能源效率

現代對能源效率的討論多始於1970年代的三次石油危機，當時原油價格暴漲引起了西方已開發國家對能源政策的調整。加州在1970年代中期开始实施能源效率措施[4]，包括具有嚴格效率要求的建築法規和設備標準。在接下來的幾年中，加州的人均能源消耗量幾乎持平，而美國的全國能源消耗量卻增加了一倍[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]

國際研究方面，2006年麦肯锡全球研究院研究顯示，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提供一個国家或城市在节省能源和能源效率的计算方法和报告架構。[10][11]

從能源消耗者的角度來看，能源效率的主要動機通常是簡單地通過降低購買能源的成本來省錢。另外，從能源政策的角度來看，將能效作為“第一燃料”得到廣泛認可已成為一個長期趨勢，這意味著有能力替代或避免消耗實際燃料。實際上，國際能源署已經計算出，在1974至2010年間採取的節能措施已成功避免了其成員國的能源消耗超過任何特定燃料（包括石油，煤炭和天然氣）的消耗[12]。 另外，提高能源效率不僅可以減少能耗，而且還可以帶來其他好處[13] 。對這些其他收益的價值的一些估算，通常稱為多重收益，共同收益，輔助收益或非能源收益，其總價值甚至高於直接能源收益[14]。能源效率的這些多重好處包括減少氣候變化的影響，減少空氣污染和改善健康，改善室內條件，改善能源安全性以及降低能源消費者的價格風險。已經開發出了計算這些多重收益的貨幣價值的方法，包括例如具有主觀成分（例如美學或舒適性）的改進選擇實驗方法 [12] ，與估計建築物能源效率投資中降低價格風險的價值[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]。 許多國家使用產品能源標籤來標識節能設備[20]。

建築部門是全球主要的能源消耗來源，因此是提高全球能源效率的重要研究領域。但是，解決建築物中的能源使用問題並不簡單，因為使用能源可以提供很多面向的室內環境舒適性，包含採光，供暖，製冷和通風等措施，均會消耗能量。通常建築物的能源效率是通過將消耗的能量除以建築物的建築面積（稱為特定能量消耗或能量使用強度）來衡量的：[21]

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

另一方面，當通過重新使用材料或將其燃燒以獲取能量而拆除建築物時，可以從材料中回收能量。此外，當使用建築物時，室內條件也會跟著變化。最後，整體效率會受到建築物的使用的影響：建築物是否在大多數時間都被佔用並且空間是否得到有效利用？或者建築物是否基本上是空的？甚至有人建議，為了更全面地了解能源效率，應修改具體能耗，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，要提高建築部門的能源效率，比僅僅試圖使能耗最小化更為複雜。應該考慮諸如室內環境質量和空間利用效率之類的問題。因此，用於提高能源效率的措施可以採取許多不同的形式。通常，它們包括被動措施，這些措施固有地減少了對能源的使用，例如更好的絕緣。許多設備具有各種功能，可改善室內條件並減少能源使用，例如增加自然光的使用。

建築物的位置和周圍環境在調節溫度和照明方面起著關鍵作用。例如，樹木，美化環境和丘陵可以提供陰影並阻擋風。在涼爽的氣候下，設計具有朝南窗戶的北半球建築和設計有朝北窗戶的南半球建築，可以通過最大化被動式太陽能加熱來增加進入建築物的太陽光量（最終產生的熱能），從而最大限度地減少能源的使用。緊密的建築設計，包括節能窗戶，密封良好的門以及牆壁，地下室樓板和地基的額外隔熱措施，可將熱量損失降低25％到50％[20][23]。

有效的節能建築設計可以包括在無人使用的區域（例如洗手間，走廊或什至辦公時間以外的地方）使用低成本的無源紅外線來關閉照明。此外，可以使用與建築物照明方案鏈接的日光傳感器監控照度水平，以將照明打開/關閉或調暗到預定水平，以考慮自然光，從而減少能耗。建築物管理系統將所有這些都鏈接在一台中央計算機中，以控制整個建築物的照明和電力需求[24]。

隨著現代計算機技術的發展，市場上有大量的建築能耗模擬軟體可以選用。在選擇在項目中使用哪種模擬軟體時，用戶必須考慮到工具的準確性和可靠性，同時要考慮他們手頭上的建築資訊是否正確，不正確的資訊輸入模擬軟體將會得到不準確的模擬結果。在將建築能源模擬的分析中顯示，由熱阻隔和空調效率引起的可變熱量增加會產生對能源負荷不均勻的負荷轉移效應。該研究還強調了提高家庭效率對電力部門選擇發電能力的影響[25]。

許多國家都有各自的綠建築評級指標，其中領先能源與環境設計（Leadership in Energy and Environmental Design、LEED）是美國綠色建築委員會在2000年設立的一項國際綠建築評分認證系統，用以評估建築績效是否能符合永續性[26]。