第二節　中外建筑能耗比較⁽³⁾

進行中外建筑能耗對比是認識我國建筑能耗水平、分析我國建筑能耗未來發展趨勢并設計建筑節能路徑的重要手段。本節主要針對中外住宅建筑能耗和公共建筑能耗進行比較分析。

一、住宅建筑能耗對比

本節中的能耗數據僅指商品能，采用一次能耗。美國的一次能耗數據來源于EIA；中國的一次能耗數據來源于CBEM計算；其他國家的數據通過IEA給出的終端能耗數據及發電效率用發電煤耗法折算為一次能耗。⁽⁴⁾

（一）中外國家住宅建筑能耗概覽

近年來，我國住宅建筑能耗有所增長，但與發達國家相比仍處在低位。2013年，全球人均住宅建筑能耗高于我國當前水平，約為376kgce/cap。美國、加拿大、沙特以及部分歐洲國家的人均能耗處在很高的水平；南亞、拉美及非洲國家的能耗處在較低水平。

如圖2-9所示為部分國家2012年的戶均住宅能耗、每平方米住宅能耗及能耗總量。我國戶均以及每平方米住宅能耗僅為美國的1/4。我國每平方米建筑能耗為其他發達國家的30%～40%，戶均能耗為其他發達國家的50%～60%。

若比較空調、采暖、生活熱水、炊事、家電與照明等住宅中的各主要能耗項目，可以發現，除炊事能耗外，我國城鎮住宅各分項能耗均遠低于主要的發達國家（見圖2-10）。這樣大的能耗差異，來源于建筑形式、設備系統、生活方式與使用模式等方面的不同。

（二）影響住宅建筑能耗的因素分析

1. 建筑面積與建筑形式

空調、采暖、照明等分項能耗與戶均住宅面積直接相關。我國與幾個主要國家戶均住宅面積對比情況如圖2-11所示，我國城鎮住宅戶均面積僅大約相當于美國的1/2，也略低于其他OECD國家，但高于印度和俄羅斯。

戶均建筑面積受建筑類型的影響。如圖2-12所示為各國住宅建筑類型的比較。對比圖2-11和圖2-12可知，戶均建筑面積相對較大的國家，獨棟別墅的占比也相對較高（如美國與加拿大），公寓建筑的占比則相對較低。而在我國城鎮，住宅建筑的主要形式為公寓，戶均建筑面積相對較小，空調、采暖、照明的能耗相對較低。

2. 室內采暖

采暖是住宅建筑能耗中的重要組成部分，受到氣候條件、圍護結構、系統形式、使用模式等多方面的影響。住宅的采暖能耗，尤其是集中供暖的地區，其能耗與住宅的建筑面積直接相關，因此適宜采用單位面積能耗進行對比分析。如圖2-13所示為幾個主要國家單位面積采暖能耗的比較。對比世界其他有采暖需求的地區，我國北方地區采暖能耗強度處于較低水平。

圍護結構保溫水平、建筑體形系數等因素會對采暖能耗造成很大影響。如圖2-14所示為歐洲一些國家住宅建筑耗熱量與我國北京的對比。這些國家與北京都采用集中供熱方式，室內溫度水平也相當，其能耗差異主要是由于圍護結構及建筑形式的差別造成的。我國普遍使用的大型公寓式住宅的體形系數小于獨棟別墅，采暖能耗也相對較低。

使用模式也是造成采暖能耗差別的重要原因。我國長江流域的采暖能耗顯著低于其他國家，也低于我國北方，主要是由于居民使用的是“部分時間、部分空間”的采暖模式，只在感覺室內冷時才開啟采暖設備，而不是整個冬季所有房間全部采暖。假如這一地區也變成與我國北方地區一樣的“全部時間、全部空間”的采暖模式，則采暖能耗會增長近10倍。

3. 室內空調與通風

室內空調能耗也與氣候條件、建筑形式、系統設備、使用模式等相關。大部分歐洲國家在夏季沒有制冷需求，因此空調能耗極低。據調查，2012年美國戶均空調能耗約為2251度電，每平方米耗電量約為14.5kWh，分別相當于中國的10倍與5倍。我國與美國在住宅空調能耗方面存在巨大差異主要有以下原因。

①系統形式的差別。我國普遍是每個房間單獨空調和通風換氣；而美國大多是整個住宅單元通過一套系統進行全面空調與通風換氣。根據2009年住宅區能源使用調查（RECS）的調研結果，美國約有60%的住戶采用集中空調系統，而在我國這一比例僅約為0.6%。

②不同的新風獲取方式。我國是通過開窗通風和衛生間、廚房的排風機間歇排風來實現室內通風換氣，全年排風機電耗不超過100度／戶；而美國住宅采用全面通風換氣，風機電耗約為我國的20～30倍。

③不同的使用模式。在我國，室外溫度適宜的季節，往往首選通過開窗通風來排走室內熱量，不需要運行空調與通風等機械設備；即便是在炎熱的夏季，也僅僅是間歇式地使用分體空調，對人員所在房間進行降溫。而美國住宅因為全年固定通風換氣量，不開外窗，即便是室外溫度適宜的季節，仍需要依靠空調設備來降溫排熱。

④不同的運行時間。我國大多數住宅的空調、通風為部分時間運行模式，也就是家中有人時開機，無人時全部關閉；某個房間有人時開啟這個房間的設備，離開時關閉；而美國典型的單體住宅建筑的通風空調采用全自動控制模式，全年連續運行。即使全家外出度假，通風空調系統也不關閉。基于這樣的不同理念，我國與美國家庭的通風空調電耗差別巨大。例如，典型的上海家庭每年通風空調電耗為500度電以下，而典型的美國北卡羅來納州住宅每年通風空調電耗在4000度左右，相當于上海的8倍。調研顯示，美國安裝了戶式中央空調的住戶中，約有一半用戶整個夏天一直保持空調開啟，而我國的這一比例不足0.1%。

4. 家電設備

我國居民家中每年家用電器設備的電耗約為470kWh，這一水平大約相當于美國的7%、歐洲國家的20%。這一差異與不同國家家電設備的類型和使用方式有關，如烘干機、冷柜、烤箱和洗碗機等電器，在西方國家的居民家中占有率較高，但在我國僅極少的家庭擁有并使用。如圖2-15所示為不同國家家用烘干機與冷柜的占有率對比。在美國，一戶普通家庭僅家用電烘干機的年電耗即達到1000kWh，已經相當于我國一戶家庭全部家電年電耗的2倍。

一些家電的容量差異也會對能耗造成較大影響。以電冰箱為例，我國絕大部分住戶冰箱容量在200L以下，日耗電量小于0.5kWh；在歐洲，70%以上家庭的冰箱容量大于150L；在美國，95%家庭的冰箱容量在14ft³（約396L）以上，日耗電量超過0.9kWh。

影響家電用能量的另一個關鍵因素是使用模式。對于洗衣機等電器，使用模式的差異有可能產生接近10倍的能耗差異。例如，使用冷水洗一次衣服的能耗相當于使用溫水洗一次衣服的1/3，相當于使用熱水的1/7。在中國，一般家庭一年使用洗衣機洗衣服的次數約為150次；而在美國，一般家庭一年大約洗400次衣服，洗衣機年耗電量約110kWh。

5. 生活熱水

20世紀90年代以前，我國城市住宅很少有生活熱水設施。近年來，雖然住宅中已經普及生活熱水，但僅用于洗浴（且主要方式為淋浴，而非西方國家習慣的盆浴），這就導致我國戶均生活熱水用量遠低于西方國家，以一次能耗計算，僅約為美國的1/9、日本的1/5、法國的1/3。

系統形式也是造成生活熱水能耗差別的原因。如果使用的是集中系統，管網中的熱水需保持循環且隨時補熱，以保證水溫及用水的及時性。例如，美國大部分家庭使用的生活熱水系統帶有儲水罐，以保證水管中的水恒定在一定溫度，居民隨時有熱水用。保持儲水罐內的熱水溫度以及補充熱水在循環系統中散失的熱量均需消耗大量能源。

6. 小結

我國住宅戶均、人均能耗總體上均遠低于發達國家水平，但值得注意的是，我國目前已經出現高能耗人群，其人均、戶均水平已經達到或超過發達國家的平均水平，只是由于大多數居民還處在較低的用能水平，使小部分人群的高能耗狀況被掩蓋了。結合前文對中外能耗差異的分析，我國高能耗人群住宅能耗較高主要有以下原因。

①超大的居住面積。調查表明，我國住宅能耗與居住面積有非常強的相關性。目前有些住宅的單元面積高達200～400平方米，其戶均能耗很容易達到普通住戶（70～80平方米）的3～5倍。

②集中的環境控制與服務方式。很多高能耗住宅采用中央空調，按“全時間、全空間”的模式運行，其單位面積能耗是目前廣泛采用的“部分時間、部分空間”的分散空調的7～12倍。這類住宅中有些還安裝了中央真空吸塵系統、餐飲垃圾粉碎系統及洗衣烘干設備等，這就使生活模式由原來的節約型轉變為依靠集中式服務系統的新模式，結果是在能耗上達到甚至超過了發達國家水平。

那么，未來我國的城鎮住宅能耗會如何發展？是否會有更多的人向高能耗人群轉變？

圖2-16展示了部分國家的人均住宅能耗隨年代而變化的情況。大部分歐美發達國家的人均住宅能耗在1970年后趨于平穩，日本到2000年前后趨于平穩，韓國則仍然保持增長。相比之下，我國人均住宅能耗與部分歐洲國家20世紀60年代以及日本和韓國80年代的水平接近。

如圖2-17所示為經濟發展與人均住宅能耗的關系。隨著經濟的發展，人均住宅能耗首先經歷一個增長過程，而后趨于平穩。由于不同的國家采用了不同的經濟發展路徑，因此即便在相同的經濟發展水平下，不同國家之間也可能存在3倍甚至更大的能耗差別。

中國目前尚處在能耗增長初期，發展模式的選擇決定著未來的能耗增長趨勢。我國的能源系統現狀決定了我國未來城鎮人均住宅能耗不能超過0.5tce/（cap·a）（包括北方城鎮供暖能耗），顯著低于圖2-16中所有發達國家目前的住宅能耗水平。這就意味著，中國必須探索一條與發達國家截然不同的發展途徑，在現有資源稟賦下，在提升人民生活水平的同時，通過合理的規劃與引導，合理、適度地利用能源。

二、公共建筑能耗對比

本小節使用的全球公共建筑能耗數據主要來源于國際能源署（International Energy Agency, IEA）、美國能源部能源信息管理局（Energy Information Administration, EIA）和日本能源經濟研究所（The Institute of Energy Economics, IEEJ）下屬的能源數據和模型中心（The Energy Data and Modelling Center, EDMC）。

（一）中外國家公共建筑能耗概覽

根據國際能源署（International Energy Agency, IEA）的統計數據，2011年全球公共建筑能耗總量為69 677億kWh_e。這里kWh_e為等效電量綱，根據IEA給出的各國終端能耗數據計算得到，等效電法轉化系數可參考文獻[6]獲得。各國能耗中，美國高居首位，其公共建筑消耗了20 823億kWh_e能源，遠高于世界其他國家；日本其次，為6237億kWh_e。

圖2-18是部分國家2011年公共建筑單位建筑面積用能強度。其中，空心圓圈的原始數據均來自IEA的統計結果，斜紋圓圈表示的中國公共建筑能耗數據是以公共建筑能耗（不包括北方集中供暖）和北方公共建筑集中供暖能耗相加得到的。前者利用清華大學CBEM模型的計算結果，后者按照平均16kgce/m²核算得到。根據CBEM的結果，2011年中國公共建筑能耗約為8423億kWh_e，而根據IEA統計結果計算中國公共建筑能耗為6029億kWh_e。

從圖2-18可見，美國和加拿大在單位面積和人均公共建筑能耗上均處于較高水平，日本和韓國在單位面積公共建筑能耗上與美國和加拿大處于接近的水平，但是人均能耗強度比后者低。法國和德國在單位面積和人均公共建筑能耗上均低于上述四個國家。而中國無論在單位面積還是人均公共建筑用能強度上，均低于上述發達國家。

（二）主要發達國家公共建筑能耗與歷史發展分析

1. 美國

根據美國能源部能源信息管理局的統計數據^[8][9]，美國2010年的公共建筑一次能耗總量達到了1949年的近5倍，從3868PJ躍增到19 295PJ。這里根據發電煤耗法折算，1PJ=1×10¹⁵J。但美國公共建筑能耗并非一直保持增長，而是表現出明顯的波動周期，如圖2-19所示。圖2-19中的深灰色柱表示該年份公共建筑面積有確切的統計數據；淺灰色柱表示該年份面積為估算值，其中1980年以后用插值法估算，1980年以前根據人均消費領域GDP的增長規律估算。

美國公共建筑能耗的這一變化過程更明顯地表現在能耗強度上（見圖2-20）。20世紀70年代以前，美國公共建筑能耗經歷了快速增長期，人均能耗強度和單位面積能耗強度均快速攀升；而大約從1973年開始，由于發生了第一次能源危機，公共建筑用能強度出現了緩慢下降；能源危機后，公共建筑能耗經歷了一段緩慢的增長期；進入21世紀，公共建筑人均能耗強度和單位面積能耗均發生明顯回落。到2010年，美國公共建筑人均一次能耗為62.4GJ/（ca·a），單位面積一次能耗為2.6GJ/（m²·a）。

美國公共建筑在用能強度上遠高于中國。以校園建筑為例，圖2-21和圖2-22分別是美國某大學和中國某大學的建筑能耗強度調查結果。這兩所學校所在地區的緯度接近，氣候相似，建筑功能相同，且均有集中供熱。圖中所示的調查數據，展示的均是不包括集中供暖的純電耗強度。非常明顯，該美國校園的建筑平均耗電強度遠高于該中國校園的平均值。

截然不同的兩種公共建筑室內環境營造理念，造成了這種巨大的能耗差別。例如，對室內溫濕度、采光、通風等環境因素的控制是“全空間、全時間”，還是“部分空間、部分時間”；對建筑使用者提供任何時間、任何空間的100%保證率，還是允許一定的不保證率；是讓使用者自主進行開窗、關燈等行為，還是完全通過機械系統提供服務，等等。這些服務方式的微小差別，導致了能源消耗的巨大差異。

2. 日本

根據日本EDMC統計結果^[11]，日本公共建筑總面積由1965年的4.2億m²增長到2011年的18.3億m²，各年增長情況如圖2-23所示。

2011年日本公共建筑總一次能耗為3469PJ，是1965年（506PJ）的6.9倍；終端總能耗亦從335PJ增長到1706PJ。與美國的情況類似，日本的公共建筑總能耗也不是一直持續增長的，而是在1973年之前迅猛增長，在能源危機中經歷了一個平臺期，之后在20世紀90年代保持穩定增長，進入21世紀后開始回落。從圖2-24可以發現，日本公共建筑在近10年間能耗總量的下降主要得益于采暖和熱水兩部分能耗的顯著降低。

從用能強度的角度，同樣可以明顯地看出日本公共建筑能耗在20世紀70年代以前的迅猛增長和21世紀以來的顯著下降（見圖2-25）。2011年，日本公共建筑人均一次能耗為27.1GJ/（ca·a），單位面積一次能耗為1.9GJ/（m²·a）。

回顧美國和日本建筑能耗的歷史發展可以看出，隨著社會的進步和發展，其人均GDP不斷增加，建筑能耗占社會總能耗的比例迅速提高（見圖2-26）。1949年，美國建筑一次能耗占社會總一次能耗的29%，到2010年，其建筑一次能耗已經占社會總一次能耗的41%。而日本在1965年建筑一次能耗只占社會總一次能耗的20%，到2011年該比例上漲為37%。

美國和日本的公共建筑能耗有著非常接近的歷史發展規律。美國和日本分別在20世紀50年代末60年代初、60年代末70年代初出現了公共建筑能耗強度飛速發展的現象，而中國目前的人均GDP水平恰與美國和日本當時的水平大體相當。假如我國的公共建筑也沿著相同的軌跡發展，我國的能源狀況將很難支撐這樣大的能源消耗，我國的環境容量和減少碳排放要求也不允許我國公共建筑向這樣的方向發展。因此，我國當前公共建筑能耗的“二元分布”結構需要維持，盡量避免或至少延緩其向“一元分布”轉化，這就要求大部分公共建筑保持相對較低的能耗水平，以維持“低能耗”和“高能耗”兩個群體間的比例平衡。

然而，我國當前公共建筑建設規模迅速擴大，一大批新建的超高層建筑、大型商業綜合體和大型交通樞紐等，均屬于高能耗公共建筑，它們將使“二元分布”的主體結構從“低能耗”建筑逐漸向“高能耗”建筑轉移，這樣的趨勢恰恰是在復制美國和日本等發達國家當年的發展軌跡，需要引起我們的高度警惕。