美国第一家净零能耗医院增量成本分析

Kaiser Permanente设定了在2020年实现碳中和的目标，并已经实现了这一目标，现在它的新目标是到2050年实现净零排放。该公司实现这一目标的一种方式是建造零能耗建筑，这些建筑产生的可再生能源足以满足其自身的年度能源消耗需求。

Kaiser Permanente位于加利福尼亚州的87，300平方英尺的圣罗莎医疗办公楼已成为美国第一座实现净零状态的办公楼，也是第一座净零医疗大楼。该建筑于2018年年中完工，拥有95间检查室、497间手术室、一个健康生活和技术中心、一个现场咖啡馆、497个停车位和十几个电动汽车充电器。建筑师将其设计为环保、全电气化、净零能耗建筑。

“我们在圣罗莎的净零医疗办公室是当我们从头开始整合可持续性时可能产生的创新和影响的一个例子，” Kaiser Permanente运营副总裁兼首席能源官Ramé Hemstreet说。“作为美国最大的非营利性综合卫生系统，Kaiser Permanente明白，改善生活在我们所服务社区的68万多人健康的一种方法是改善他们的环境条件。在某种程度上，我们能够通过我们的设施设计、建造和运营来做到这一点，同时继续提供高质量、负担得起的医疗保健。”

挑战

开发一个高能效的医疗设施，以支持治疗活动、保护环境并满足美学目标，同时在建筑成本急剧增加的时期满足预算限制。

解决方法

在项目启动时就将建筑、工程和施工相结合，创新开发、测试和交付解决方案。建筑分区以利用自然光，对围护结构进行能源建模以优化外部玻璃，并将极其高效的机械系统与光伏阵列相结合，以实现净零能源设施。

设计师团队开发了面向东西轴的简单建筑矩形，以响应具有挑战性的预算和能源目标。然后，在建筑上进行分区，将较大的公共区域朝北以使其受益于自然光;同时将较小的空间（例如私人办公室）定位在南部，以最大限度地减少所需加热和冷却系统的尺寸。

随着建筑围护结构设计降低了对通常更大的暖通空调系统的需求，该团队研究了初始成本与生命周期成本，以确定最有利的供暖和制冷系统。

能源建模结果将电动再热变风量系统与燃气锅炉再热系统进行了比较。与传统的电力和天然气选项相比，全电力选项最初主要关注的是能源成本。每单位能源的电价几乎是天然气的4.5倍。热泵提供了绝大多数的供暖，每用一个单位的电能产生大约3.5个单位的供暖。

虽然使用天然气和电力解决方案的能源成本传统上较低，但第一成本要高得多。据估计，取消现场和建筑内的天然气管道将节省约1000000美元的初始建设成本。然后研究了首次成本、能源成本和运营/维护成本的差异，结果如下图所示，使用PG&E费率。该图表显示，在50年的分析中，由于首次成本和天然气成本的预期上升，全电力方案的较高电力成本变得无关紧要。

一旦决定采用全电动解决方案，Kaiser就与第三方供应商（PPA）签订合同，根据能源回购协议（PPA）提供光伏阵列。太阳能电池阵列和PPA进一步降低了电力成本，提供了与全电动解决方案相关的更大节省，并使该建筑能够实现净零能源状态。全电动情景下，50 年净现值节省 916，598 美元（10.50 美元/平方英尺）。

该建筑其他特点包括：

• 热泵：热泵为每个区域提供冷却和加热，以及生活热水，无需燃气锅炉；

• 建筑围护结构：该建筑的外壳由节能、耐用和绝缘的互锁覆层面板制成，使用寿命为50年；

• 窗户：窗户是电致变色的，根据需要着色以减少太阳热量增加并降低建筑物的冷却要求；

• 独立的办公室控制：办公室温度控制采用自动打开和关闭的热扩散器供应格栅，以保持所需的舒适设置。

除了这些特征外，该建筑还具有以下特点：当地采购的天然材料;含有大量回收成分的材料;通过耐旱本地植物进行景观美化，并通过基于天气的滴灌浇灌来采取节水措施;建筑围护结构和朝向经过优化，以最大限度地提高自然采光，同时减少供暖和制冷能耗。

实现净零建筑状态需要将能源效率和现场可再生能源相结合，随着能源效率措施的到位，下一步是设计和安装太阳能光伏（PV）系统。圣罗莎医院将在停车场采用617千瓦的光伏阵列作为主要电源。

实际能耗与建模对比

由于该建筑是全电动的，不燃烧化石燃料，因此行业标准将其视为净零能源和净零碳。对建筑性能的测量和验证发现，实际能耗比建模低约2%，而太阳能光伏系统每年产生的能源比预测的少约7%。根据行业标准，这种性能差距被认为非常低，这表明建筑和光伏系统的设计概念比预期的要好。