《Sci》：Multi-Criteria Evaluation of Cooling-Oriented Envelope Retrofit Technologies for Energy, Thermal Comfort and Cost Performance
Angeliki Kitsopoulou,
Evangelos Bellos,
Evangelos Vidalis,
Georgios Mitsopoulos and
Christos Tzivanidis
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本研究旨在评估三种被动降温建筑围护结构技术对调节太阳得热及增强希腊雅典某住宅夏季建筑适应力的效果。为此，研究人员计算了基线条件及八种降温改造策略下，供暖、制冷和照明年度电力需求，以及预测不满意百分比（PPD）和预测平均投票数（PMV）等热舒适度指标。此外，研究
本研究旨在评估三种被动降温建筑围护结构技术对调节太阳得热及增强希腊雅典某住宅夏季建筑适应力的效果。为此，研究人员计算了基线条件及八种降温改造策略下，供暖、制冷和照明年度电力需求，以及预测不满意百分比（PPD）和预测平均投票数（PMV）等热舒适度指标。此外，研究还进行了多标准评估，依据经济性能和热舒适度改善情况确定最佳降温改造策略。计算结果表明，结合电致变色（EC）窗户与可伸缩外部遮阳（ES–Summer）的方案在能源效率上表现最优，年度电力需求降低22.2%，室内年度热舒适度提升15.8%。然而，由于其高昂的初始投资导致生命周期成本（LCC）高达13182.2欧元，该方案在多标准分析中仅排名第六。相比之下，局部静态遮阳元件的生命周期成本为6378欧元，每年热舒适度改善达9.3%，相当于减少了626小时的热不适时间，在经济和热舒适度标准的多目标评估中被评为全局最优解。在每节省一千瓦时电能的经济节约方面，可伸缩遮阳得分最低，为1.6欧元/千瓦时。这些结论为以降温为导向的建筑改造策略提供了宝贵见解，重点关注窗户改造。未来的工作将扩展至对热致变色（TC）窗户颜色转变温度设定点的参数分析，旨在不同气候条件下识别最佳建筑热性能。
研究背景与意义
随着全球气候变暖及极端高温天气频发，建筑行业的能耗占比持续上升，其中制冷能耗的增长尤为显著。传统的建筑改造策略往往侧重于单一目标的优化，如单纯追求能效提升或成本控制，而忽略了热舒适度与经济效益之间的平衡。特别是在地中海气候区（如希腊雅典），夏季漫长且炎热，建筑面临着巨大的制冷压力。因此，探索能够同时兼顾节能、经济性和居住者热舒适度的被动式降温技术，成为当前建筑节能领域亟待解决的关键科学问题。本研究发表于《Sci》期刊，其重要意义在于打破了传统单目标优化的局限，通过引入多目标评估体系，为住宅建筑的夏季降温改造提供了更为科学、全面的决策依据。
关键技术方法
为实现上述研究目标，研究人员采用了多项关键技术方法。首先，基于动态能量模拟，量化了不同改造场景下建筑的供暖、制冷及照明能耗。其次，利用Fanger模型计算预测平均投票数（PMV）和预测不满意百分比（PPD），以精准评估室内热舒适度。再次，引入生命周期成本（LCC）分析方法，全面考量初始投资、运营及维护成本。最后，构建多目标优化函数，通过计算各方案与理想解的几何距离（F），实现对不同改造策略的综合排序。
研究结果
3.1 能源性能与热舒适度结果
基线情景分析显示，该住宅年制冷能耗（5073 kWh）是供暖能耗的两倍以上，属于典型的制冷密集型建筑。在各项改造策略中，电致变色（EC）窗户结合可伸缩局部遮阳被确定为最优的制冷改造策略，其供暖、制冷和照明电力消耗分别为482 kWh、621 kWh和302 kWh。尽管照明能耗因可见光透射减少而增加了80 kWh，但该组合实现了最高的年节电量（401 kWh，占比22.2%）。在热舒适度方面，EC与静态局部遮阳的组合使PPD指数降低了17.9%，表现最佳。此外，研究定义了不适时间（即PPD超过10%的小时数），基线情景下为3929小时，而EC与固定遮阳组合将其大幅减少了831小时。
3.2 生命周期成本结果
经济评估是多目标分析的重要组成部分。静态外部遮阳元件（ES）的初始投资成本最低（35 �/m2），其生命周期成本（LCC）仅为6378欧元，年度PPD为9.3%，综合排名第一。可伸缩遮阳装置（ES–Summer）的LCC为6406.9欧元，年度PPD为9.8%，排名第二。相比之下，尽管EC与ES–Summer组合在节能方面表现卓越，但由于电致变色窗户的高昂成本（600 �/m2），其LCC高达13182.2欧元，导致其综合排名降至第六。这表明，高昂的资本成本严重削弱了高能效技术的整体竞争力。
讨论与结论
讨论
研究人员在讨论中指出，电致变色（EC）窗户虽然提供了更大的控制灵活性，并能有效适应夏季需求，但在冬季也会因过度阻挡太阳辐射而增加供暖负担。与之相对，热致变色（TC）窗户由于全年不间断激活，在冬季能有效调节太阳得热，从而提供了更好的热舒适度。此外，研究还发现，尽管可伸缩遮阳在夏季持续运行，但静态遮阳由于在过渡季节（春、秋）持续提供太阳能控制，其年度制冷能耗反而更低。
结论
本研究的结论明确指出，虽然EC与ES–Summer组合在能源效率上最优，但考虑到高昂的生命周期成本，局部静态遮阳元件才是经济与热舒适度双重标准下的全局最优解。这些结论为未来的建筑改造提供了重要的实践指导。研究人员强调，未来的工作将进一步扩展到对热致变色（TC）窗户颜色转变温度设定点的参数分析，以期在不同气候条件和建筑类型中寻找最佳的热性能平衡点。
