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本报文章:什么是零碳气象资源?如何实现全年“零碳居住”?

时间:2022-12-08 15:13人气:来源: 中国环境报

实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,涉及生活的方方面面,探索各行各业的碳中和之路,是迫在眉睫的任务。笔者认为,开发利用好人居环境中的零碳气象资源,是人居领域能否率先走上碳中和之路的关键。

冷暖工程是人居环境中的主要碳源。人类生活的适宜温度是相对恒定的,太冷或太热都要借助技术手段来改善居住条件,以获得适宜温度,而这个过程需要碳排放。换句话说,人居环境中碳排放的多寡,实际上取决于自然气象条件与人类适宜气象条件的差异,这个差异越大,人居环境的碳消耗也就越大。

从碳排放角度看,气象条件本身就是一种资源,它从根本上决定了一个地方人居环境的碳排放强度,并由此派生出“零碳气象资源”的概念。狭义的“零碳气象资源”可以看作是大气环境资源的一部分,指某地全年不需要碳排放即可维持适宜气象条件所占的时长,它涵盖气温、比湿和风环境等要素。

考虑到人体的适宜气温,可以将某地一年中气温处于18℃—27℃之间的时长看作“零碳气象资源”的绝对量,在此期间,适宜人居环境的维持处于零碳状态。

进一步考虑现代建筑的作用,按照目前的平均水平,高温时段室内外温差约为3℃,低温时段室内外温差约为5℃。虽然不同城市、不同气候类型这个数据可能有所不同,但我们仍不妨将气温处于13℃—30℃之间的时长定义为人居“零碳气象资源”的基准线。这是普通建筑在零碳条件下可以维持适宜温度的气温区间。这意味着,现代建筑技术,人为地将“零碳气象资源”向上争取了3℃,向下争取了5℃。

那么,能否继续争取呢?这是“双碳”背景下现代建筑体系需要回答的问题。相关资料显示,高标准的建筑设计,可以将高温时段室内外温差提高到5℃,将低温时段室内外温差提高到8℃。基于这种考虑,我们可以将气温处于10℃—13℃和30℃—32℃的时段,定义为“零碳气象资源”的可开发量,因为在这个气温区间,通过建筑改良,仍可以实现零碳居住。

建筑工艺水平的作用发挥完毕后,似乎还有不少时间无法实现零碳居住。接下来就要从碳中和的角度来考虑了。

实现碳中和大致有两个思路:一是整个活动过程中产生的碳量,被以其他形式的碳汇给固定下来了,如生物固碳、碳捕捉等;二是整个活动过程中使用的碳,是绿色可以循环的碳,如使用绿色能源等。

一个地区的人居“零碳气象资源”,从碳中和角度来说,首先要考察这一地区的太阳能资源。高于32℃、低于10℃的时间,采用制冷和取暖技术所消耗的能源有多大,此地的太阳能资源在现有技术条件下是否可以补偿,是需要进一步挖掘的问题。如果太阳能资源足以抵消取暖和制冷的能耗,则说明这一地区具有实现“零碳居住”的潜力。

例如,江苏某地的“零碳气象资源”绝对量为2506个小时,占全年比例28.61%。“零碳气象资源”基线为4586小时,占全年比例52.36%。也就是说,这里全年有一半以上的时间处于“零碳居住”状态。此地的“零碳气象资源”可开发量为1040小时,占全年比例11.87%。这说明,如果进行一次建筑技术升级,“零碳居住”时长可以提升1000多个小时,节约10%以上碳排放。此地需要制冷和取暖的时长为3133小时,占全年比例35.77%。

这一部分时间如果想实现“零碳居住”,则需要通过碳中和来完成。再对此地的太阳能资源进行统计,发现太阳能资源约为1354千瓦时/平方米·年,按照2.5的容积率(高层住宅)计算,人居太阳能资源约为540千瓦时/平方米·年,按照15%的利用率估算,人居太阳能资源约为81千瓦时/平方米·年。要实现3133小时的制冷和取暖,按照现行民用建筑供暖通风与空气调节设计规范的能耗估算,大约需要62.7千瓦时/平方米·年的能耗。到这里我们大致就会明白,如果再加上太阳能的碳中和,江苏此地的人居“零碳气象资源”量就超过了8760个小时,完全有条件实现全年的“零碳居住”。

大自然是人类赖以生存发展的基本条件。尊重自然、顺应自然、保护自然,是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。在实现碳中和的道路上,我们首先要做的就是从自然界中找答案。

事实上,人居环境中的“零碳气象资源”比想象中要丰富得多。我国早在工业革命之前,就对“零碳气象资源”的开发利用做了很多探索,积累了丰富的经验。传统建筑的选址、设计、工艺和材料,附属设施的构造,无不透着古人对天然气象条件利用的智慧。只是现代技术的快速更迭,经济的迅速发展,城镇化的推进,让我们一时无法静下来思考这个问题。

在人居“零碳气象资源”的框架下,对居住环境的减碳任务进行逐步分解,碳中和的任务就显得没有那么困难。一个地方,一年有多少个小时的“零碳气象资源”,有多少小时的冷暖需要通过分布式光伏电站来中和,本地的太阳能资源够不够,是否具备建设“零碳小区”的天然条件,或将成为地方政府需要关注的问题。因为它关系到本地碳中和任务的完成和国家碳中和目标的实现。

随着更多的气象和环境卫星上天、地面监测网络不断完善,我国已经完全有能力进行全方位精细化的“零碳气象资源”摸底统计,并在此基础上确定“零碳居住气候区”,优先在“零碳气象资源”相对丰富的地区推动“零碳小区”试点建设工程,探索人居领域的碳中和之路。

作者系粤港澳大湾区气象监测预警预报中心副主任、深圳气象创新研究院副院长

编辑:孙诩 签发审核:杨凡