[论文分享]Evaluating the adaptation potential and retrofitting effectiveness of existing residential buildings in severe cold regions of China under climate change
📃 基本信息
[论文标题] 《中国严寒地区既有住宅建筑在气候变化下的适应潜力与改造效果评估》
[期刊信息] Building and Environment (2025) | 作者: Dayang Wang, Qi Dong, Cheng Sun
📌 一句话概括
该研究评估了在中国严寒地区的现有住宅建筑适应未来气候变化的潜力和改造策略效果，提出了基于全年性能优化的系统化建筑改造框架。
📚 深度总结
此论文着眼于全球气候变化对严寒气候地区建筑物能源需求的影响与适应性，特别是夏季制冷需求显著上升对传统冬季取暖为主的改造策略的挑战。论文以哈尔滨为典型区域，采用未来气候情景（IPCC SSP框架）的预测数据，结合建筑性能模拟（BPS）和机器学习（ML），评估建筑年度能源表现和室内热舒适性。研究主要流程如下：
- 气候数据及模拟：基于2007-2021年历史数据，利用GCM和RCM模拟未来气候变化，并通过统计降尺度和气候数据扭曲技术生成高分辨率未来气候文件（FTMY），涵盖SSP126至SSP585四种排放情景。
- 建筑模型与参数化设定：通过对区域内不同年代住宅建筑的特征分类，构造典型代理模型并进行能耗模拟，关注外围护结构（诸如绝热材料）、窗墙比例、遮阳装置等关键参数。
- 综合改造策略评估：采用多目标优化方法评估多种改造策略的年度采暖能耗（HEUI）、制冷能耗（CEUI）及总能耗（EUI）表现，提出兼顾能效与热舒适（PMV和STC）的改造路径。研究发现，绝热材料对冬季采暖需求的影响显著，但过高的热阻性能可能在夏季导致内部热积聚；对于控制夏季热负荷，遮阳设备（SSL）深度及窗玻璃太阳热增益系数（SHGC）的优化尤为重要。
- 机器学习的应用与解释性分析：通过SHapley Additive ExPlanations（SHAP）分析确定关键变量的贡献，证实气候数据（CD）对能源和舒适性指标的主导作用，不同的绝热材料和遮阳设计在不同季节表现出迥异的效能。
研究结论：
论文提出了一套整合外围护结构改造、动态遮阳和自然通风控制的综合框架，同时指出基于传统冬季能效的单一改造策略已不再匹配全年均衡的能效需求。研究强调了在未来气候情景下，需将被动设计策略与智能主动系统相结合，实现建筑全年的节能与舒适性目标。
局限性：未充分纳入城市热岛效应的影响；数据建模为理想化用户行为假设，缺乏实地验证；成本效益分析仍需进一步展开。
本速览仅作研究参考，不替代原文阅读。如需引用，请参考原论文。
🔍 要点追溯
- 研究方法: 气候模拟+建筑性能模拟（BPS）+机器学习模型（XGBoost、RF、SHAP分析）
- 适用范围: 严寒气候区住宅建筑
- 使用工具: Grasshopper-Ladybug Tools, Python (XGBoost, SHAP)
- 数据来源: 历史气象观测（1949-2024年），中国气象局（CMA）与CMIP6气候模型
- 参考标准: JGJ 26-2019, GB 50176-2016