能源效率

现代对能源效率的讨论多始于1970年代的三次石油危机，当时原油价格暴涨引起了西方已开发国家对能源政策的调整。加州在1970年代中期开始实施能源效率措施[4]，包括具有严格效率要求的建筑法规和设备标准。在接下来的几年中，加州的人均能源消耗量几乎持平，而美国的全国能源消耗量却增加了一倍[5]。康涅狄格州和纽约创建了绿色银行，以帮助住宅和商业建筑所有者的财务能源效率升级，减少排放和削减消费者的消费能源成本。[6]美国能源部表示，通过提高家庭能源效率可以节约电能90亿千瓦时。[7]

国际研究方面，2006年麦肯锡全球研究院研究显示，能源生产率的改进可以保持全球能源需求的增长率低于1%[8]。联合国气候变化框架公约显示"能源效率可以实现的排减量低成本[9]。国际标准ISO17743和ISO17742提供一个国家或城市在节省能源和能源效率的计算方法和报告架构。[10][11]

从能源消耗者的角度来看，能源效率的主要动机通常是简单地通过降低购买能源的成本来省钱。另外，从能源政策的角度来看，将能效作为“第一燃料”得到广泛认可已成为一个长期趋势，这意味着有能力替代或避免消耗实际燃料。实际上，国际能源署已经计算出，在1974至2010年间采取的节能措施已成功避免了其成员国的能源消耗超过任何特定燃料（包括石油，煤炭和天然气）的消耗[12]。 另外，提高能源效率不仅可以减少能耗，而且还可以带来其他好处[13] 。对这些其他收益的价值的一些估算，通常称为多重收益，共同收益，辅助收益或非能源收益，其总价值甚至高于直接能源收益[14]。能源效率的这些多重好处包括减少气候变化的影响，减少空气污染和改善健康，改善室内条件，改善能源安全性以及降低能源消费者的价格风险。已经开发出了计算这些多重收益的货币价值的方法，包括例如具有主观成分（例如美学或舒适性）的改进选择实验方法 [12] ，与估计建筑物能源效率投资中降低价格风险的价值[15][16] 。

如果欧洲所有的家庭换掉十年以上的旧电器，将节约20亿千瓦时的电力[17] ，在美国相应的数字是17亿千瓦时[18]。麦肯锡公司称替换旧电器是一种最有效的减少温室气体排放的措施[19]。 许多国家使用产品能源标签来标识节能设备[20]。

建筑部门是全球主要的能源消耗来源，因此是提高全球能源效率的重要研究领域。但是，解决建筑物中的能源使用问题并不简单，因为使用能源可以提供很多面向的室内环境舒适性，包含采光，供暖，制冷和通风等措施，均会消耗能量。通常建筑物的能源效率是通过将消耗的能量除以建筑物的建筑面积（称为特定能量消耗或能量使用强度）来衡量的：[21]

${\displaystyle {\frac {\text{Energy consumed}}{\text{Built area}}}}$

另一方面，当通过重新使用材料或将其燃烧以获取能量而拆除建筑物时，可以从材料中回收能量。此外，当使用建筑物时，室内条件也会跟着变化。最后，整体效率会受到建筑物的使用的影响：建筑物是否在大多数时间都被占用并且空间是否得到有效利用？或者建筑物是否基本上是空的？甚至有人建议，为了更全面地了解能源效率，应修改具体能耗，以包括以下因素： [22]

${\displaystyle {\frac {{\text{Embodied energy}}+{\text{Energy consumed}}-{\text{Energy recovered}}}{{\text{Built area}}\times {\text{Utilization rate}}\times {\text{Quality factor}}}}}$

因此，要提高建筑部门的能源效率，比仅仅试图使能耗最小化更为复杂。应该考虑诸如室内环境质量和空间利用效率之类的问题。因此，用于提高能源效率的措施可以采取许多不同的形式。通常，它们包括被动措施，这些措施固有地减少了对能源的使用，例如更好的绝缘。许多设备具有各种功能，可改善室内条件并减少能源使用，例如增加自然光的使用。

建筑物的位置和周围环境在调节温度和照明方面起着关键作用。例如，树木，美化环境和丘陵可以提供阴影并阻挡风。在凉爽的气候下，设计具有朝南窗户的北半球建筑和设计有朝北窗户的南半球建筑，可以通过最大化被动式太阳能加热来增加进入建筑物的太阳光量（最终产生的热能），从而最大限度地减少能源的使用。紧密的建筑设计，包括节能窗户，密封良好的门以及墙壁，地下室楼板和地基的额外隔热措施，可将热量损失降低25％到50％[20][23]。

有效的节能建筑设计可以包括在无人使用的区域（例如洗手间，走廊或什至办公时间以外的地方）使用低成本的无源红外线来关闭照明。此外，可以使用与建筑物照明方案链接的日光传感器监控照度水平，以将照明打开/关闭或调暗到预定水平，以考虑自然光，从而减少能耗。建筑物管理系统将所有这些都链接在一台中央计算机中，以控制整个建筑物的照明和电力需求[24]。

随着现代计算机技术的发展，市场上有大量的建筑能耗仿真软件可以选用。在选择在项目中使用哪种仿真软件时，用户必须考虑到工具的准确性和可靠性，同时要考虑他们手头上的建筑信息是否正确，不正确的信息输入仿真软件将会得到不准确的仿真结果。在将建筑能源仿真的分析中显示，由热阻隔和空调效率引起的可变热量增加会产生对能源负荷不均匀的负荷转移效应。该研究还强调了提高家庭效率对电力部门选择发电能力的影响[25]。

许多国家都有各自的绿建筑评级指针，其中领先能源与环境设计（Leadership in Energy and Environmental Design、LEED）是美国绿色建筑委员会在2000年设立的一项国际绿建筑评分认证系统，用以评估建筑绩效是否能符合持久性[26]。