有效的能源使用，有时简称为能源效率，是减少提供产品和服务所需能源的目标。 例如，使住宅隔热允许建筑物使用较少的加热和冷却能量来实现并保持舒适的温度。 与使用传统白炽灯泡相比，安装LED照明，荧光灯或天然天窗可以减少达到相同照度所需的能量。 通常通过采用更有效的技术或生产过程或通过应用普遍接受的方法来减少能量损失来实现能效的提高。
提高能源效率有很多动机。 如果能源节省抵消了实施节能技术的任何额外成本，则减少能源使用可降低能源成本并可能为消费者节省财务成本。 减少能源使用也被视为减少温室气体排放问题的解决方案。 根据国际能源署的报告，提高建筑物，工业流程和运输的能源效率可以在2050年将世界能源需求减少三分之一，并有助于控制全球温室气体排放。 另一个重要的解决方案是取消政府主导的能源补贴，这些补贴促进了世界上一半以上国家的高能耗和低效能源使用。
能源效率和可再生能源被认为是可持续能源政策的两大支柱，是可持续能源等级的重中之重。 在许多国家，能源效率也被视为具有国家安全利益，因为它可用于降低从外国进口的能源水平，并可能减缓国内能源资源枯竭的速度。
概观
事实证明，能源效率是建立经济的一种具有成本效益的战略，而不必增加能源消耗。 例如，加利福尼亚州在20世纪70年代中期开始实施能效措施，包括制定具有严格效率要求的代码和设备标准。 在接下来的几年中，加利福尼亚州的人均能源消耗基本保持不变，而美国的全国消费量翻了一番。 作为其战略的一部分，加利福尼亚州实施了新能源的“装载订单”，将能源放在首位，将可再生电力供应放在第二位，以及新的化石燃料发电厂。 康涅狄格州和纽约州等国家已经建立了准公共绿色银行，以帮助住宅和商业建筑业主提供能源效率升级，以减少排放并降低消费者的能源成本。
Lovin的落基山研究所指出，在工业环境中，“有很多机会可以节省70％到90％的照明，风扇和泵系统的能源和成本; 50％用于电动机; 60％用于加热，冷却，办公设备和电器。“ 一般来说，今天美国高达75％的用电量可以节省成本低于电力本身的效率措施，同样适用于家庭环境。 美国能源部表示，通过提高家庭能源效率，可以实现90亿千瓦时的节能。
其他研究也强调了这一点。 麦肯锡全球研究所于2006年发表的一份报告称，“能源生产率改善有足够的经济可行机会，可以使全球能源需求年增长率低于1％” – 不到平均2.2％的一半在一切照旧的情况下，预计到2020年增长。 衡量每单位能源投入的商品和服务的产出和质量的能源生产率可以来自减少生产某种产品所需的能源数量，也可以来自增加相同数量能源的商品和服务的数量或质量。
在联合国气候变化框架公约（UNFCCC）的主持下，2007年维也纳气候变化会谈报告清楚地表明“能源效率可以以低成本实现真正的减排”。
国际标准ISO 17743和ISO 17742提供了一种记录的方法，用于计算和报告各国和城市的节能和能源效率。
家电
现代电器，如冰柜，烤箱，炉灶，洗碗机，洗衣机和烘干机，比旧设备使用的能源要少得多。 安装晾衣绳将大大降低一个人的能源消耗，因为他们的烘干机将减少使用。 例如，目前的节能冰箱比2001年的传统型号节能40％。此后，如果欧洲的所有家庭将其十多年历史的电器改为新电器，那么200亿千瓦时的电力将是每年节省，因此减少了近180亿公斤的二氧化碳排放量。 在美国，相应的数字将是170亿千瓦时的电力和27,000,000,000磅（1.2×1010千克）的二氧化碳。 根据麦肯锡公司2009年的一项研究，更换旧设备是减少温室气体排放的最有效的全球措施之一。 现代电源管理系统还通过关闭它们或在一定时间后将它们置于低能耗模式来减少闲置设备的能量使用。 许多国家使用能源输入标签来识别节能电器。
能源效率对峰值需求的影响取决于何时使用该设备。 例如，空调在下午炎热时会消耗更多能量。 因此，节能空调对峰值需求的影响要大于非高峰需求。 另一方面，节能洗碗机在人们做菜的晚上使用更多的能量。 该设备可能对峰值需求几乎没有影响。
建筑设计
由于其作为主要能源消费者的角色，建筑物是全世界提高能效的重要领域。 然而，建筑物中的能源使用问题并不简单，因为能源使用可以实现的室内条件变化很大。 保持建筑物舒适，照明，供暖，制冷和通风的措施都消耗能源。 通常，建筑物中的能源效率水平是通过将消耗的能量除以建筑物的建筑面积（称为特定能耗（SEC）或能源使用强度（EUI））来衡量的：
{\ displaystyle {\ frac {\ text {Energy consume}} {\ text {Built area}}}} {\ displaystyle {\ frac {\ text {Energy consume}} {\ text {Built area}}}}
然而，由于建筑材料在其中体现了能量，因此问题更加复杂。 另一方面，当通过重复使用材料或燃烧它们以获取能量来拆除建筑物时，可以从材料中回收能量。 此外，当使用建筑物时，室内条件可以变化，从而导致更高和更低质量的室内环境。 最后，整体效率受到建筑物使用的影响：建筑物大部分时间是否占用，是否有效利用空间 – 或者建筑物基本上是空的？ 甚至有人建议，为了更加完整地考虑能源效率，应修改SEC以包括以下因素：
{\ displaystyle {\ frac {{\ text {Embodied energy}} + {\ text {Energy consume}} – {\ text {Energy restored}}} {{\ text {Built area}} \ times {\ text {Utilization rate}} \ times {\ text {Quality factor}}}}} {\ displaystyle {\ frac {{\ text {Embodied energy}} + {\ text {Energy consume}} – {\ text {Energy restored}}} {{\ text {建筑面积}} \ times {\ text {利用率}} \ times {\ text {Quality factor}}}}}
因此，建筑物能源效率的均衡方法应该比简单地尽量减少能源消耗更全面。 应考虑室内环境质量和空间利用效率等问题。因此，用于提高能源效率的措施可采取多种不同形式。 它们通常包括被动措施，这些措施本身可以减少使用能源的需求，例如更好的隔热效果。 许多用于改善室内条件以及减少能量使用的各种功能，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，景观和山丘可以提供遮荫和阻挡风。 在较凉爽的气候中，设计具有朝南窗户的北半球建筑物和具有朝北窗户的南半球建筑物增加了进入建筑物的太阳（最终热能）的量，通过最大化被动太阳能加热来最小化能量使用。 紧凑的建筑设计，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，可以减少25％至50％的热量损失。
深色屋顶可能比最反光的白色表面温度高39°C（70°F）。 它们在建筑物内传递一些额外的热量。 美国研究表明，与屋顶较暗的建筑物相比，浅色屋顶的冷却能耗降低40％。 白色屋顶系统在阳光充足的气候中节省更多能源。 先进的电子加热和冷却系统可以减少能源消耗并提高建筑物内人员的舒适度。
正确放置窗户和天窗以及使用将光线反射到建筑物中的建筑特征可以减少对人工照明的需求。 一项旨在提高学校和办公室生产力的研究表明，增加了对自然和任务照明的使用。 紧凑型荧光灯使用的能源减少了三分之二，并且可以比白炽灯泡长6到10倍。 较新的荧光灯产生自然光，在大多数应用中它们具有成本效益，尽管它们的初始成本较高，投资回收期低至几个月。 LED灯仅使用白炽灯所需能量的约10％。
有效的节能建筑设计可以包括使用低成本的被动红外线（PIR）来关闭区域无人居住时的照明，例如厕所，走廊甚至是非工作时间的办公区域。 此外，可以使用与建筑物照明方案相关联的日光传感器监控勒克斯水平，以打开/关闭或调暗照明到预定水平，以考虑自然光，从而减少消耗。 建筑管理系统（BMS）将所有这些连接在一个集中式计算机中，以控制整个建筑的照明和电力需求。
在将住宅自下而上模拟与经济多部门模型相结合的分析中，已经表明，由绝缘和空调效率引起的可变热量增益可能具有在电力负荷上不均匀的负荷转移效应。 该研究还强调了家庭效率提高对电力部门发电容量选择的影响。
选择在建筑物中使用哪种空间加热或冷却技术会对能源使用和效率产生重大影响。 例如，用效率高达95％的旧天然气炉取代旧的50％，将大大减少能源消耗，碳排放和冬季天然气费用。 地源热泵可以更节能和更具成本效益。 这些系统使用泵和压缩机来围绕热力循环移动制冷剂流体，以便将热量“泵送”到其从热到冷的自然流动，以便将热量从包含在附近地面内的大型热储存器传递到建筑物中。 最终结果是热泵通常使用比直接电加热器少四倍的电能来提供等量的热量。 地源热泵的另一个优点是它可以在夏季翻转并通过将热量从建筑物传递到地面来冷却空气。 地源热泵的缺点是它们的初始投资成本高，但由于能耗的降低，这通常会在五到十年内得到补偿。
商业部门正在慢慢采用智能电表，向工作人员强调，并以内部监测的目的，以动态可呈现的格式展示建筑物的能源使用情况。 电能质量分析仪的使用可以引入现有建筑物，以评估使用，谐波失真，峰值，膨胀和中断等，从而最终使建筑物更加节能。 这些仪表通常使用无线传感器网络进行通信。
绿色建筑XML（gbXML）是一种新兴的模式，是建筑信息模型工作的一个子集，专注于绿色建筑的设计和运营。 gbXML用作多个能量模拟引擎的输入。 但随着现代计算机技术的发展，市场上出现了大量的建筑性能仿真工具。 在选择要在项目中使用的模拟工具时，用户必须考虑工具的准确性和可靠性，考虑他们手头的建筑信息，这些信息将作为工具的输入。 Yezioro，Dong和Leite开发了一种人工智能方法来评估建筑性能模拟结果，并发现更详细的模拟工具在加热和冷却电耗方面具有最佳模拟性能，在平均绝对误差的3％以内。
能源与环境设计领导力（LEED）是由美国绿色建筑委员会（USGBC）组织的评级系统，旨在促进建筑设计中的环境责任。 他们目前根据建筑物符合以下标准，为现有建筑（LEED-EBOM）和新建筑（LEED-NC）提供四级认证：可持续场地，用水效率，能源和大气，材料和资源，室内环境质量，以及设计创新。 2013年，USGBC开发了LEED Dynamic Plaque，这是一种根据LEED指标跟踪建筑性能的工具，以及重新认证的潜在途径。 第二年，该委员会与霍尼韦尔合作，从BAS中提取能源和水的使用数据以及室内空气质量数据，以自动更新斑块，提供近乎实时的性能视图。 位于华盛顿特区的USGBC办公室是首批采用实时更新的LEED动态牌匾的建筑之一。
深度能源改造是一种整体建筑分析和施工过程，用于实现比传统能源改造更大的节能。 深能源改造可应用于住宅和非住宅（“商业”）建筑。 深度能源改造通常可以节省30％或更多的能源，可能会持续数年，并可能显着提高建筑价值。 帝国大厦经历了深度能源改造过程，该过程于2013年完成。由江森自控，落基山研究所，克林顿气候倡议和仲量联行的代表组成的项目团队将实现每年减少能源使用38 ％和440万美元。 例如，6,500个窗户在现场重新制造成超级窗户，这些窗户阻挡热量但是通过光线。 炎热天气的空调运营成本降低，立即节省了1700万美元的项目资本成本，部分资金用于其他改造。 帝国大厦于2011年9月获得金牌领导能源与环境设计（LEED）评级，是美国最高的LEED认证建筑。 印第安纳波利斯市县大楼最近进行了深度能源改造，每年节能46％，每年节能75万美元。
在住宅，商业或工业场所进行的能源改造，包括深层和其他类型，通常通过各种形式的融资或激励措施得到支持。 奖励包括预先包装的折扣，其中买方/用户甚至可能不知道正在使用的物品已经被回扣或“被买断”。 对于高效照明产品，“上游”或“中游”降价是常见的。 通过使用正式应用程序，其他回扣对最终用户更加明确和透明。 除了可以通过政府或公用事业计划提供的回扣外，政府有时还会为能效项目提供税收优惠。 一些实体提供折扣和支付指导和便利服务，使能源最终用户能够获得回扣和奖励计划。
为了评估建筑物能效投资的经济合理性，可以使用成本效益分析或CEA。 CEA计算将以$ / kWh产生节省的能量值，有时称为负值。 这种计算中的能量是虚拟的，因为它从未消耗，而是由于进行了一些能效投资而节省了。 因此，CEA允许将负电价与能源价格进行比较，例如来自电网的电力或最便宜的可再生替代品。 CEA方法在能源系统中的好处在于它避免了为计算目的而猜测未来能源价格的需要，从而消除了能效投资评估中的主要不确定性来源。
行业
工业使用大量能源为各种制造和资源开采过程提供动力。 许多工业过程需要大量的热量和机械动力，其中大部分是以天然气，石油燃料和电力的形式提供的。 此外，一些行业从废物产生燃料，可用于提供额外的能源。
由于工业流程如此多样化，因此无法描述工业中众多可能的能效机会。 许多人依赖于每个工业设施使用的特定技术和工艺。 然而，在许多行业中广泛使用了许多过程和能源服务。
各种工业产生蒸汽和电力，供其后续使用。 当产生电力时，作为副产物产生的热量可被捕获并用于过程蒸汽，加热或其他工业目的。 传统的发电效率约为30％，而热电联产（也称为热电联产）可将高达90％的燃料转化为可用能源。
先进的锅炉和熔炉可以在更高的温度下运行，同时燃烧更少的燃料。 这些技术效率更高，产生的污染物更少。
美国制造商使用的燃料中有超过45％用于制造蒸汽。 典型的工业设施可以减少20％的能源消耗（根据美国能源部），通过隔离蒸汽和冷凝水回收管线，停止蒸汽泄漏和维护蒸汽疏水阀。
电动机通常以恒定速度运行，但变速驱动器允许电动机的能量输出与所需的负载相匹配。 根据电机的使用方式，这可实现3％至60％的节能效果。 由超导材料制成的电动机线圈也可以减少能量损失。 电机也可能受益于电压优化。
工业使用各种形状和尺寸的大量泵和压缩机，并广泛应用于各种领域。 泵和压缩机的效率取决于许多因素，但通常可以通过实施更好的过程控制和更好的维护实践来进行改进。 压缩机通常用于提供压缩空气，用于喷砂，喷漆和其他动力工具。 根据美国能源部的说法，通过安装变速驱动器来优化压缩空气系统，以及检测和修复漏气的预防性维护，可以将能效提高20％至50％。
运输
汽车
估计汽车的能效为280乘客里程/ 106 Btu。 有几种方法可以提高车辆的能效。 使用改进的空气动力学来最小化阻力可以提高车辆燃料效率。 降低车辆重量还可以提高燃料经济性，这就是复合材料广泛用于车身的原因。
更先进的轮胎，减少轮胎与路面的摩擦和滚动阻力，可以节省汽油。 通过保持轮胎充气到正确的压力，燃油经济性可提高3.3％。 更换堵塞的空气过滤器可以将旧车的汽车燃油消耗提高10％。 对于使用燃油喷射的计算机控制发动机的新型车辆（20世纪80年代及以上），堵塞的空气过滤器对mpg没有影响，但更换它可能会使加速度提高6-11％。
涡轮增压器可通过允许更小排量的发动机来提高燃油效率。 “2011年发动机”是配备MHI涡轮增压器的菲亚特500发动机。 “与1.2升8v发动机相比，新款85马力涡轮增压发动机功率提高了23％，性能指标提高了30％。双缸发动机的性能不仅相当于1.4升16v发动机，而且耗油量更大低了30％。“
节能汽车的燃油效率可能是普通汽车的两倍。 先进的设计，例如柴油梅赛德斯 – 奔驰仿生概念车，其燃油效率达到每加仑84英里（2.8升/ 100公里; 101英里/加仑），是目前传统汽车平均值的四倍。
汽车效率的主流趋势是电动汽车的兴起（所有电动汽车或混合电动汽车）。 像丰田普锐斯这样的混合动力车使用再生制动来重新获得能够在普通汽车中消散的能量; 这种影响在城市驾驶中尤为明显。 插电式混合动力车还具有增加的电池容量，这使得可以在不燃烧任何汽油的情况下驾驶有限的距离; 在这种情况下，能源效率取决于任何过程（如燃煤，水电或可再生能源）产生的电力。 插件通常可以在没有充电的情况下仅靠电力行驶大约40英里（64公里）; 如果电池电量不足，燃气发动机会启动，允许扩大范围。 最后，全电动汽车也越来越受欢迎; 特斯拉Model S轿车是目前市场上唯一的高性能全电动汽车。
街道照明
全球各地的城市以3亿盏灯点亮数百万条街道。 一些城市正在寻求通过在非高峰时段调光灯或切换到LED灯来减少路灯功耗。 目前尚不清楚LED的高发光效率是否会导致能量的真正减少，因为城市最终可能比过去更加明亮地安装额外的灯或照明区域。
飞机
有几种方法可以减少航空运输中的能源使用，从修改飞机本身到如何管理空中交通。 与汽车一样，涡轮增压器是降低能耗的有效方法; 然而，喷气涡轮机中的涡轮增压器不是允许使用小排量发动机，而是通过在较高海拔处压缩较薄的空气来运行。 这允许发动机在海平面压力下运行，同时利用在更高海拔处降低飞机上的阻力。
空中交通管理系统是提高飞机效率的另一种方式，而不仅仅是航空业的整体效率。 新技术可以实现起飞，着陆和防撞以及机场内的卓越自动化，从简单的HVAC和照明到安全和扫描等更复杂的任务。
替代燃料
替代燃料，称为非常规燃料或先进燃料，是除常规燃料之外可用作燃料的任何材料或物质。 一些众所周知的替代燃料包括生物柴油，生物醇（甲醇，乙醇，丁醇），化学储存的电（电池和燃料电池），氢，非化石甲烷，非化石天然气，植物油和其他生物质来源。
节能减排
除了更有效地使用能源之外，节能比能源效率更广泛，包括积极努力减少能源消耗，例如通过行为改变。 在没有提高效率的情况下进行保护的例子包括在冬天减少房间的使用，减少使用汽车，使用干衣机风干而不是使用烘干机，或在计算机上启用节能模式。 与其他定义一样，有效能源使用和节能之间的界限可能是模糊的，但两者在环境和经济方面都很重要。 当行动针对化石燃料的节约时尤其如此。 节能是一项挑战，需要政策计划，技术发展和行为改变齐头并进。 许多能源中介组织，例如地方，区域或国家层面的政府或非政府组织，正在开展公共资助的计划或项目，以应对这一挑战。 心理学家也参与了节能问题，并提出了实现行为改变的指导方针，以减少能源消耗，同时考虑到技术和政策因素。
国家可再生能源实验室维护着一份对能效有用的全面应用列表。
计划和管理能效项目的商业物业经理通常使用软件平台进行能源审计，并与承包商合作以了解他们的全部选择。 能源部（DOE）软件目录描述了EnergyActio软件，这是一个专为此目的而设计的基于云的平台。
可持续能源
考虑政策考虑因素。
国家可再生能源实验室维护着一份对能效有用的全面应用列表。
计划和管理能效项目的商业物业经理通常使用软件平台进行能源审计，并与承包商合作以了解他们的全部选择。 能源部（DOE）软件目录描述了EnergyActio软件，这是一个专为此目的而设计的基于云的平台。
可持续能源
主要文章：可持续能源
据说能源效率和可再生能源是可持续能源政策的“双重支柱”。 两种策略必须同时制定，以稳定和减少二氧化碳排放。 高效的能源使用对于减缓能源需求增长至关重要，因此不断上升的清洁能源供应可以大幅削减化石燃料的使用。 如果能源使用增长太快，可再生能源发展将追逐一个后退目标。 同样，除非清洁能源供应快速上线，否则需求增长放缓只会开始减少碳排放总量; 还需要降低能源的碳含量。 因此，可持续能源经济需要对效率和可再生能源做出重大承诺。
像Lieef这样的公司已经开始代表公司和投资基金报告ESG指标，以提高迄今为止重要性的空间透明度，但尚未找到统一的衡量工具。 此外，大多数报告可持续性的公司都是在“净”基础上进行的，并没有反映其碳排放，并将这些排放与其抵消这些排放的活动分开，例如购买可再生信贷和绿色电力。
反弹效果
如果对能源服务的需求保持不变，提高能源效率将减少能源消耗和碳排放。 然而，许多效率改进并不能通过简单工程模型预测的量来减少能量消耗。 这是因为它们使能源服务更便宜，因此这些服务的消费增加。 例如，由于节省燃料的车辆使旅行更便宜，消费者可能选择更远的地方行驶，从而抵消了一些潜在的节能。 同样，对技术效率改进的广泛历史分析最终表明，能源效率的提高几乎总是超过经济增长，导致资源使用和相关污染的净增加。 这些是直接反弹效应的例子。
反弹效应大小的估计范围从大约5％到40％。 家庭层面的反弹效应可能低于30％，运输可能接近10％。 30％的反弹效应意味着能源效率的提高应该达到使用工程模型预测的能耗降低的70％。 对于照明而言，回弹效果可能特别大，因为与诸如运输之类的任务相比，对于可以认为有用的光量实际上没有上限。 事实上，在许多社会和数百年中，照明似乎占GDP的0.7％左右，这意味着100％的反弹效应。