利用国内能源性能证书和空间映射技术来评估热需求的变化及其相关的排放情况

《Next Research》：Use of domestic energy performance certificates and spatial mapping to evaluate the variation in heat demand and associated emissions

该研究基于英国约克郡和亨伯地区的能源性能证书（EPC）数据，结合地理信息系统（GIS）技术，通过统计地理划分层，计算了当前（36TWh）和潜在改造后（24TWh）的年度热需求，发现农村地区人均热需求高于城市，并关联了SDG11、12、13。

　　在全球应对气候变化的背景下，减少碳排放成为各国共同的目标。英国作为率先承诺实现2050年“净零碳排放”的国家之一，其政策和行动为其他地区提供了重要参考。在此过程中，建筑供暖需求的降低成为关键环节，因为建筑行业是碳排放的重要来源之一。为了更好地理解和管理建筑能耗，能源性能证书（Energy Performance Certificate, EPC）作为一种工具被广泛使用，以评估建筑的能效水平，并为节能减排提供依据。本研究通过分析EPC数据和地理信息系统（Geographical Information System, GIS）技术，提出了一种新的方法，用于计算建筑能效提升所带来的年供暖需求变化，并进一步探讨其对碳排放的影响。

建筑和产品使用排放占英国2022年总排放的20% [4]，这一比例表明建筑行业在碳减排中的重要性。除了采用低碳技术（如热泵和储能设备）之外，提高建筑整体能效也是降低供暖需求的关键措施。英国的建筑存量相对老旧，约有一半的住宅建于1930年至1982年之间，这些建筑普遍能效较低 [10]。因此，提高建筑能效是实现脱碳供暖系统的必要条件，无论采用何种供暖技术，都应将其作为优先考虑的方向。例如，“未来住宅和建筑标准” [11] 设定了所有私人租赁住宅的最低能效等级为E，而“供热援助”资金 [13] 也支持了住宅能效提升的实践。

在区域层面，对住房存量能源消耗的建模是理解当前能源需求和评估节能措施效果的重要手段。这种建模方法通常分为两种类型：自上而下（top-down）和自下而上（bottom-up）。自下而上的方法通常基于详细的建筑数据，通过将单个建筑记录归类为不同的建筑类型（archetypes），利用其共同特征（如建筑年代、供暖类型和建筑结构）来构建一个具有代表性的样本，从而进行区域层面的估算 [15]。然而，这种方法在区域层面的应用可能面临较高的计算负担，尤其是在使用更多建筑类型的情况下 [24]。因此，如何在保证准确性的同时降低计算成本成为研究的重点。

EPC作为一种评估建筑能效的工具，已被广泛用于衡量建筑的当前能效水平，并提供可能的改进方案。根据2007年的《欧盟建筑能源性能指令》，EPC的实施开始逐步推进，并不断强化相关要求 [25]。目前，任何建筑物在上市交易（无论是出售还是出租）时都必须获得EPC，且该证书可使用10年。尽管研究发现EPC在估算供暖需求时可能存在一定的高估问题 [26]，但其在揭示英国建筑能效趋势方面发挥了重要作用 [27]，并且为房主提供了改善自身建筑能效的参考依据。

在使用EPC进行区域层面的建模时，GIS技术的应用成为一种有效的方法。GIS能够将建筑数据按照地理位置进行组织和分析，通过将建筑记录归类为不同的建筑类型，并基于这些类型进行区域层面的估算 [29,30]。Beltrán-Velamazán等人 [28] 展示了如何在国家层面利用EPC数据构建建筑能效模型，同时保持较低的计算需求。这是因为EPC数据已经包含了预计算的热性能参数，无需进行复杂的模拟。此外，Canet等人 [31] 进一步利用GIS技术，将基于EPC的建筑模型与统计地理区域进行空间关联，以研究住宅供暖的脱碳路径。在英格兰和威尔士，这些统计地理区域代表了具有相似人口结构的区域，并常用于人口普查数据的发布 [32]。

本研究在此基础上，结合EPC数据和空间映射技术，计算建筑能效提升所带来的脱碳潜力。研究的主要目标包括：（1）在地方层面进行平均当前和预测EPC评分的空间映射；（2）基于当前和预测EPC评分估算住宅的年供暖需求；（3）比较在两种情况下的住宅供暖碳排放量。所有计算均基于2024年6月的EPC注册数据，并以约克郡和亨伯地区作为案例研究。

研究区域为约克郡和亨伯地区，该地区平均EPC评分相当于“D”级。该地区进一步划分为五个子区域（或传统郡县）：北约克郡、西约克郡、南约克郡、东里丁和北林肯郡。这些子区域在建筑类型和居住环境方面存在较大差异，其中北约克郡、东里丁和北林肯郡等农村地区，其人均供暖需求普遍高于城市地区。这一现象表明，在不同地理和人口背景下，建筑能效的提升对碳排放的影响存在显著差异。因此，研究不仅有助于理解区域内的能源使用情况，也为制定针对性的节能减排政策提供了依据。

通过上述方法，研究团队计算了约克郡和亨伯地区在当前能效水平下的年供暖需求为36 TWh，并在假设所有住宅达到其潜在能效水平的2024年情景下，年供暖需求降至24 TWh。这一结果表明，通过建筑能效的提升，可以显著降低区域内的供暖需求和碳排放。同时，研究还发现，农村地区的建筑能效提升对碳排放的减少效果更为明显，这可能与建筑结构、供暖方式和居民行为等因素有关。因此，在制定脱碳策略时，应充分考虑不同区域的特性，采取差异化的措施。

本研究的成果对于多个联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）具有重要意义，包括SDG 11（可持续城市和社区）、SDG 12（负责任的消费和生产）以及SDG 13（气候行动）。通过分析建筑能效提升对碳排放的影响，研究不仅为政策制定者提供了科学依据，也为公众和房主提供了改善建筑能效的参考。此外，研究还强调了数据在气候行动中的重要性，特别是在各国提交《巴黎协定》下的国家自主贡献（Nationally Determined Contributions, NDCs）时，准确的数据追踪对于评估进展和调整政策至关重要 [16,17,18]。

在方法上，本研究采用了EPC数据和GIS技术相结合的方式，以提高计算效率和准确性。通过将EPC数据与统计地理区域进行匹配，研究团队能够更精确地估算不同区域的供暖需求和碳排放量。这一方法在区域层面的应用具有一定的创新性，因为它不仅考虑了建筑本身的能效水平，还结合了地理位置和人口结构等因素，从而更全面地反映了区域内的能源使用情况。此外，研究还通过比较当前和预测的EPC评分，评估了建筑能效提升的潜力，为未来的脱碳行动提供了量化依据。

在结果分析中，研究团队发现，农村地区的建筑能效提升对碳排放的减少效果更为显著。这一发现对于制定针对性的政策具有重要意义，因为不同地区的建筑特点和能源使用模式存在较大差异。例如，农村地区可能更多依赖传统供暖方式，而城市地区则可能更倾向于使用高效的现代供暖系统。因此，在推动建筑能效提升的过程中，应充分考虑不同地区的实际情况，采取差异化的措施，以实现最佳的脱碳效果。

此外，研究还发现，EPC数据在估算供暖需求时可能存在一定的偏差。尽管EPC提供了当前的能效评分，但在预测未来的能效提升时，需要结合其他因素进行综合分析。例如，建筑的使用年限、维护状况和住户行为等因素都可能影响其能效水平。因此，在使用EPC数据进行建模时，应充分考虑这些因素，以提高估算的准确性。同时，研究也强调了数据在政策制定和实施中的重要性，特别是在制定和评估脱碳措施时，准确的数据支持是不可或缺的。

本研究的成果不仅为约克郡和亨伯地区的碳减排提供了科学依据，也为其他地区的类似研究提供了参考。通过分析建筑能效提升对碳排放的影响，研究展示了如何利用现有的EPC数据和GIS技术，提高区域层面的能源使用分析效率。这一方法的推广和应用，有助于更广泛地理解和管理建筑行业的碳排放问题，为实现全球气候目标提供支持。此外，研究还强调了政策与技术的结合，指出在推动建筑能效提升的过程中，不仅需要技术创新，还需要政策支持和公众参与，以形成有效的脱碳机制。

总之，本研究通过结合EPC数据和GIS技术，提出了一个创新的方法，用于估算建筑能效提升所带来的脱碳潜力。研究不仅揭示了不同地区在建筑能效和供暖需求方面的差异，还为政策制定者提供了科学依据，以制定更加精准和有效的脱碳措施。此外，研究还强调了数据在气候行动中的重要性，特别是在各国提交NDCs时，准确的数据追踪对于评估进展和调整政策至关重要。通过这一研究，我们不仅能够更好地理解建筑行业的碳排放问题，也为实现全球气候目标提供了新的思路和方法。