《自然·通讯》:建筑结构如何影响国家能源需求与二氧化碳排放模式

分类：行业新闻
作者：
来源：
发布时间：2023-09-05 16:49
访问量：

【概要描述】

《自然·通讯》:建筑结构如何影响国家能源需求与二氧化碳排放模式

【概要描述】

分类：行业新闻
作者：
来源：
发布时间：2023-09-05 16:49
访问量：

详情

导读

建筑结构，即居住区和交通基础设施的模式，会影响城市的人均能源需求量和二氧化碳排放量。由于数据匮乏，鲜有研究从国家维度上考虑建筑结构的作用。相反，对影响能源需求和二氧化碳排放的其他潜在因素的评估，主要是国内生产总值，更为常见。本研究构建了一系列指标，从国家层面对建筑结构的特性进行分析。综合本研究所构建的指标体系和其他公认的能源需求和二氧化碳排放的影响因素，对113个国家进行统计分析。研究发现，在能源需求与二氧化碳排放预测方面，本研究所构建的指标与国内生产总值等传统分析指标同等重要，其中人均建设用地面积的影响仅次于国内生产总值。

一

#研究背景 #

与能源相关的化石燃料燃烧产生温室气体排放，进而导致全球变暖。对于产生能源需求和温室气体排放的影响因素，研究者们从产品到个人、家庭和城市，再到洲际甚至全球层面开展了广泛的研究。经济活动一直被视为能源消费和温室气体排放的主要决定因素，通常用GDP来衡量，研究集中在GDP与排放的脱钩关系。虽然脱碳目标具有紧迫性，对其他潜在因素的研究远不充分。

在城市尺度上，人口密度和城市区域空间布局对城市资源需求的影响得到了广泛的研究。这些指标被称为物质存量模式，即社会在基础设施和建筑物中的物质存量的空间模式。物质存量的积累需要大量的资源，如钢筋混凝土、砂浆、砖块、木材、塑料、玻璃、碎石或沙子等，这些都会导致大量温室气体排放。工厂中建筑物内和工业生产过程中的供暖、制冷和照明需要消耗大量的能源，同时，货物运输和工厂人员的出行也会如此。但是在进行研究时，很少考虑这些因素。

二

# 研究结果 #

建筑结构的范围和空间模式（物质存量模式）在共同决定和预测资源使用水平（年度能源消费总量和二氧化碳排放）方面发挥着重要作用。这意味着，城市层面的研究也适用于国家层面。尽管将地理信息聚合到国家尺度不可避免地会造成信息损失，但是本研究选取的指标保留了代表物质存量模式重要特征的关键信息，这些信息影响着各国能源消费和二氧化碳排放。与传统因素相比，这些指标具有更强的解释力和预测力。与IPAT类方法相比，这些指标有助于开发更合理的分析模型，并通过将物质存量模式作为分析能源使用和碳排放与 GDP脱钩的关键因素，促使研究人员扩大其情景分析建模能力。

研究发现，人口密度所起的作用比预想的要小，而许多物质存量模式对能源需求和二氧化碳排放量的差异影响很大。在所有分析中，人均建设用地面积是仅次于GDP的重要影响指标，它也是重要的物质存量模式指标。基础设施和建筑物的建造和使用都需要能源，而在目前以化石燃料为主的能源系统中，导致了二氧化碳的排放。人均建设用地面积越大，楼层面积和建筑物之间的距离也就越大，进而增加房屋建造与使用和交通方面的能源需求。这些发现对原有的研究进行了拓展，从空间角度进行了比较分析。减缓气候变化的挑战强烈依赖于过去和未来建筑和基础设施中物质存量的积累。这令人担忧，因为全球物质存量的增长在很大程度上与GDP同步。

从下图中可以看出，物质存量模式从多方面决定不同国家在能源需求和碳排放方面的差异。多元分析还表明，由于物质存量模式指标的共线性，它们以多种方式相互作用，难以区分。未来的研究可以采用更精细的研究设计，探讨时间和空间的变化如何影响这些关系，并阐明所涉及的不同因果路径。

图4 人均最终能源需求总量和人均二氧化碳排放量与常规因素和物质存量模式指标的相关性分析

三

#讨结论和启示#

本研究的成果对于追求雄心勃勃的气候目标的国家具有启示意义。从城市层面的研究中获得的启示可以转化到国家层面。由于缺乏数据，国家层面上此类研究很难开展。本研究所构建的指标，也有助于分析建筑结构对于其他国民经济资源利用的影响作用。城市实证研究一致表明，城市形态和基础设施会影响出行需求，进而影响温室气体排放。城市经济学的理论分析也预测了建筑结构与温室气体排放之间的关系。这表明国家层面的分析也是以类似的因果关系作为基本假设的，即建筑结构中庞大而分散的物质存量是一个国家人均能源需求和排放水平的重要决定因素。因此，未来仍需要从时间变化的角度来分析这些指标之间的关系。

总之，在国家层面上，建筑用地的面积和模式是减少能源需求和二氧化碳排放的一个重要切入点。这表明，限制人均建筑面积可能是一个值得考虑的政策目标，因为它既能节约土地资源，又能够限制未来的温室气体排放。

原文信息

Haberl, H., Löw, M., Perez-Laborda, A. et al. Built structures influence patterns of energy demand and CO2 emissions across countries. Nat Commun 14, 3898 (2023)