Whole-life carbon emissions and material demand in the Swedish building stock: an archetype-based stock dynamics assessment

我们居住和工作的每一栋建筑都是两种不同能量的故事。一种是我们用来维持灯光亮起和室内温暖的能量，即每天流经墙壁的能量。另一种则是仅仅为了让建筑存在而消耗的能量。这第二种能量通常被称为“隐含能量”（embodied energy），它源于原材料的开采、水泥和钢铁的制造，以及将它们吊装到位时的重型机械。几十年来，建筑业气候行动的焦点几乎完全集中在第一种能量上：即提高建筑效率，使其在矗立期间消耗更少的燃料。但随着建筑物的隔热性能变得更好、运行更加清洁，隐藏在材料本身的能量正逐渐成为故事中更重要的部分。在像瑞典这样取暖系统已经变得更加清洁的地方，墙壁中混凝土和钢铁所产生的碳足迹现在已成为排放的主要来源。

为了理解如何解决这个问题，研究人员需要一种方法，不仅将整个国家的建筑存量视为单个房屋的集合，而是将其视为一个单一的、不断变化的系统。他们需要准确了解土壤中还有多少材料，目前正在使用多少，以及随着人口的增长或减少，这些数字将如何变化。这正是来自瑞典环境研究所和大学的一组研究人员所承担的挑战。他们建立了一个详细的数字化模型，追踪了从单户住宅到大型办公楼的整个瑞型瑞典建筑部门，并预测了从现在直到本世纪中叶，材料需求及其产生的碳排放将如何演变。他们的目标是观察当前的建筑业绿色化计划是否足以实现该国的气候目标，或者是否需要更激进的手段。

研究人员首先创建了一个“原型库”（archetypes），这些原型本质上是瑞典每种类型建筑的代表性模型。他们并没有试图测量每一栋房子，而是根据建筑的年龄、规模、位置以及建筑材料对其进行分组。对于现有建筑，他们观察了其用于供暖和制冷的能量消耗情况。对于新建筑，他们则深入一步，精确计算了每平方米建筑面积中所包含的混凝土、钢铁、木材和绝缘材料的数量。他们发现，混凝土是建筑界的“重量级冠军”。在一栋典型的公寓楼中，所使用的混凝土量巨大，甚至超过了所有其他材料的总和。在木框架结构常见的单户住宅中，混凝土的使用重量仍是木材的两倍，主要用于地基和底层地面层。对于办公室和学校等非住宅建筑，钢铁的作用更为显著，特别是在框架和柱子方面。

有了这张详细的现状图景，团队通过模拟来观察未来可能发生的情况。他们测试了几条不同的路径。一条路径是“照常经营”的情景，即建筑业继续按现状发展，仅伴随技术缓慢的自然进步。其他路径则更为激进，结合了材料生产方式的变化与材料使用方式的变化。一些情景侧重于清洁生产水泥和钢铁的工厂，例如使用碳捕集技术或转向电力和生物燃料。另一些情景则侧重于减少材料的使用，设计那些对混凝土需求较少的建筑，或者用木材等更轻、更具可再生性的材料替换沉重的材料。

结果显示，尽管随着人口增长放缓，总体的建筑活动可能会减慢，但对混凝土的需求仍将保持顽固的高位，除非采取特定措施。即使在最乐观的情景下，混凝土仍然是最主要的材料。然而，研究发现，我们生产和使用这些材料的方式会对气候产生巨大影响。如果该行业仅仅维持现状，建筑施工产生的排放量虽然会下降，但速度非常缓慢。但如果该部门将更清洁的生产方法与更智能的设计（即减少材料使用）相结合，到2045年，新建筑的排放量可以减少90%以上。

这种减幅令人印象深刻，但研究人员发现了一个关键的陷阱。即使解决了建筑端的方程，整个建筑部门也无法达到零排放状态。原因是建筑在整个生命周期内用于供暖和制冷的能量排放仍然显著。研究表明，虽然到2045年可以实现建筑施工排放量减少90%，但这还不足以实现碳中和。要实现真正的中和，该行业必须同时攻击这两个方面的问题：使材料更清洁，并减少材料的使用，同时还要确保运行建筑的能源完全脱离化石燃料。根据他们的模拟，最有效的路径是将工业生产电气化与积极设计低资源消耗建筑相结合。

研究人员还观察了最大的机遇在哪里。他们发现，公寓楼的地板层和墙壁是混凝土的最大消费者，这表明改变这些特定部分的建造方式可以带来最大的节约。他们指出，虽然实现这些变化的各种技术已经存在，但真正的障碍往往在于行业运作的方式。关于建造什么以及如何建造的决策往往是在孤岛中做出的，建筑师、工程师和建筑商之间未能过早地协作，以寻找最有效的解决方案。研究表明，实现这些气候目标需要一场文化转变，即整个价值链需要通力合作，从建筑的第一张草图开始就优先考虑低碳选择。

最终，这篇论文描绘了一个处于必要转型边缘的行业清晰图景。大幅降低瑞典建筑碳足迹的工具已经具备。模拟显示，建筑施工排放量减少90%在技术上是完全可能的。然而，研究结论认为，这些工具本身不足以解决建筑部门整个气候拼图。如果没有对消费模式进行更深层次的改变，并同时实现驱动我们家园的能源系统的脱碳，实现完全气候中和建筑存量的目标将依然遥不可及。前行的道路不仅需要更好的技术，还需要一场协调一致的努力，即学会使用更少的材料、更智能地建造，并用清洁能源来支撑我们的生活。