Eles sofrem danos de ambos bolas de fogo
A chave para mim é a palavra "efeitos" da sua citação:
The effects of the same spell cast multiple times...
Eu argumentaria que o dano causado pela bola de fogo não é um "efeito" no contexto do que sua citação está falando. Esse feitiço simplesmente causa dano e não tem "efeitos" adicionais.
Além disso (como apontado por @PJRZ), a seção citada começa com esta frase:
The effects of different spells add together while the durations of those spells overlap. (PHB, pg. 205)
Isso sugere que feitiços que simplesmente têm um efeito instantâneo não se enquadram nessa regra, pois eles efetivamente não têm durações. Isso também confirma que o contexto mencionado acima é para efeitos contínuos de um feitiço, onde considerar bônus sobrepostos ou efeitos adicionais faz mais sentido.
Instantâneo não é uma duração real, é apenas uma categoria de duração para os propósitos dessa propriedade de um feitiço
Instantâneo significa que não tem duração; quanto à duração de um feitiço listado como instantâneo, entendo que duração nesse contexto significa simplesmente o nome de uma categoria, uma propriedade do feitiço, mas na verdade não é uma "duração", a menos que um número seja fornecido (ou "Até dissipado"); isto é, até que um período de tempo passe para tornar a "duração" significativa.
De PHB, pág. 203:
Duration
A spell's duration is the length of time the spell persists. A duration can be expressed in rounds, minutes, hours or even years. Some spells specify that their effects last until the spells are dispelled or destroyed.
Instantaneous
Many spells are instantaneous. The spell harms, heals, creates or alters a creature or an object in a way that can't be dispelled, because the magic only exists for an instant.
Além disso, Guia de Xanathar para tudo (pág. 77) tem a dizer sobre Efeitos Simultâneos (obrigado a @V2Blast por sugerir isso):
If two or more things happen at the same time on a character or monster’s turn, the person at the game table — whether player or DM — who controls that creature decides the order in which those things happen. For example, if two effects occur at the end of a player character’s turn, the player decides which of the two effects happens first.
Isso também sugere que ambos bolas de fogo devem ser resolvidos separadamente, fazendo testes de resistência e testes de dano separados como se não tivessem acontecido simultaneamente, mas um após o outro como se tivessem acontecido uma fração de tempo.