义不仅节约建材， 更在于建筑 的节能。例如空心砌块代替黏土实心砖， 既节省了材 料， 又降低了建筑承重， 还能够提高围护结构的保温、 隔音效果。应该加强高性能建材的科研开发、 标准制 订工作， 鼓励新型节能低碳建材的使用， 并且对生产 新型建材的企业进行政策扶持。 2. 2延长建筑物 构筑物 的使用寿命 我国正处于城市化进程加快的阶段， 房地产市场 火爆， 许多建筑不到使用寿命就被拆除。这背后原因 511 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 复杂， 既有价值规律的作用， 又有管理、 规划的原因， 也有建设质量等其他方面的原因。其中追求经济效 益和提升城市形象、 功能是造成目前国内城市建筑 “短命” 的主要原因 ［12］。因此规划、 设计要提高前瞻 性， 使新规划区、 新建建筑能够适应未来发展， 从而延 长建筑物的技术寿命。还要注意对城市老、 旧建筑的 保护和利用， 赋予古建筑、 旧建筑新的含义和功能， 让 其自身能够创造价值。延长建筑的使用寿命、 减少 “短命” 建筑， 既有低碳的意义， 又能够保存城市的历 史风貌， 具有保存建筑文化的意义。 2. 3优化设计 优化设计是以数学中的最优化理论为基础， 以计 算机为手段， 根据设计设定的性能目标， 建立目标函 数， 在满足给定的各种约束条件下， 求出最优的设计 方案。利用计算机手段进行优化设计在我国建设领域 还没有得到普遍应用， 只是应用在一些大型工程中。 目前我国设计市场的一个突出问题是迫于甲方 对于工期的要求， 设计周期被压缩得很短， 优化设计 工作被忽略掉了。而通过优化设计， 可以在允许的范 围内， 使所设计的产品结构更合理、 性能更好、 质量更 高、 更加节约建材。 2. 4提高建筑利用率 伴随我国经济收入的增加， 也兴起了一股建筑的 奢华之风， 许多建筑超出“适合人居” 这一功能越来 越远。从低碳的角度， 我们提倡建筑的简约实用， 人 均建筑面积适用即可， 从而提高建筑的利用效率。对 于办公建筑， 应与人员编制挂钩， 防止盲目提高标准; 对于公共服务建筑， 应制定相应标准， 防止求大求洋; 对于居住建筑， 可以考虑对占有住房面积超过一定标 准的征收碳排放税。 3建设低碳建筑 建筑的低碳包括建设期的低碳、 使用期的低碳和 报废回收期的低碳。使用期中采暖、 制冷、 照明以及 其他设备能耗占到建筑总能耗的 80 ～ 90 ， 其余 10 ～ 20 为建筑的材料能耗、 建设能耗以及拆除阶 段的能耗， 减少使用期的碳排放意义重大 ［13］。 3. 1充分利用自然能 因地制宜设计出适合当地特点的建筑， 充分利用 自然能， 减少动力设备的使用。冬季的采暖和夏季的 制冷耗费能源最多， 这样建筑外围护结构的保温就显 得格外重要。严寒和寒冷地区的建筑要做到充分争 取阳光照射并且避免冷风的侵袭。夏热冬冷地区和 夏热冬暖地区要注意夏季的遮阳和通风。尽量争取 自然采光， 减少人工照明的使用量。充分利用太阳能 制热水和利用太阳能发电。 3. 2降低设备损耗 为了提供一个良好的室内环境和更完善的功能， 现代建筑使用了大量的专用设备。这些设备包括采 暖、 通风、 制冷、 给排水、 电气、 运输等方面的设备。这 些设备的使用造成了大量的碳排放。降低设备损耗 的措施包括提高锅炉的热效率， 提高热交换器的效 率， 根据冷负荷自动调整冷冻机的制冷量， 用高效光 源 如 LED 灯 代替低效光源 如白炽灯 ， 使用热泵 技术来利用低品位热能等。 3. 3既有建筑的低碳改造 我国有数量巨大的既有建筑， 这些建筑能耗高、 碳排放大。对既有建筑进行改造要比新建建筑复杂 得多。在改造时， 要考虑建筑的现状， 技术上要复杂 一些， 施工也较麻烦。对于住宅建筑， 最大的难点不 是技术问题， 而是资金问题。改造一栋住宅楼， 要面 对众多的业主， 达成一致比较困难。比较切合实际的 做法是政府在这方面加强投入。从社会效益的角度 考虑， 政府出资改造也是有必要的。在已经改造的建 筑中多数是政府出资或者政府出大部分的资金。 3. 4建筑领域清洁发展机制的应用 清洁发展机制 CDM 设定的初衷是能够使发达 国家以较小的代价获得核证减排量 简称 CER ， 而 与之合作的发展中国家获得发展急需的资金和技术。 但是由于市场对利益的追逐， 使得经济效益好但生态 社会效益差的项目受追捧， 比如回收 CH4、 分解 NO2 和 HFC- 23 的项目大受欢迎。而建筑项目因为单个 项目减排量小、 核证减排量 CER 认定困难、 基准线 确定困难等原因而难以开展 ［14］。 但是由于建筑领域温室气体减排潜力巨大， 市场 广阔， 在当前还是应该加强 CDM 在建筑领域应用的 研究， 开发适用于建筑领域的方法学， 进行规划方案 下清洁发展机制 简称 PCDM 项目的尝试， 培养该领 域内专业技术人才， 完善相关规章制度， 进行建筑类 CDM 项目试点开发。 4实现低碳交通 由于我国汽车保有量的迅速增加， 城市交通拥堵 现象日趋严重， 同时也伴随着大量的尾气污染、 噪音 污染和温室气体排放。20002009 年全国私有汽车 拥有量见图 1。 611 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 图 120002009 年全国私有汽车拥有量［15 ］ 4. 1通过城市的合理规划减少交通负荷 由于我国人多地少， 业已形成了集约型城市， 新 的城市规划仍然应以集约型城市为目标。合理的规 划不仅可方便市民的生活， 还可通过减少出行距离， 减轻道路负担， 同时也有了利于人们采用步行和自行 车出行这样的绿色交通方式。这方面的方法有建设 功能齐全的小型化居住街区、 建设兼有办公和居住的 混合功能街区、 根据出行强度布置企事业单位等 ［16］。 4. 2限制小汽车的使用 小汽车不仅动态占用道路面积大、 道路通过率 低， 是城市交通拥堵的主要原因， 而且在各种出行方 式中人均能耗最大、 人均碳排放最大的一种。限制小 汽车的使用是建设城市低碳交通， 解决城市交通问题 的根本途径。这几年我国小汽车年消售量迅速上升， 已经超过美国成为全球最大的汽车消费市场。政府 应当及早制定政策， 否则城市交通将迅速恶化并伴随 大量的温室气体排放。 4. 3构建便捷的城市公共交通网 限制小汽车要和建设便捷公共交通结合起来， 使 人们能够享受便捷的现代化交通。完善现代化的交 通网络包括发展地铁、 轻轨等轨道交通， 完善城市公 交车网络， 改善换乘和不同交通方式之间的衔接， 降 低公共交通使用费用等方面。 4. 4鼓励绿色交通方式 步行和自行车出行本身是不产生碳排放的绿色 交通方式。但是这些年来随着城市道路的变迁， 机动 车道占据了城市道路中更多的空间， 压缩了非机动车 和人行道的空间， 绿色出行的环境越来越差。我们应 该给步行和自行车出行以新的定位， 鼓励这种健康环 保的出行方式， 保证步行、 自行车出行的道路空间， 建 立完整路网。在混行道上确立行人优先和自行车优 先原则。 5建筑垃圾的回收利用 在建筑的报废回收期和新建建筑的施工过程中 会产生大量的建筑垃圾， 将建筑垃圾回收处理后再重 新利用既能保护天然资源， 又能降低建筑垃圾对环境 的影响。建筑垃圾包括砂石、 砖瓦、 混凝土块、 木料、 玻璃、 陶瓷、 塑料、 金属等。经过分拣， 不同的材料可 以分别回收处理， 如废木料经加工再利用或用于制造 中密度纤维板、 废金属送钢铁厂或有色金属冶炼厂回 炼。而废弃砖、 瓦、 混凝土经破碎、 筛分、 分级、 清洗后 作为再生骨料， 可以用于建筑物地基回填、 道路垫层、 混凝土结构工程， 以及制作砌块等建材产品 ［17］。 但是目前我国的建筑垃圾除经过简单分拣就可 以直接回收利用的以外大多是以堆放或填埋的方式 进行处理， 回收利用率很低。究其原因主要是由于我 国资源税一直偏低， 再生材料制成的产品价格高于用 天然原料制成的产品， 回收利用的企业无利可图。建 筑垃圾资源化仍需政策的引导。 6增加城市碳汇 碳汇就是植物吸收大气中的 CO2并将其固定在 植被或土壤中的过程。受条件限制， 植被在城市中数 量有限， 但其作用不容忽视， 除了固定 CO2之外， 还 能起到美化环境、 吸收有害气体、 遮阳、 导风、 阻滞雨 水的作用。 城市化改变了原有的地表形态， 造成了植物碳储 量的减少。迅速进行的城市化使原有的农田、 草地、 林地变成房屋、 道路和硬化的地面， 固定在植物中的 碳被释放出来。在城市中种植植物可以部分抵消城 市化产生的碳排放。 通过造林、 植草方式吸收固定 CO2， 其成本要远 低于工业活动减排的成本。国际社会高度重视植被 在减缓与适应气候变化中的功能与作用。城市绿化 不仅能够保护和改善了中国的生态环境， 也能够为减 缓气候变暖作出贡献。 参考文献 ［1］蒋家超， 李明， 赵由才． 工业领域温室气体减排与控制［M］． 北 京 化学工业出版社， 2009． ［2］中国科学院可持续发展战略研究组． 2009 中国可持续发展战 略报告［M］． 北京 科学出版社， 2009． ［3］蔡博峰， 曹东， 周颖， 等． 中国水泥企业能源消耗特征分析［J］． 环境工程， 2010， 28 2 123- 126． ［4］杨天钧， 张建良， 左海滨． 节能减排低碳炼铁实现中国高炉生产 的科学发展［J］． 中国冶金， 2010 7 1- 7． 下转第 109 页 711 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 表 4噪声防治措施分析 措施名称适用情况降噪效果优点缺点 住户搬迁， 房屋 另作他用 将超标严重的个别 住户搬迁到不受噪 声影响的地方 很好降噪彻底， 可以完全消除噪声影响， 但仅适用于零星分散超标的住户 费用较高， 适用性受到限制， 且对居 民生活产生一定的影响 声屏障超标严重， 距离公路 很近的集中敏感点 5 ～ 15 dB［6 ］效果很好， 且应用于公路本身， 易于 实施且受益人口多 投资较高， 某些形式的声屏障对景观 产生影响 隔声窗分布分散影响严重 的村庄 ＞ 25 dB［7 ］效果很好， 费用适中， 适用性强， 对居 民生活影响小 要求房屋结构好， 且难于实践 绿化适用于噪声超标不 十分严重， 有植树条 件的集中村庄 10 m 宽的复合树林 带可降噪 6 ～ 10 dB［5 ］ 既可降噪， 又可净化空气， 美化路容， 改善生态环境 要达到一定的降噪效果需较长的时 间， 降噪效果季节性变化大且投资较 高， 而且需要征用一定的土地， 在土 地比较珍贵的地区适用性受到限制 多空隙沥 青路面 适用于新建改扩建 道路 3 ～ 8 dB［6 ］由于材 料 孔 隙 率 高， 不 但 能 降 低 噪 声， 还能提高排水性能， 在雨天能提 高行驶的安全性。 在其他路面结构层上铺筑一层具有 很高孔隙率的沥青混合料， 但只是投 资较高。 4结语 人们在探索城市交通环境保护的最佳有效途径 时， 需要认真考虑城市交通发展与环境保护之间的关 系 ［8］。由于模式预测是在一定的假设条件下进行 的， 并受车流量和车速等因素的限制， 噪声值具有一 定的不确定性; 为了保护环境敏感点声环境质量， 建 议公路路网运行后加强环境敏感点的噪声监测， 有针 对性地采取声环境保护措施。 参考文献 ［1］HJ 2. 42009． 环境影响评价技术导则 声环境［S］． ［2］黄庆， 杨凯， 高洁． 对环境影响评价中常用的几种公路交通噪声 预测模式的适用性研究［J］． 四川环境， 2009， 28 4 45- 51． ［3］GB 30962008． 声环境质量标准［S］． ［4］张国滨． 世行贷款 MY 市 路 网 建 设 项 目 环 境 影 响 评 价 研 究 ［D］． 成都 四川大学， 2003． ［5］罗海霞， 丁建生． 复合式绿化林带在港区边界噪声防治中的应 用［J］． 交通环保， 2009， 24 4 46- 47． ［6］王娜． 西安市南郊道路交通噪声污染评价研究［D］． 西安 陕西 师范大学， 2008． ［7］张潞， 周莹， 回蕴珉． 城市轨道交通的噪声及控制对策［J］． 城 市环境与城市生态， 2003， 16 71- 73． ［8］张翊． 城市交通网络环境影响评价研究［D］． 长沙 湖南大学， 2006． 作者通信处王小妹730000甘肃省兰州市天水南路 222 号兰州 大学齐云楼 0801 室 E- mailwangxm0207 163． com 2011 － 11 － 15 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 117 页 ［5］徐匡迪． 低碳经济与钢铁工业［J］． 钢铁， 2010 3 1- 12． ［6］韩庆礼， 黄衍林， 周守航， 等． 低碳经济下钢铁行业二氧化碳排 放的综合控制技术［J］． 新材料产业， 2010 6 24- 26． ［7］王萌， 苏艺． 钢铁工业节能减排技术及其在国内的应用［J］． 环 境工程， 2010， 28 2 59- 62． ［8］郭秀键， 舒型武， 梁广， 等． 钢铁企业含铁尘泥处理与利用工艺 ［J］． 环境工程， 2011， 29 2 96- 98． ［9］朴星君， 朱桂林， 孙树杉． 钢铁渣粉对混凝土中钢筋的保护作用 ［J］． 环境工程， 2011， 29 3 91- 94． ［ 10］王青莉． 青海省水泥行业的节能减排及固废利用分析［J］． 青 海环境， 2009 3 117- 119． ［ 11］马传喜． 低碳经济与建筑选材［J］． 四川建筑， 2011， 31 2 1． ［ 12］沈金箴． 解决 “短命建筑” 问题不能就建筑论建筑［J］． 城市发 展研究， 2008， 15 2 117- 121． ［ 13］龙惟定， 武涌． 建筑节能技术［M］． 北京 中国建筑工业出版社， 2009． ［ 14］郝斌， 林泽． 建筑节能领域应用清洁发展机制研究［J］． 暖通 空调， 2009， 39 11 17- 20． ［ 15］中华人民共和国统计局． 中国统计年鉴 2010 ［M］． 北京 中国 统计出版社， 2010． ［ 16］山中英生， 小谷通泰， 新田保次． 城市交通中存在的问题及其对 策［M］． 北京 中国建筑工业出版社， 2009． ［ 17］王健， 李懿． 建筑垃圾的处理及再生利用研究［J］． 环境工程， 2003， 21 6 49- 52． 作者通信处侯纲455000河南省安阳市文峰区弦歌大道 436 号 电话 0372 3300045 E- mailMrhougang sina． com． cn 2011 － 11 － 24 收稿 901 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期