第二节　中外建筑能耗比较⁽³⁾

进行中外建筑能耗对比是认识我国建筑能耗水平、分析我国建筑能耗未来发展趋势并设计建筑节能路径的重要手段。本节主要针对中外住宅建筑能耗和公共建筑能耗进行比较分析。

一、住宅建筑能耗对比

本节中的能耗数据仅指商品能，采用一次能耗。美国的一次能耗数据来源于EIA；中国的一次能耗数据来源于CBEM计算；其他国家的数据通过IEA给出的终端能耗数据及发电效率用发电煤耗法折算为一次能耗。⁽⁴⁾

（一）中外国家住宅建筑能耗概览

近年来，我国住宅建筑能耗有所增长，但与发达国家相比仍处在低位。2013年，全球人均住宅建筑能耗高于我国当前水平，约为376kgce/cap。美国、加拿大、沙特以及部分欧洲国家的人均能耗处在很高的水平；南亚、拉美及非洲国家的能耗处在较低水平。

如图2-9所示为部分国家2012年的户均住宅能耗、每平方米住宅能耗及能耗总量。我国户均以及每平方米住宅能耗仅为美国的1/4。我国每平方米建筑能耗为其他发达国家的30%～40%，户均能耗为其他发达国家的50%～60%。

若比较空调、采暖、生活热水、炊事、家电与照明等住宅中的各主要能耗项目，可以发现，除炊事能耗外，我国城镇住宅各分项能耗均远低于主要的发达国家（见图2-10）。这样大的能耗差异，来源于建筑形式、设备系统、生活方式与使用模式等方面的不同。

（二）影响住宅建筑能耗的因素分析

1. 建筑面积与建筑形式

空调、采暖、照明等分项能耗与户均住宅面积直接相关。我国与几个主要国家户均住宅面积对比情况如图2-11所示，我国城镇住宅户均面积仅大约相当于美国的1/2，也略低于其他OECD国家，但高于印度和俄罗斯。

户均建筑面积受建筑类型的影响。如图2-12所示为各国住宅建筑类型的比较。对比图2-11和图2-12可知，户均建筑面积相对较大的国家，独栋别墅的占比也相对较高（如美国与加拿大），公寓建筑的占比则相对较低。而在我国城镇，住宅建筑的主要形式为公寓，户均建筑面积相对较小，空调、采暖、照明的能耗相对较低。

2. 室内采暖

采暖是住宅建筑能耗中的重要组成部分，受到气候条件、围护结构、系统形式、使用模式等多方面的影响。住宅的采暖能耗，尤其是集中供暖的地区，其能耗与住宅的建筑面积直接相关，因此适宜采用单位面积能耗进行对比分析。如图2-13所示为几个主要国家单位面积采暖能耗的比较。对比世界其他有采暖需求的地区，我国北方地区采暖能耗强度处于较低水平。

围护结构保温水平、建筑体形系数等因素会对采暖能耗造成很大影响。如图2-14所示为欧洲一些国家住宅建筑耗热量与我国北京的对比。这些国家与北京都采用集中供热方式，室内温度水平也相当，其能耗差异主要是由于围护结构及建筑形式的差别造成的。我国普遍使用的大型公寓式住宅的体形系数小于独栋别墅，采暖能耗也相对较低。

使用模式也是造成采暖能耗差别的重要原因。我国长江流域的采暖能耗显著低于其他国家，也低于我国北方，主要是由于居民使用的是“部分时间、部分空间”的采暖模式，只在感觉室内冷时才开启采暖设备，而不是整个冬季所有房间全部采暖。假如这一地区也变成与我国北方地区一样的“全部时间、全部空间”的采暖模式，则采暖能耗会增长近10倍。

3. 室内空调与通风

室内空调能耗也与气候条件、建筑形式、系统设备、使用模式等相关。大部分欧洲国家在夏季没有制冷需求，因此空调能耗极低。据调查，2012年美国户均空调能耗约为2251度电，每平方米耗电量约为14.5kWh，分别相当于中国的10倍与5倍。我国与美国在住宅空调能耗方面存在巨大差异主要有以下原因。

①系统形式的差别。我国普遍是每个房间单独空调和通风换气；而美国大多是整个住宅单元通过一套系统进行全面空调与通风换气。根据2009年住宅区能源使用调查（RECS）的调研结果，美国约有60%的住户采用集中空调系统，而在我国这一比例仅约为0.6%。

②不同的新风获取方式。我国是通过开窗通风和卫生间、厨房的排风机间歇排风来实现室内通风换气，全年排风机电耗不超过100度／户；而美国住宅采用全面通风换气，风机电耗约为我国的20～30倍。

③不同的使用模式。在我国，室外温度适宜的季节，往往首选通过开窗通风来排走室内热量，不需要运行空调与通风等机械设备；即便是在炎热的夏季，也仅仅是间歇式地使用分体空调，对人员所在房间进行降温。而美国住宅因为全年固定通风换气量，不开外窗，即便是室外温度适宜的季节，仍需要依靠空调设备来降温排热。

④不同的运行时间。我国大多数住宅的空调、通风为部分时间运行模式，也就是家中有人时开机，无人时全部关闭；某个房间有人时开启这个房间的设备，离开时关闭；而美国典型的单体住宅建筑的通风空调采用全自动控制模式，全年连续运行。即使全家外出度假，通风空调系统也不关闭。基于这样的不同理念，我国与美国家庭的通风空调电耗差别巨大。例如，典型的上海家庭每年通风空调电耗为500度电以下，而典型的美国北卡罗来纳州住宅每年通风空调电耗在4000度左右，相当于上海的8倍。调研显示，美国安装了户式中央空调的住户中，约有一半用户整个夏天一直保持空调开启，而我国的这一比例不足0.1%。

4. 家电设备

我国居民家中每年家用电器设备的电耗约为470kWh，这一水平大约相当于美国的7%、欧洲国家的20%。这一差异与不同国家家电设备的类型和使用方式有关，如烘干机、冷柜、烤箱和洗碗机等电器，在西方国家的居民家中占有率较高，但在我国仅极少的家庭拥有并使用。如图2-15所示为不同国家家用烘干机与冷柜的占有率对比。在美国，一户普通家庭仅家用电烘干机的年电耗即达到1000kWh，已经相当于我国一户家庭全部家电年电耗的2倍。

一些家电的容量差异也会对能耗造成较大影响。以电冰箱为例，我国绝大部分住户冰箱容量在200L以下，日耗电量小于0.5kWh；在欧洲，70%以上家庭的冰箱容量大于150L；在美国，95%家庭的冰箱容量在14ft³（约396L）以上，日耗电量超过0.9kWh。

影响家电用能量的另一个关键因素是使用模式。对于洗衣机等电器，使用模式的差异有可能产生接近10倍的能耗差异。例如，使用冷水洗一次衣服的能耗相当于使用温水洗一次衣服的1/3，相当于使用热水的1/7。在中国，一般家庭一年使用洗衣机洗衣服的次数约为150次；而在美国，一般家庭一年大约洗400次衣服，洗衣机年耗电量约110kWh。

5. 生活热水

20世纪90年代以前，我国城市住宅很少有生活热水设施。近年来，虽然住宅中已经普及生活热水，但仅用于洗浴（且主要方式为淋浴，而非西方国家习惯的盆浴），这就导致我国户均生活热水用量远低于西方国家，以一次能耗计算，仅约为美国的1/9、日本的1/5、法国的1/3。

系统形式也是造成生活热水能耗差别的原因。如果使用的是集中系统，管网中的热水需保持循环且随时补热，以保证水温及用水的及时性。例如，美国大部分家庭使用的生活热水系统带有储水罐，以保证水管中的水恒定在一定温度，居民随时有热水用。保持储水罐内的热水温度以及补充热水在循环系统中散失的热量均需消耗大量能源。

6. 小结

我国住宅户均、人均能耗总体上均远低于发达国家水平，但值得注意的是，我国目前已经出现高能耗人群，其人均、户均水平已经达到或超过发达国家的平均水平，只是由于大多数居民还处在较低的用能水平，使小部分人群的高能耗状况被掩盖了。结合前文对中外能耗差异的分析，我国高能耗人群住宅能耗较高主要有以下原因。

①超大的居住面积。调查表明，我国住宅能耗与居住面积有非常强的相关性。目前有些住宅的单元面积高达200～400平方米，其户均能耗很容易达到普通住户（70～80平方米）的3～5倍。

②集中的环境控制与服务方式。很多高能耗住宅采用中央空调，按“全时间、全空间”的模式运行，其单位面积能耗是目前广泛采用的“部分时间、部分空间”的分散空调的7～12倍。这类住宅中有些还安装了中央真空吸尘系统、餐饮垃圾粉碎系统及洗衣烘干设备等，这就使生活模式由原来的节约型转变为依靠集中式服务系统的新模式，结果是在能耗上达到甚至超过了发达国家水平。

那么，未来我国的城镇住宅能耗会如何发展？是否会有更多的人向高能耗人群转变？

图2-16展示了部分国家的人均住宅能耗随年代而变化的情况。大部分欧美发达国家的人均住宅能耗在1970年后趋于平稳，日本到2000年前后趋于平稳，韩国则仍然保持增长。相比之下，我国人均住宅能耗与部分欧洲国家20世纪60年代以及日本和韩国80年代的水平接近。

如图2-17所示为经济发展与人均住宅能耗的关系。随着经济的发展，人均住宅能耗首先经历一个增长过程，而后趋于平稳。由于不同的国家采用了不同的经济发展路径，因此即便在相同的经济发展水平下，不同国家之间也可能存在3倍甚至更大的能耗差别。

中国目前尚处在能耗增长初期，发展模式的选择决定着未来的能耗增长趋势。我国的能源系统现状决定了我国未来城镇人均住宅能耗不能超过0.5tce/（cap·a）（包括北方城镇供暖能耗），显著低于图2-16中所有发达国家目前的住宅能耗水平。这就意味着，中国必须探索一条与发达国家截然不同的发展途径，在现有资源禀赋下，在提升人民生活水平的同时，通过合理的规划与引导，合理、适度地利用能源。

二、公共建筑能耗对比

本小节使用的全球公共建筑能耗数据主要来源于国际能源署（International Energy Agency, IEA）、美国能源部能源信息管理局（Energy Information Administration, EIA）和日本能源经济研究所（The Institute of Energy Economics, IEEJ）下属的能源数据和模型中心（The Energy Data and Modelling Center, EDMC）。

（一）中外国家公共建筑能耗概览

根据国际能源署（International Energy Agency, IEA）的统计数据，2011年全球公共建筑能耗总量为69 677亿kWh_e。这里kWh_e为等效电量纲，根据IEA给出的各国终端能耗数据计算得到，等效电法转化系数可参考文献[6]获得。各国能耗中，美国高居首位，其公共建筑消耗了20 823亿kWh_e能源，远高于世界其他国家；日本其次，为6237亿kWh_e。

图2-18是部分国家2011年公共建筑单位建筑面积用能强度。其中，空心圆圈的原始数据均来自IEA的统计结果，斜纹圆圈表示的中国公共建筑能耗数据是以公共建筑能耗（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。前者利用清华大学CBEM模型的计算结果，后者按照平均16kgce/m²核算得到。根据CBEM的结果，2011年中国公共建筑能耗约为8423亿kWh_e，而根据IEA统计结果计算中国公共建筑能耗为6029亿kWh_e。

从图2-18可见，美国和加拿大在单位面积和人均公共建筑能耗上均处于较高水平，日本和韩国在单位面积公共建筑能耗上与美国和加拿大处于接近的水平，但是人均能耗强度比后者低。法国和德国在单位面积和人均公共建筑能耗上均低于上述四个国家。而中国无论在单位面积还是人均公共建筑用能强度上，均低于上述发达国家。

（二）主要发达国家公共建筑能耗与历史发展分析

1. 美国

根据美国能源部能源信息管理局的统计数据^[8][9]，美国2010年的公共建筑一次能耗总量达到了1949年的近5倍，从3868PJ跃增到19 295PJ。这里根据发电煤耗法折算，1PJ=1×10¹⁵J。但美国公共建筑能耗并非一直保持增长，而是表现出明显的波动周期，如图2-19所示。图2-19中的深灰色柱表示该年份公共建筑面积有确切的统计数据；浅灰色柱表示该年份面积为估算值，其中1980年以后用插值法估算，1980年以前根据人均消费领域GDP的增长规律估算。

美国公共建筑能耗的这一变化过程更明显地表现在能耗强度上（见图2-20）。20世纪70年代以前，美国公共建筑能耗经历了快速增长期，人均能耗强度和单位面积能耗强度均快速攀升；而大约从1973年开始，由于发生了第一次能源危机，公共建筑用能强度出现了缓慢下降；能源危机后，公共建筑能耗经历了一段缓慢的增长期；进入21世纪，公共建筑人均能耗强度和单位面积能耗均发生明显回落。到2010年，美国公共建筑人均一次能耗为62.4GJ/（ca·a），单位面积一次能耗为2.6GJ/（m²·a）。

美国公共建筑在用能强度上远高于中国。以校园建筑为例，图2-21和图2-22分别是美国某大学和中国某大学的建筑能耗强度调查结果。这两所学校所在地区的纬度接近，气候相似，建筑功能相同，且均有集中供热。图中所示的调查数据，展示的均是不包括集中供暖的纯电耗强度。非常明显，该美国校园的建筑平均耗电强度远高于该中国校园的平均值。

截然不同的两种公共建筑室内环境营造理念，造成了这种巨大的能耗差别。例如，对室内温湿度、采光、通风等环境因素的控制是“全空间、全时间”，还是“部分空间、部分时间”；对建筑使用者提供任何时间、任何空间的100%保证率，还是允许一定的不保证率；是让使用者自主进行开窗、关灯等行为，还是完全通过机械系统提供服务，等等。这些服务方式的微小差别，导致了能源消耗的巨大差异。

2. 日本

根据日本EDMC统计结果^[11]，日本公共建筑总面积由1965年的4.2亿m²增长到2011年的18.3亿m²，各年增长情况如图2-23所示。

2011年日本公共建筑总一次能耗为3469PJ，是1965年（506PJ）的6.9倍；终端总能耗亦从335PJ增长到1706PJ。与美国的情况类似，日本的公共建筑总能耗也不是一直持续增长的，而是在1973年之前迅猛增长，在能源危机中经历了一个平台期，之后在20世纪90年代保持稳定增长，进入21世纪后开始回落。从图2-24可以发现，日本公共建筑在近10年间能耗总量的下降主要得益于采暖和热水两部分能耗的显著降低。

从用能强度的角度，同样可以明显地看出日本公共建筑能耗在20世纪70年代以前的迅猛增长和21世纪以来的显著下降（见图2-25）。2011年，日本公共建筑人均一次能耗为27.1GJ/（ca·a），单位面积一次能耗为1.9GJ/（m²·a）。

回顾美国和日本建筑能耗的历史发展可以看出，随着社会的进步和发展，其人均GDP不断增加，建筑能耗占社会总能耗的比例迅速提高（见图2-26）。1949年，美国建筑一次能耗占社会总一次能耗的29%，到2010年，其建筑一次能耗已经占社会总一次能耗的41%。而日本在1965年建筑一次能耗只占社会总一次能耗的20%，到2011年该比例上涨为37%。

美国和日本的公共建筑能耗有着非常接近的历史发展规律。美国和日本分别在20世纪50年代末60年代初、60年代末70年代初出现了公共建筑能耗强度飞速发展的现象，而中国目前的人均GDP水平恰与美国和日本当时的水平大体相当。假如我国的公共建筑也沿着相同的轨迹发展，我国的能源状况将很难支撑这样大的能源消耗，我国的环境容量和减少碳排放要求也不允许我国公共建筑向这样的方向发展。因此，我国当前公共建筑能耗的“二元分布”结构需要维持，尽量避免或至少延缓其向“一元分布”转化，这就要求大部分公共建筑保持相对较低的能耗水平，以维持“低能耗”和“高能耗”两个群体间的比例平衡。

然而，我国当前公共建筑建设规模迅速扩大，一大批新建的超高层建筑、大型商业综合体和大型交通枢纽等，均属于高能耗公共建筑，它们将使“二元分布”的主体结构从“低能耗”建筑逐渐向“高能耗”建筑转移，这样的趋势恰恰是在复制美国和日本等发达国家当年的发展轨迹，需要引起我们的高度警惕。