多楼层建筑节能改造策略及相关不确定性：一项批判性综述

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Retrofitting strategies and related uncertainties in multi-story buildings: A critical review

　　

全球建筑能耗占世界总能耗的30%-40%，建筑部门贡献了37%与能源相关的CO2排放。随着城市人口快速增长，建筑存量能耗问题日益严峻。多楼层建筑因其垂直堆叠的热耦合区域、大面积楼板、共享能源系统及复杂竖向气流等特点，成为建筑节能改造的关键对象。本研究对多楼层建筑节能改造策略及不确定性进行了系统性综述。研究人员从建筑围护结构翻新、室内环境控制、可再生能源集成三大类能源效率措施入手，梳理了能量、经济、环境和社会四类性能评价指标及其应用现状。研究发现，现有研究普遍偏重能量和经济指标，社会维度指标如室内环境质量、住户接受度等关注不足；多措施组合改造虽优于单一措施，但多数研究将其视为简单叠加而非考虑交互作用；楼层高度、朝向等布局变量对改造成效影响显著却常被忽视。在不确定性方面，研究人员归纳了气候条件、住户行为、经济因素等主要不确定性来源，指出当前研究多采用确定性优化后敏感性分析的顺序流程，缺乏将鲁棒性纳入优化目标的系统框架。基于上述分析，研究人员提出了一个整合能源效率措施选择、性能评价与不确定性分析的概念框架，旨在为未来多楼层建筑改造研究提供结构化参考，推动更稳健的改造决策。

多楼层建筑节能改造策略及相关不确定性：一项批判性综述解读

研究背景与问题提出

全球建筑能耗占世界总能耗的30%-40%，建筑部门贡献了37%与能源相关的CO?排放。随着城市化进程加速，建筑存量持续增长，能源需求不断攀升，运营成本也随之上升。联合国气候变化大会提出的净零目标已成为建筑节能改造的核心导向。在此背景下，多楼层建筑因其独特特征——垂直堆叠的热耦合区域、相对较大的楼板面积、共享或集中式能源系统、复杂竖向气流以及涉及多方利益相关者的改造决策——成为节能改造的重点研究对象。然而，现有研究存在若干关键问题：首先，已有综述主要聚焦于改造技术本身，而对评估改造成效的性能评价标准关注不足；其次，随着改造策略日趋复杂，技术因素与外部因素的交互作用使得不确定性日益凸显，但相关不确定性来源、分析方法、概率分布及评价指标尚未得到系统性梳理；最后，缺乏一个能够连接能源效率措施选择、性能评价与不确定性评估的集成框架。因此，本研究旨在通过对相关文献的批判性评述来填补上述研究空白。

研究方法与技术路线

研究人员采用两阶段文献筛选方法：第一阶段通过“能源改造”、“多楼层建筑”及描述建筑原型的相关关键词在Compendex Engineering Village和Scopus数据库中检索，获得793篇文献；第二阶段依据时间限制（2014-2025年）、主题限制（排除结构性能分析相关研究）及重复文献剔除进行筛选，最终纳入178篇出版物。其中139篇聚焦于改造研究，94篇涉及不确定性相关主题。

研究结果

3.1 评价指标在能源效率措施中的应用

3.1.1 建筑围护结构措施

围护结构改造以被动干预为主，包括保温隔热、涂层、高性能玻璃、遮阳及阳台改造等措施，可降低能耗高达44.1%，窗户升级的投资回收期最短可达6.3年。然而，其性能对室外条件、材料退化以及热工、湿度、声学和采光需求之间的相互作用较为敏感。主动解决方案如响应式立面虽然适应性更强，但仍受限于简化的控制策略、高昂的资本和维护成本以及未解决的热桥效应。在所有三类改造措施中，能量指标主导评价框架，其次是环境和经济指标。社会指标发展最不充分，热舒适和视觉舒适有时作为次要约束条件被纳入，但能源可负担性、室内环境质量风险、住户接受度、公平性及施工期间干扰等问题基本未被涉及。

3.1.2 室内环境控制措施

暖通空调和照明相关干预措施包括被动式、主动式和集成式策略。被动分区和自然通风措施可将供暖和制冷负荷降低11%-27%，优化的照明和运行控制可实现高达19.2%和50.25%的降幅。集成式干预通常带来更大效益，通过布局调整、通风和热回收可使供暖负荷降低高达49%，协调照明、控制和窗户改进可实现约46%-52%的总节能。但这些收益难以推广，因为住户行为、层间气流以及采光、遮阳和暖通空调控制之间的冲突会显著改变实际效果。研究表明，自然通风可降低电力消耗高达45%，但这仅在室内外温差保持在2°C以下时才成立。

3.1.3 可再生能源措施

太阳能和地热能系统是研究最多的可再生能源技术，报告的年能耗降幅分别高达50%和36.7%。风力系统由于城市密集区风资源变化大及噪声问题，在多楼层建筑中的适用性较低，尽管混合风光系统可能提高供能可靠性。主要未解决的问题包括发电与用电的时间错配、储能集成不足、经济回报不确定性以及地热系统的长期地下热平衡问题。生物质能可提供可调度能源，但其燃烧排放和燃料供应问题使净零性能的主张变得复杂。

3.2 改造策略的批判性分析

研究人员从29篇精选文献中提取出四个关键分析点：第一，组合措施产生集成效应，但许多研究将其视为简单叠加而非交互作用。例如，有研究发现围护结构与能源供应系统联合改造带来的一次能源消耗降幅超过了单项改造的降幅之和，绿色屋顶与日光调光控制结合产生的20年净节省比两项措施单独实施之和高出2.3%。第二，楼层高度、朝向等布局变量在多楼层建筑研究中被大量忽略。自然通风机制在上层和下层之间存在差异，相变材料的节能效果随建筑高度增加而下降，光伏-风电系统在低层建筑中匹配性更好，屋顶保温在高建筑中的影响大于六层建筑。第三，研究可能使用不完整的指标或标准来评估改造成效，使得实践意义难以判断。第四，住户行为不仅是不确定性来源，更是措施能否在实践中发挥作用的边界条件。

不确定性分析与讨论

不确定性分析部分总结了来自改造策略、天气条件、住户行为和经济因素等方面的不确定性来源。研究发现两个更广泛的问题：第一，大多数研究先使用确定性模型确定最优解，然后再进行敏感性分析，因此无法判断所得解在动态实际条件下是否仍然可靠；第二，不同模型报告的最优结果难以比较，有些研究仅报告敏感性排序而不展示可能的输出范围。研究人员据此提出了一个集成能源效率措施选择、性能评价与不确定性分析的概念框架。

研究结论

本综述提供了多楼层建筑改造项目中关键方面的结构化全面概述，涵盖能源效率措施、性能评价标准及不确定性分析。主要结论包括：能量指标主导评价体系而社会维度严重不足；组合措施需考虑交互作用而非简单叠加；楼层布局变量对改造成效具有重要影响；当前不确定性分析多采用事后敏感性分析而缺乏鲁棒性优化框架。所提出的概念框架为未来研究和更稳健的不确定性条件下的改造决策提供了结构化参考。