林波荣：双碳目标下健康城市科技创新思考 

2021年10月18日，由清华大学中国新型城镇化研究院、清华大学万科公共卫生与健康学院、清华大学健康中国研究院联合主办的《清华城市健康设施指数》发布会在京举行。本期内容为清华大学建筑学院副院长林波荣教授在发布会上所作的《双碳目标下健康城市科技创新思考》演讲。

林波荣，清华大学建筑学院教授、副院长

01 3060双碳目标——巨大的挑战和机遇

双碳目标的提出，对于我国来说是一个巨大的挑战，也是一个巨大的机遇。全世界已经有100多个国家提出碳中和目标，我国的双碳目标意味着未来能够有更多的创新机会。正如中国科技部部长王志刚在今年香山科学会议上说的，碳达峰、碳中和将带来一场由科技革命引起的经济社会环境的重大变革，其意义不亚于第三次工业革命。也有专家表示，中国过去40多年的发展主题是改革开放，之后40年的发展则离不开碳中和。

对于实现双碳目标，我们一方面要积极应对，一方面还要不忘初心。如下图所示，中国的碳减排总量是美国的两倍，是欧盟的三倍，而要实现目标，中国有30年，欧盟是71年，美国是43年。

然而，我国经济发展还没有与碳排放脱钩，人民群众的健康水平和民生的改善依然是一个迫切的需求，要想达到碳中和的挑战是尤其巨大的。

从中国、美国和欧盟28国的GDP与碳排放的关系图中我们可以看到，美国和欧盟的碳排放变化平稳，与GDP总量的增长形成了剪刀差，也就是他们的碳排放已经与GDP变化脱钩，而中国的GDP总量仍然是随着碳排放量的增长而增长的。从这一角度来说，我们实现双碳目标的压力非常大。

在碳排放量中，建筑建造（含房屋建造和基础设施建设）和运行相关的二氧化碳排放占比非常高，占全球总CO2排放的39%，其中建筑建造占全球的11%，运行相关碳排放占全球的28%。

建筑建造和运行相关二氧化碳排放占我国全社会总CO排放量的比例约为42%。因建筑规模大，我国建筑行业排放总量居全球首位，约为美国的1.25倍、欧盟28国平均值的1.3倍。如果在城市层面把交通和工业加进去，这个比例可以达到60-70%。相对应的，在考虑双碳目标的同时，统筹考虑城市健康目标，我们就可以有更多的机会和更高效的战略。

02 双碳目标下城镇化领域碳减排误区

目前谈论碳中和时，在城市角度存在三个误区。我们可以针对这些误区，思考对于城市健康以及科技创新应该做些什么样的探索。

第一个误区是“碳中和需各行业零排放”。

2060全社会碳中和，并非各行业碳排放为0，而是仍有15亿吨左右的碳排放。如果简单地做减法，一定会导致盲目的“运动式”减碳，会浪费大量的钱财，还可能会走弯路。因此，减少碳排放的关键是跨部门协同，这样才能实现效益最大化。即在不影响经济发展的同时，实现科学系统地减排。建筑部门与民生和健康相关，因此建筑部门高质量达峰、提前碳中和，可为其他部门碳中和创造更多时间和空间，然而目前的一些“示范项目”只是简单依托外部全绿色电力输入方式实现碳中和，难以推广和示范。

第二个误区是“建筑行业碳中和=发展零碳建筑”。

建筑业减碳路径并不等于全面零碳建筑，这既缺乏规模效益，也无跨行业协同，成本颇高。以北京的超低耗能建筑为例，一平米的用电量大概是40～50度电，而超低能耗建筑建造的增量成本是600~1000元/平米（从各地补贴和工程实践可知），如果要做到零碳建筑，建造增量成本会非常巨大。

应该从城市角度出发、考虑百姓民生，提出可解决的方案。首先考虑把建筑和交通融合在一起，推广建筑+交通双向储/供电，构建社区层面的虚拟电网：一车一桩（智能充电桩），利用电动车电池充放电，为建筑用电零碳提供支撑（白天充电桩给电动车充电，夜间电力不足时电动车给建筑充电，解决50~60%外部电力补充问题）。其次是在屋顶和立面（建筑、轨道交通等）安装太阳能光伏发电（PV），解决建筑10~20%用电问题。还可以推广冰/水蓄冷、风机水泵电梯变频等需求侧响应技术，解决剩余10~20%用电问题。另外合理利用周边绿电，可以解决20~30%用电问题。

第三个误区是“只抓新建筑，忽视既有建筑”。

以北京市为例，既有建筑占比约为85%，其中2000年前建成的建筑面积约占1/4，普遍存在节能标准落后、墙体窗户等围护结构老化、碳排放强度大等问题。在调整既有建筑改造的重点措施和经费使用方向上，可以把保温层改造补贴用于窗户改造、电气化补贴或热力管网改造等收益投入比更高的方面；取消光热补贴，加大光电补贴；逐步淡化超低能耗补贴，调整为对既有建筑采用低碳、零碳措施的补贴。其次可以率先推进公共建筑低碳节能改造，逐步推进居住建筑低碳节能改造。

同时在强化公共建筑能耗限额管理工作、提高建筑能源系统运维水平的措施上，重视运维专业化程度，提高运维团队专业化水平；鼓励应用智能建筑能源运营系统，研发碳排放精准识别与计量技术，基于人工智能的建筑智慧运维及与区域零碳能源的精准协同和高效调控技术。

除此之外，我们的城市还要关注人民获得感的提升，居民消费已从“量的增长”（满足基本生活需求）转变为“质的提高”（满足美好生活向往）。我们要更关注健康，也就是生活品质的改变。城镇建设需要“修建并重”，甚至是是“修大于建”，在此之中，建筑的功能和形态，应强调以人为本、开放自信。

03 减碳与健康社区和健康建筑的相互支撑作用

我们今天探讨健康城市，可以创新地把城市健康与减碳结合起来。城市是实现多行业高效碳中和的最好载体。在碳达峰碳中和背景下，可依托新城发展与城市有机更新的契机，建立切实有效的减排监控系统，通过数据中心链接智慧城市，最终实现区域节能减排总目标。

具体来说，可以通过建筑碳排放模拟及数字化，进行建筑碳排放检测、预测及可视化；通过数据云平台，监测碳排放并对建筑节能策略不断优化；以减碳数据为基准，指导城市空间协同发展、建筑碳排放权交易。由此形成多层次的创新技术体系，具体如下图所示。

当前健康已经成为人民关心和追求的首要的问题，减碳更不能忘记健康初心。

我们要把健康城市、健康社区和健康建筑的建设融合起来，且要推动健康融入到所有政策、建设计划中。

《健康中国行动（2019—2030年）》提出的15项重大行动，第一项到第十项都与城市环境的建设直接相关，剩下四项则可以通过降低环境有害因素、引导用户健康行为、提升用户健康素养、促进主动健康，降低发病概率。

04 双碳目标下健康城市科技创新的应用

对于健康城市的营造，我们首先应该讨论健康社区和健康建筑营造中的关键科学问题，包括人与健康环境的关系，科学适宜的室内外健康环境营造策略、设计方法等。

对于人与健康环境的关系，我们需要研究：

-热舒适是否等同于热健康？

-室内声环境与人体健康和舒适的机理研究

-时空视角下的舒适健康光环境研究

-人与环境污染物的相互作用机理

-健康环境对工作效率的影响

对于科学适宜的室内外健康环境营造策略、设计方法、新产品，我们需要研究：

-室内健康环境综合控制策略研究

-健康室内环境设计方法研究

-健康室内环境新型监测仪器开发和应用

其次我们应该关注健康社区和健康建筑的科技创新。社区和建筑是城市的基本单元，也是健康舒适目标的实现载体。要把居民的健康行为、空间流线、室内外环境能耗和碳排放串联起来。一般来说，传统的公共卫生研究强调的是长期数据调研和统计，而我们希望规划建筑空间与行为流线相结合、宏观跟微观相结合、自上而下跟自下而上相结合。针对某些社区，将通讯数据、5G技术以及环境数据、人的行为数据、穿戴式设备的感知数据等结合起来，研究健康生态和人的疾病之间的相关参数关系。

第三是重视社区尺度建筑室内外环境场构建、可视化与风险预警。我们可以用基于室内环境参数的时空分布特征，进行环境健康与安全的识别诊断、风险预警和保障技术，取代传统静态的集总参数法；可分时段、分区域对室内环境性能表现，进行精细化剖析和靶向诊断。例如在新型冠状病毒的防控中，通过对呼出飞沫核浓度的测量，进行单区、跨区传播风险评估，从而在公共在线平台提示风险。这一技术已被应用于武汉雷神山、火神山、金银潭等8家医院，可识别隐性高气溶胶感染风险区域15类，实现风险防控信息化和重点区域环境改造。

最后是疫情常态化下的社区传染风险管控。现有技术手段均无法实现潜在“超级传播者”的识别及预测，亟待开发适用于流行病学大样本的个体传染能力快速筛查评估工具。我们可以创新地使用病学回溯+环境动力学解析+基因组学分析+视频及大数据相结合的方式来进行技术开发，达到监测防控的目标。

总的来说，我们当前探讨城市健康指数和双碳目标实现的相互结合，应该把“居民健康”和“以人为中心的城市营造方式”提到同等高度，把低碳、健康和智慧作为城市的三个目标统筹发展，重点在社区和建筑层面探索新技术应用。

未来，我们希望从与科技部、卫健委在内的国家部委合作中，实现自上而下和自下而上的打通，来构建一个更健康、更舒适、更智慧的城市。