中国住宅建筑需求侧解决方案的减排与成本节约潜力研究

作者及机构
本研究的核心团队由Kairui You（北京理工大学能源与环境政策研究中心）、Yan Li（香港理工大学建筑环境与能源工程系）、Weiguang Cai（重庆大学管理科学与房地产学院）等来自中国、美国、荷兰多所高校及研究机构的学者共同组成，研究成果于2025年发表在*Nature Communications*期刊（DOI: 10.1038/s41467-025-62675-0）。

学术背景
建筑部门贡献了全球近40%的二氧化碳排放，其中中国住宅建筑（Chinese Residential Buildings, CRB）的排放量占全国总量的30%，相当于整个欧盟的排放规模。尽管供应侧（如能源结构调整）的减排努力持续进行，但快速增长的建筑需求可能抵消这些成果。在此背景下，研究团队提出需求侧解决方案（Demand-Side Solutions, DSS），通过避免（Avoid）、转换（Shift）、改进（Improve）三类措施调控建筑对上游供应链（如建材生产、施工、能源供应）的需求，以实现深度减排。研究目标包括：(1) 构建覆盖建筑全生命周期的LCA-ASI（生命周期评估-避免转换改进）分析框架；(2) 量化不同DSS情景下的减排与成本节约潜力；(3) 探索中国城乡住宅建筑实现碳中和的路径差异。

研究方法与流程
1. LCA-ASI框架构建
- 需求侧措施分类：将11项DSS措施分为7项避免措施（如限制建筑存量、延长建筑寿命）、2项转换措施（如采用低碳家电、优化建筑结构）、2项改进措施（如提升家电能效、建筑光伏利用）。
- 多部门耦合模型：开发基于存量驱动流（Stock-Driven-Flow, SDF）的终端技术模型，动态关联建筑生命周期（新建、使用、拆除）与上游供应链（建材、运输、能源等）的碳排放和成本。模型首次整合了水泥碳化（cement carbonation）的碳汇效应，并纳入16个关键供应侧参数的不确定性分析（蒙特卡洛模拟）。

1. 情景设计与数据来源

   • 情景设置：模拟11项单措施情景及9类组合情景（如全措施高/中/低水平、仅避免/转换/改进措施优化），以基准情景（无DSS干预）为对照。
     
   • 数据基础：结合中国统计年鉴、建筑能耗调查报告、EnergyPlus模拟结果及电商平台成本数据，覆盖中国城乡三类气候区（北方、过渡、南方）的住宅建筑。
     

2. 分析流程

   • 排放计算：分五部分量化碳排放——建筑运行（57%占比）、建材生产、建筑施工、材料运输及水泥碳汇。
     
   • 成本评估：核算建材、能源、家电等全生命周期成本，采用净现值（NPV）分析（折现率6%）。
     

主要结果
1. 减排潜力
- 最优成本效益情景（PCE）：2020–2060年累计减排47%（42.21 Gt CO₂-eq），净现值成本节约16%。其中建筑运行减排贡献56%，建材生产减排40.6%。
- 关键措施：低碳家电转换（M9）潜力最大（累计减排13.86 Gt），而延长建筑寿命（M2）具有双重效应——减少建材需求但锁定低效运行能耗。
- 城乡差异：农村住宅可通过DSS在2050年前实现碳中和（概率99.97%），而城市住宅需依赖碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）技术填补“最后一公里”缺口（2060年剩余排放334±102 Mt）。

1. 成本效益

   • 避免措施优势：通过行为调整（如降低采暖温度设定）实现13.7%的NPV节约，而转换和改进措施因技术升级成本可能增加支出（如S2情景NPV上升2.4%）。
     
   • 长期收益：建筑光伏（M7）和围护结构改造（M4）在2040年后显现成本优势，但大规模旧建筑能效改造（M5）因边际效益递减不具经济性。
     

2. 不确定性分析

   • DSS可将2060年排放不确定性从±346 Mt（基准情景）降至±96 Mt（最优减排情景），显著降低对供应侧脱碳进程的依赖。电力部门化石能源占比是最大不确定源。
     

结论与价值
1. 科学意义
- 首创LCA-ASI框架，突破传统研究仅关注建筑-能源部门互动的局限，揭示DSS对多供应链的异质性影响。
- 证明需求侧措施能通过“需求脱钩”缓解供应侧高压技术（如绿氢、碳捕集）的应用压力。

1. 政策启示
   
   • 优先推广低碳家电（如热泵、LED）和绿色行为干预（如分户计量），针对北方老旧建筑实施定向围护改造。
     
   • 需协调建筑电气化与电力部门脱碳节奏，避免因当前高电力排放因子导致的短期排放反弹。
     

研究亮点
1. 方法创新：将静态生命周期评估（LCA）扩展为动态系统模型，整合成本-减排双目标优化。
2. 发现突破：首次量化中国农村住宅仅通过DSS实现碳中和的可能性，为区域差异化政策提供依据。
3. 跨学科视角：融合建筑科学、能源经济与行为心理学，提出“建筑代谢优化”概念以平衡寿命延长与能效升级的矛盾。

局限与展望
未来需进一步量化DSS对居民福祉（如健康改善）的影响，并开发行为干预与技术渗透的微观耦合机制模型。