粤港澳大湾区住宅建筑用能电气化实施路径研究

粤港澳大湾区住宅建筑用能电气化实施路径研究

丁可[1] 王智 路逸晴 黄志锋

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500）

摘要：粤港澳大湾区是我国经济最发达的区域之一，也是建筑能耗与碳排放最高的地区之一。粤港澳大湾区住宅建筑的用能形式主要是电力和天然气，研究发现建筑用能类型向电力转变，是实现住宅建筑节能降碳的重要方式。从住宅建筑家庭用能特点出发，本文提出粤港澳大湾区住宅建筑用能电气化实施措施建议，促进粤港澳大湾区住宅建筑实现节能降碳目标，助力粤港澳大湾区实现建筑领域双碳目标。

关键词：粤港澳大湾区、住宅建筑、建筑节能降碳、用能电气化

Research on the Implementation Path of Residential Building Energy Electrification in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

Ding Ke  Wang Zhi  Lu Yiqing  Huang Zhifeng 

（Guangdong Provincial Academy of Building Research Group Co.，Ltd.  Guangzhou 510500,China）

Abstract: The Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area is one of China's most economically advanced regions, as well as one of those with the highest building energy consumption and carbon emissions. The primary energy forms used in residential buildings within the Greater Bay Area are electricity and natural gas. Research has revealed that transitioning building energy usage towards electricity is a vital approach to achieving energy conservation and carbon reduction in residential buildings. With a focus on the energy consumption characteristics of households in residential buildings, this article proposes implementation measures for electrification of energy use in residential buildings in the Greater Bay Area. These measures aim to facilitate the achievement of energy-saving and carbon-reduction goals for residential buildings in the region, thereby supporting the dual carbon targets (carbon peak and carbon neutrality) within the construction sector of the Greater Bay Area.

Key words: words:Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area; Residential Buildings; Building Energy Conservation and Carbon Reduction; Energy Use Electrification

0引言

2020年，我国提出将在2030年实现碳达峰，并在2060年实现碳中和的目标[1]。相比于一些发达国家提出的2050年实现碳中和的目标，我国设定的碳中和目标虽然有所推迟，但考虑这些发达国家基本已实现碳达峰，而我国需要在10年内实现碳达峰，并在30年内达成碳中和的目标，需要比这些发达国家实现更快速度的碳排放下降，这将是一个巨大的挑战。这一艰巨而伟大的目标实现，需要社会各界以及各个领域的共同努力和积极配合[2]。

建筑领域的碳排放是全社会碳排放的重要组成部分。清华大学建筑节能研究中心的数据显示，2021年中国建筑建造二氧化碳排放和运行相关二氧化碳排放占中国全社会CO2排放总量的比例约为33%[3]。因此，建筑领域的减排降碳工作对我国碳达峰、碳中和目标的实现至关重要。

随着城镇化发展，住宅建筑的比例也越来越高，2021年我国的民用建筑竣工面积中住宅建筑约占78%，城镇住宅的能耗约占建筑总商品能耗的四分之一[3]。随着我国经济社会的发展，居民的生活水平不断提高，住宅中的用能设备种类和数量也随之增多，可以预期未来住宅建筑的能耗将持续上升，这必将给建筑的节能降碳工作带来巨大挑战。

随着《粤港澳大湾区发展规划纲要》的发布与实施，粤港澳大湾区作为国家战略层面的重点发展区域，其建设和发展备受瞩目。粤港澳大湾区经济实力雄厚，人口密集，且持续增长，这对能源供应提出了更高要求。因此，在全国积极推动实现碳达峰碳中和目标的大趋势下，采取措施实现住宅建筑的节能减排是当前建筑节能降碳工作的重要内容。粤港澳大湾区积极探索住宅建筑用能结构优化和调整，对降低粤港澳大湾区建筑领域的能源消耗，实现节能降碳的目的具有重要意义。

1粤港澳大湾区住宅建筑用能结构分析

探索粤港澳大湾区住宅建筑用能结构调整方向，首先要对其用能结构现状进行分析。有学者研究分析了2000~2017年住宅建筑的能耗结构，发现建筑能耗用电比例从过去的40-50%大幅增加至70%左右，超过了液化石油气；液化石油气用量份额则从50%左右下降至20-25%；出现了较小份额的天然气用量；煤炭用量微乎其微，其份额已降至1%左右[4]。

广东省珠三角九市是粤港澳大湾区的重要组成部分，分析2018年至2022年广东省建筑能耗统计数据中，超过2万栋的居住建筑的用能特征（如图1所示），可知这五年期间，各年的样本住宅建筑主要用能形式是电力、天然气和液化石油气。其中，各年能耗中电力的使用比例占到了90~95%，天然气和液化石油气的使用比例占到了5%~10%，其中液化石油气的比例非常低，占比不超过0.02%。对2018年至2022年五年的样本住宅建筑总能耗进行统计分析（如图2所示），可知电力使用占比达到了93.22%，天然气使用占比达到了6.77%，液化石油气占比最低，仅为0.01%。

图1 广东省2018年至2022年各年能耗统计住宅项目的用能结构

图2 广东省2018年至2022年能耗统计住宅项目总用能结构

此外，在国家标准《民用建筑能耗标准》（GB/T 51161-2016）中的“4.2居住建筑非供暖能耗指标”章节，对各气候分区的居住建筑非供暖能耗指标约束值进行了规定，如表1所示。

表1住宅建筑非供暖能耗指标约束值[5]

考虑到粤港澳大湾区属于夏热冬暖地区，该标准对于住宅建筑的能耗指标规定能够一定程度反映粤港澳大湾区住宅的用能结构。由表1可知，粤港澳大湾区住宅建筑的主要用能形式为电力和燃气，以一户家庭为例，其综合电耗指标约束值为2800[kW·h/（a·H）]，燃气消耗指标约束值为160[m3/（a·H）]。为了分析其中的用能结构，采用供电煤耗法（320gce/kWh）与供电气耗法（0.2Nm3/kWh）规定的转换系数对建筑能耗单位进行标准煤转换，得到住宅建筑综合电耗指标约束值对应的标煤数为896kgce/（a·H），燃气消耗指标约束值对应的标煤数为232kgce/（a·H），两者的比值为3.86：1，燃气的占比约为20.57%。

图3 《民用建筑能耗标准》反映的粤港澳大湾区住宅建筑用能结构

综上所述，粤港澳大湾区住宅建筑的能源消耗类型主要是电力、天然气和液化石油气，其中，以电力使用为主，占建筑总能耗的80%~90%，天然气和液化石油气的使用比例较低，占比约为10%~20%。且近年来，随着管道燃气的推广，液化石油气在住宅建筑中的应用比例越来越低，只占总能耗约0.01~0.02%。

2 粤港澳大湾区电力与燃气单位碳排放对比分析

由上一章的分析可知，粤港澳大湾区住宅建筑的用能主要由电力、天然气和液化石油气组成。其中，液化石油气因占比非常低，几乎可以忽略不计，故在下文的讨论中，主要以电力和天然气作为住宅建筑的用能类型。对用能结构进行调整，需要对两种能源形式的碳排放强度进行对比分析，将建筑用能向碳排放强度较小的能源方式转变。因此，对比分析两种能源形式在产生相同能量的情况下，所释放的二氧化碳的排放量，以指导在建筑降碳的目标下，能源形式的选择和优化方向。

2.1 天然气单位碳排放

为了在同一基准下对比天然气与电力的碳排放量，将天然气单位碳排放定义为天然气释放1公斤标准煤的能量，所释放的CO2质量，计算公式如式（1）所示。

               式（1）

其中：——天然气单位碳排放，kg CO2/kgce；

      ——天然气平均低位发热量；

      ——天然气单位热值CO2排放因子，tCO2/TJ;

——天然气折标准煤系数，kgce/m3。

根据《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366-2019）中“附录A主要能源碳排放因子”，可知天然气的碳排放因子如表2所示。

表2 天然气碳排放因子[6]

根据《综合能耗计算通则》（GB/T 2589-2020）中“附录A各种能源折标准煤系数（参考值）”，可知天然气的折标准煤系数（参考值）如表3所示。

表3 天然气折标准煤系数（参考值）[7]

将上述天然气相关数据代入式（1）计算可知天然气单位碳排放为1.62773~1.62774kg CO2/kgce，为对比计算的方便，下文取天然气单位碳排放为1.627735 kg CO2/kgce。

2.2 电力单位碳排放

将电力单位碳排放定义为用电释放1公斤标准煤的能量，所释放的CO2质量，计算公式如式（2）所示。

               式（2）

其中：——电力单位碳排放，kg CO2/kgce；

      ——电力平均碳排放因子，kg CO2/（kW·h）;

      ——电力折标准煤系数（等价值），kgce/（kW·h）。

由于香港和澳门地区的电力供应以外购电为主，研究其本地电力碳排放因子的意义不大，再考虑到粤港澳大湾区主要以广东省珠三角地区为主，因此对于电力单位碳排放的研究，以广东省作为粤港澳大湾区的代表地区进行分析。根据相关政府管理部门公布的广东省电力碳排放因子，运用式（2），计算可得2011~2020年各年的粤港澳大湾区电力单位碳排放，计算结果如表4所示。

表4 2011~2020年电力单位碳排放

2.3 单位碳排放对比分析

将2011~2020年各年的电力单位碳排放与天然气的单位碳排放1.627735 kg CO2/kgce对比，分析结果如表5所示。

表5 2011~2020年天然气和电力单位碳排放对比分析

图4 广东省2011~2020年电力与燃气单位碳排放对比图

分析可知除2011年和2013年以外，2011~2020年其它年份的粤港澳大湾区电力单位碳排放均低于天然气的单位碳排放值，且自2017年起，电力单位碳排放呈现逐年降低的趋势，2017年比天然气单位碳排放低约12.42%，该降低幅度逐年增大，到2020年该降低比例达到了约21.23%。

随着未来可再生能源发电进一步发展，清洁电力占发电比例越来越高，电力碳排放因子也将进一步降低[8]，则电力单位碳排放也将越来越低，相较于天然气单位碳排放的差距也将越来越大。因此，从降低碳排放的角度看，应进一步降低建筑天然气的使用比例，积极推动住宅建筑用能向电气化发展。

3 粤港澳大湾区住宅建筑用能电气化实施建议

粤港澳大湾区住宅建筑用能电气化的推广，即在粤港澳大湾区住宅中更多地使用电力作为能源，替代传统的化石燃料（如天然气、液化石油气等），对于减少粤港澳大湾区住宅建筑碳排放，促进实现建筑领域碳达峰碳中和目标具有重要意义。由第二章的分析可知，对于粤港澳大湾区，住宅建筑的能源消耗主要是电力和天然气。其中天然气主要用于以下两个方面：一个是厨房炊事，尤其是在粤港澳大湾区，粤菜的烹饪方法往往对火候有较高的要求，当地传统居民比较习惯采用燃气炉作为炒菜工具。另一个是生活热水供应，该地区居民习惯每天洗澡，对于生活热水有较大的需求，而大部分家庭采用的是燃气热水器作为生活热水的供应源。因此，要推动住宅建筑用能电气化改造，应重点针对厨房炊事和生活热水供应这两个方面开展电能替代方式研究，并提出具体的实施路径。

3.1 厨房炊事电气化

3.1.1 实施难点分析

厨房作为家庭日常能源消耗的重点区域，其用能电气化的推广对于节能减排具有重要作用。然而，在推广过程中，也面临着一些挑战和困难，主要集中在以下几个方面。

（1）使用成本问题

电灶、电烤箱、电磁炉等电气化厨具的初次购置成本通常高于传统燃气炉等设备，尤其是在已经铺设了燃气管道的住宅中，改造成电气化的炊事设备的成本更高。因此，居民在选择炊事灶具时，更倾向于选择成本更低的燃气灶具。而且，相较于使用燃气，使用电力在使用成本上并没有太大优势。

（2）烹饪习惯

粤港澳地区的传统居民习惯了使用燃气炉进行烹饪，认为燃气火候控制更直观、灵活，对电气化厨具的烹饪效果持怀疑态度。另外，尽管现代电气化厨具在不断进步，但某些高端烹饪需求的用户可能仍认为电气设备在烹饪效果上不如燃气设备。

（3）用电负荷冲击

新增的电气化厨具增加了家庭的用电负荷，一些老旧住宅小区或老旧的房屋的电路设计，未考虑大功率家庭电器的使用，而无法承受新增的电气化厨具使用带来的负荷冲击，影响设备的正常使用。

3.1.2 实施措施建议

针对上述的家庭厨具电气化实施难点分析，提出以下的实施措施建议。

（1）政府补贴与政策支持

政府可以提供购买电气化厨具的补贴等优惠政策，降低消费者初期投入成本，也可以结合“以旧换新”的政策，鼓励居民更换已有一定使用年限的燃气灶具。同时，探索厨房用电分项计量和计费，对厨房用电电价给与优惠，降低电力成本，提高电气化厨具的经济性。

（2）推广高效厨具设备

推广高效的家庭炊事电气化产品，鼓励企业研发更多高效节能、操作便捷、功能多样的电气化厨具，开发模拟燃气灶具火焰烹饪方式的电气化厨具，满足不同用户的烹饪需求，提高用户体验。并且通过标准制定和认证体系确保产品质量，进一步降低厨具用电功率和能耗[10]。

图5 电气化厨具

高效电炉灶是指采用先进技术和设计，以电为能源，相比传统电炉灶能更高效地转换电能为热能，从而达到快速加热、精准控温且能效比高的烹饪设备。一些高效炉灶的热效率可以达到60%以上。由于高热效率，高效电炉灶在使用时能够更快地将电能转化为热能，减少能量的浪费，从而达到节能的目的。高效电炉灶在使用过程中，由于燃烧更加完全，产生的废气和污染物较少，对环境的影响也相对较小。高效电炉灶的推广有助于家庭厨房用能电气化的进程。

（3）预留用电负荷扩展的电路设计

新建的住宅建筑，各户应预留电气化厨具的安装位置以及相关接口，房屋用电线路设计时，也应充分考虑后期增加电气化厨具等大功率用电设备的需求，确保用电负荷的富余和用电设备的安全。

3.2 生活热水电气化

3.2.1 实施难点分析

生活热水用能电气化，主要是指使用热泵等电气设备来替代传统的燃气热水器，是提高能源效率和减少碳排放的有效途径。但在推广过程中，同样面临一些难点。

（1）使用成本问题

与厨具电气化类似，热泵等电气化热水器的购买及安装成本往往高于传统燃气热水器，尤其对于已有燃气设施的家庭来说，改造成本更高。居民往往因成本问题而缺少选择电气化热水器的意愿。

（2）设备认知与接受度

居民可能对空气源热泵热水器等新型电气热水设备的性能、使用成本和维护成本，以及使用寿命都不够了解，不敢贸然尝试，从而影响其购买意愿[11]。

（3）安装位置受限

空气源热泵热水器相对于传统的电热水器或燃气热水器来说，体积相对较大。这是因为它不仅包含有类似传统热水器的水箱部分，还额外配备了室外机，这些组件使得整体占地面积和体积增加。这样的尺寸对于安装环境有一定的要求。对于空间有限的家庭，安装空气源热泵热水器可能会遇到空间紧张的问题。

3.2.2 实施措施建议

针对上述的生活热水电气化实施难点分析，提出以下的实施措施建议。

（1）政府补贴与政策支持

政府可以针对能效较高的热泵热水器进行专项财政补贴，降低居民购买成本，刺激居民购买和使用医院，也可以结合“以旧换新”的政策，鼓励居民更换已有一定使用年限的燃气热水器，既提高安全性，也降低碳排放。

（2）公众教育与宣传

通过媒体、社区活动等多种渠道加强对空气源热泵等高效电气化热水设备性能、经济效益和环保优势的宣传，举办体验活动，提高消费者认知和接受度。

（3）技术创新与产品多样化

鼓励企业研发更高效、低成本的电气化热水设备产品，提供多种容量和功能选择，满足不同家庭的需求。例如空气源热泵热水器，它是一种高效节能的热水设备，利用空气中的热量制备热水。其工作原理是通过热泵循环系统，从低温热源（如空气）吸取热量，并将其转移到水中，以此来制取生活用热水。空气源热泵热水器的优势在于其高能效比，有研究表明[12]，空气源热泵热水器的热效率可达到300%~500%，较传统电热水器和燃气热水器高出3~4倍，可以在粤港澳大湾区住宅建筑中大力推广应用。同时，鼓励企业继续开展技术和产品的迭代开发与研究，最大限度压缩电气化热水设备的尺寸，降低空间的限制和要求，提高安装的便利性。

图6 空气源热泵热水器

（4）安装空间预留

新建的住宅建筑，各户应预留空气源热泵热水器等电气化热水设备的安装位置和线路以及相关接口，便于后续设备的安装和使用。

4 总结

综上所述，本文通过对粤港澳大湾区住宅建筑的用能结构进行分析，并对天然气和电力单位碳排放进行对比分析，得到以下几点结论与建议：

（1）粤港澳大湾区住宅建筑的用能类型主要是电力和天然气。其中：电力的占比达到80%以上，是最主要的能源类型。

（2）自2017年起，以广东省为代表的粤港澳大湾区电力单位碳排放呈现逐年降低的趋势，2017年比天然气单位碳排放低约12.42%，该降低幅度逐年增大，到2020年该降低比例达到了约21.23%。随着未来可再生能源发电进一步发展，电力碳排放因子也将进一步降低。积极推动住宅建筑用能电气化改造，是降低建筑碳排放的重要举措。

（3）对于粤港澳大湾区的住宅建筑，其用能电气化的主要路径应集中针对厨房炊事和生活热水供应两个方面，其中，厨房炊事用能电气化推广面临初期成本投入高、烹饪习惯难改以及用电负荷冲击的难点。针对这些问题，建议通过政府补贴与政策支持、推广高效厨具设备和预留用电负荷扩展的电路设计等措施，推动厨房炊事电气化实施。而生活热水用能电气化推广面临初期投入高、设备认知与接受度低、安装位置受限等难题。针对上述难题，建议通过政策引导、公众教育与宣传、技术创新与产品多样化以及安装空间预留等措施，积极推动空气源热泵等高效热水供应设备替代传统的燃气热水器。

参考文献

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[6]建筑碳排放计算标准:GB/T 51366-2019.[S].北京:中国建筑工业出版社,2019.

[7]综合能耗计算通则:GB/T 2589-2020.[S].北京:中国标准出版社,2020

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[11]王瑰晴.北京市城镇家庭厨房用能电气化推广难点和建议[J].环境与生活,2021(10):70-72.

[12]王珊珊,侯隆澍,丁洪涛.我国建筑终端电气化发展存在问题及对策建议[J].建筑科学,2024,40(02):78-83+93.

作者简介：丁可（1985—），男，本科，高级工程师，主要从事绿色建筑与建筑节能降碳研究工作。

基金项目：工程建设标准化基础研究项目“粤港澳大湾区低碳零碳建筑关键性能指标及技术体系研究”

E-mail:184763861@qq.com