《Building Research & Information》：Extreme heat risk in retrofit cost–benefit analysis: probabilistic evaluation of overheating mitigation for mild climates
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尽管荷兰气候温和，但热浪正变得更加频繁，机械制冷的应用也在增加，这暴露了主要旨在减少供暖需求的改造策略的局限性。虽然成本效益分析（CBA）通常支持节能改造，但它常常忽视日益增长的制冷负荷以及被动冷却措施的作用。因此，利益相关方缺乏对室内过热财务影响以及在气候变
尽管荷兰气候温和，但热浪正变得更加频繁，机械制冷的应用也在增加，这暴露了主要旨在减少供暖需求的改造策略的局限性。虽然成本效益分析（CBA）通常支持节能改造，但它常常忽视日益增长的制冷负荷以及被动冷却措施的作用。因此，利益相关方缺乏对室内过热财务影响以及在气候变异性下缓解策略有效性的长期视角。本研究提出了一个概率框架，通过将建筑能耗模拟与蒙特卡洛风险聚合相结合，考虑气候变异性和极端热浪重现性，将热韧性整合到CBA中。该框架以鹿特丹的一个中期住宅单元为例，基于30年历史参考期（1995–2024），评估了被动策略（遮阳、高反射涂料及其组合）和深度改造的净现值（NPV）。案例研究揭示了一个性能领域差异，即被动措施降低了过热强度（53–59%），但仅产生了边际性的制冷能耗节省（2–6%）。研究表明，仅依赖能源节省的传统CBA低估了过热缓解的更广泛价值，凸显了在改造投资决策中需考虑热韧性和气候不确定性。
研究背景与问题
随着气候变化，北欧和西欧地区热浪频发，即便是在历史上气候温和的地区，极端高温事件也已成为显著且严重的影响因素。例如，2019年热浪导致荷兰每周超额死亡人数达400人，其中80岁及以上老年人受影响尤为严重。然而，当前的建筑改造策略主要侧重于冬季保温以降低供暖成本和碳排放，这种“保温优先”的策略在温和气候区可能无意中加剧夏季过热风险，形成所谓的“适应不良”。传统的改造效益成本分析（CBA）依赖于确定性的长期平均气候数据（如典型气象年TMY），无法捕捉气候变异性和极端事件的严重性，从而忽视了被动冷却措施在提升热韧性方面的价值。因此，利益相关方缺乏在气候不确定性下评估改造措施长期财务可行性和功能韧性的可靠工具。为此，研究人员提出了一种将气候不确定性纳入节能改造财务评估的新框架。
研究方法与技术路线
本研究开发了一个三阶段概率框架，用于将极端热风险整合进改造的CBA中。首先，第一阶段（气候数据分析），研究人员利用荷兰皇家气象研究所（KNMI）提供的鹿特丹机场气象站30年（1995–2024）的历史逐时天气数据，分析极端热事件的发生频率和强度，并通过核密度估计（KDE）建立年度制冷能耗的概率密度函数（PDF）。其次，第二阶段（能耗模拟），研究人员使用Ladybug Tools中的Honeybee插件和EnergyPlus引擎，对一个位于鹿特丹的典型1952年多户住宅单元进行动态热与能耗模拟，评估不同改造场景下的能源使用强度（EUI）、过热小时数（OH）和过热度小时数（ODH）等关键性能指标。最后，第三阶段（成本效益分析），研究人员将模拟得到的概率性制冷需求输入到一个基于Python的蒙特卡洛模拟工作流中，通过计算净现值（NPV）来量化财务风险，并特别定义了“年度极值”（85分位数）和“最坏情况”（30年内超过阈值年份≥15次）场景。
研究结果
气候数据分析结果： 在30年数据集中识别出11次热浪事件，均发生在7月和8月，持续时间从6天到20天不等。热浪期间的度日数占全年总度日数的比例很高。通过动态模拟发现，热浪期贡献了全年42.8%至80.4%的制冷能耗。研究将“年度极值”阈值定义为85分位数，对应约13,525 kWh的年制冷需求，这意味着每年有15%的概率发生极端制冷事件。
能耗模拟结果——制冷能耗性能： 所有改造方案均降低了平均制冷EUI。基线平均值为5.99 kWh/m2，而简单遮阳（S01）降至5.62 kWh/m2，高反射涂料（S02）降至5.76 kWh/m2，组合措施（S03）降至5.42 kWh/m2，中等改造（M01）为5.57 kWh/m2，深度改造（D01）为5.45 kWh/m2。然而，在极端条件下（如2020年），各方案的峰值抑制效果有限，相对改善率仅为2.0%至6.0%。
能耗模拟结果——热韧性结果： 在2020年极端年份，基线记录到162个过热小时（OH）和309个过热程度小时（ODH）。被动措施显著提升了热韧性：简单遮阳（S01）减少了21%的过热时长和37%的过热强度；组合措施（S03）分别减少了35%和53%；深度改造（D01）表现最佳，将过热强度降低了59%。对比发现，这些措施对热不适的相对改善效果是对峰值能耗改善效果的11倍之多，揭示了性能领域的显著差异。
成本效益分析结果——制冷成本分析： 仅考虑制冷成本的CBA显示，所有被动冷却方案（S01-S03）的平均NPV均为负值（分别为-9031欧元、-9376欧元和-18513欧元），表明其成本远高于预期的节能收益。在最坏气候条件下，NPV虽略有改善，但仍为负值。参数敏感性测试表明，即使改变折现率、电价和空调效率（COP），所有情景的NPV仍为负值，进一步证实了在现有设定下被动冷却措施不具备财务可行性。
成本效益分析结果——综合供暖与制冷成本分析： 当整合供暖和制冷成本后，财务前景发生显著变化。只有简单遮阳（S01）和深度改造（D01）获得了正的均值NPV（分别为490欧元和约17,460欧元），其中D01在所有模拟中均实现正回报。然而，制冷节省对整体NPV的贡献极小（约为供暖节省的1/30），相关性分析显示NPV与供暖节省高度相关（R2 > 0.84），而与制冷节省几乎无关（R2 ≈ 0.01）。这表明在该温和气候案例中，财务可行性主要由供暖性能主导。
讨论与结论
讨论： 本研究提出的概率框架成功地将极端热事件与建筑性能和财务影响联系起来。与传统CBA相比，它通过蒙特卡洛模拟传播气候不确定性，为将热韧性纳入长期改造投资评估提供了方法论基础。研究发现，在温和气候下，制冷能耗节省不能作为被动改造措施韧性效益的充分代理指标，仅评估运行能耗会严重低估其在热舒适方面的改善。此外，综合供暖与制冷分析揭示了不同措施间的权衡关系，例如高反射涂料会增加供暖需求。因此，深度改造（D01）因其显著的供暖节省和最佳的韧性表现，成为财务上最稳健的策略。研究还指出，该框架有助于政策制定者识别何时传统能耗评估会低估热韧性措施的效益，从而支持将热风险纳入改造优先级排序。
结论： 本研究提出了一个概率性CBA框架，将气候不确定性整合到改造评估中。通过将极端热表征为随机变量而非确定性设计场景，该框架量化了气候引起的性能不确定性，并评估了在最坏热危害条件下适应策略的财务稳健性。应用于温和气候区的案例研究表明，被动冷却措施的节能量目前不足以收回成本。然而，在最坏条件下的NPV超过了平均NPV，表明其在极端事件期间具有缓解效应。此外，当地气候条件导致了供暖和制冷需求之间的显著不对称，放大了供暖节省对财务结果的支配性影响。
