Ontwerpen voor duurzaamheid:begin met het einde voor ogen

Bedrijven worden tegenwoordig uitgedaagd om efficiëntere manieren te vinden om te werken. De energiekosten stijgen en hebben op lange termijn aanzienlijke gevolgen voor de levensvatbaarheid van veel bedrijven. Besluitvorming, als het gaat om de totale eigendomskosten, heeft meer focus nodig dan ooit tevoren. Ontwerpen voor duurzaamheid vereist dat u de denkwijze van Stephen Covey volgt en 'begint met het einde in gedachten'. Om de kosten in verband met energieverbruik en afvalproductie te verlagen, moeten bedrijven hun investeringen maximaliseren door gebruik te maken van methoden voor levenscyclusbeheer van activa.

Life Cycle Asset Management (LCAM) is de basis voor het nemen van gedegen beslissingen, van conceptueel ontwerp tot het afstoten van elk type activa, en wordt gemeten op basis van de langetermijnimpact op uw bedrijf. Het onderzoekt de kortste time-to-market voor een kapitaalverbeteringsproject terwijl het de laagste totale eigendomskosten levert om het rendement te maximaliseren. LCAM is een holistische benadering die moet worden ingezet binnen het Front End Loading (FEL)-engineeringproces van uw bedrijf.

LCAM-gegevens (inclusief energieverbruik) moeten vroeg in het kapitaalinvesteringsproces worden geïdentificeerd. De gegevens en middelen die in de front-end zijn vastgelegd, moeten worden gebruikt om de Life Cycle Costs (LCC) van de wieg tot het graf te evalueren om de totale eigendomskosten te minimaliseren. Door deze benadering van een kapitaalproject toe te passen, wordt duurzaamheid gestimuleerd.

Een voorbeeld uit de praktijk
Toen ik bij een groot farmaceutisch bedrijf werkte, hield ik een workshop over de voordelen van ontwerpen voor betrouwbaarheid toen een deelnemer het woord nam en zei:"Hier is een goed voorbeeld van wat je niet moet doen."

Dit bedrijf had een nieuw bezoekerscentrum nodig ter vervanging van een ouder, minder functioneel, minder flitsend gebouw bij de ingang van hun fabriek. Er werd verwacht dat het nieuwe gebouw een statement zou maken over het bedrijf en historische voorwerpen en onderscheidingen zou huisvesten die het bedrijf met grote trots presenteerde. Een architectenbureau werd ingehuurd om ontwerpalternatieven te creëren die vooruitstrevend van aard waren en de waarden van het bedrijf illustreerden. Een bepaalde waarde die moest worden opgenomen, was duurzaamheid.

Het gebouw werd gebouwd met glas als exterieurkenmerk en binnen waren moderne en hoogwaardige materialen die de leidende positie van het bedrijf in de industrie weerspiegelen. Bij het ontwerpen met duurzaamheid in het achterhoofd heeft het architectenbureau energiebesparende HVAC-technologieën geïntegreerd die speciaal zijn ontworpen en gedimensioneerd voor de ruimte, rekening houdend met de binnenafmetingen van het gebouw (A), de warmteverliescoëfficiënt (U) van de raammaterialen, binnen en buitentemperatuurverschil (To – Ti) en het aantal graaddagen per jaar. Een voorbeeld van de berekening die wordt gebruikt om de jaarlijkse energiebehoefte voor de voorgeschreven technologieën te bepalen, uitgedrukt in Btu/uur, is:

Ht =AU (Ti – To)

Ontwerpen werden definitief en de plannen werden gecontracteerd voor de bouwfase. Tijdens deze fase is het inkoopproces gestart. Het bouwbedrijf ging naar hun leveranciersbestand en benaderde deze aankoop met hun afdelingsdoel als primaire drijfveer:"inkopen tegen de laagste kosten". De inkoopgroep werd routinematig beloond voor dit soort prestaties en werkte eraan om het glas tegen de laagste kosten binnen te halen, maar toch iets buiten de oorspronkelijke specificatie. Dit is waar een belangrijk probleem de toekomstige duurzaamheid, LCC en energie-efficiëntie van het gebouw in gevaar bracht.

Het bouwproject vorderde en het gebouw werd op tijd en binnen het budget opgeleverd. Ik onderstreep onder budget om een ​​punt te bewijzen. Hoe een organisatie prestaties meet, kan slechte resultaten en gevolgen op de lange termijn opleveren. In deze situatie kreeg de farmaceutische vestiging al snel problemen met condensatie, vochtschade en HVAC-prestaties. Waarom gebeurde dit? Een onderzoek ter plaatse bevestigde dat inkooppraktijken, waarbij glas werd ingekocht buiten de oorspronkelijke ontwerpspecificaties, de oorzaak van het probleem waren. Het vervangende glas had een hogere U-factor – energiecoëfficiënt in verhouding tot warmteverlies – en een lagere condensatieweerstandsfactor. De extra thermische belasting, veroorzaakt door de afwijking in de glasspecificatie, betekende dat het oorspronkelijk gespecificeerde en geïnstalleerde HVAC-systeem nu ondermaats was. Op dit punt werd een groot deel van de toekomst gegoten. De locatie zou opgescheept zitten met de extra levenscycluskosten om voldoende comfort in het gebouw te behouden en vochtschade door onvoldoende ontvochtiging te voorkomen.

Energiegebaseerde levenscycluskosten berekenen
Beginnend met het einde in gedachten, moeten de verwachtingen voor het energieverbruik worden gedefinieerd in elk kapitaalproject dat de installatie van nieuwe activa of vervanging van bestaande activa vereist. Ten opzichte van het voorbeeld dat in dit artikel wordt beschreven, moet het energieverbruik van HVAC-systemen worden vergeleken met de grootte van de te verwarmen, te koelen en te ontvochtigen ruimte, de warmteverliescoëfficiënt van de materialen die zijn gebruikt om de ruimte te bouwen en de warmteopwekkingseigenschappen van de ruimte (bijv. verwerkingsapparatuur, mensen en computers).

Laten we aannemen dat het bovengenoemde farmaceutische bedrijf een bezoekerscentrum van 5.000 vierkante meter aan het bouwen was en dat het oorspronkelijk gespecificeerde raammateriaal een U-factor (warmteverlies) van 0,35 had, wat aan de onderkant van het spectrum is afgeleid door de American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). Om het geschatte energieverbruik per jaar te berekenen, moeten we ook het gemiddelde buiten- en binnentemperatuurverschil bepalen. In dit voorbeeld gaan we ervan uit dat de ontwerptemperatuur buiten voor de regio 27 graden Fahrenheit is en dat de verwachte binnentemperatuur 70 graden F is. Met behulp van de vergelijking Ht =AU (Ti – To) moet het HVAC-systeem 75.250 Btu/ uur om de ruimte te verwarmen en te ontvochtigen.

Ht =(5000 x 0,35) X (70 – 27)

Nu moeten we de op energie gebaseerde levenscycluskosten van het HVAC-systeem in de ruimte bepalen. Met behulp van de vuistregel voor HVAC-afmetingen om onze analyse te starten, één ton (12.000 Btu) per 800 vierkante voet, kunnen we bepalen dat we een eenheid van 6-7 ton nodig hebben voor het 5000 SF-bezoekerscentrum met behulp van de oorspronkelijk gespecificeerde raammaterialen. Omwille van dit voorbeeld gaan we ervan uit dat de kosten van elektriciteit $ 19 per miljoen Btu's (British Thermal Units) zijn. De kosten van verwarming, aardgas, fossiele brandstoffen en elektriciteit zijn indirect gebaseerd op de schommelingen in de marktprijs per regio, maar $ 19 is een redelijke marktwaarde voor de Verenigde Staten. We hebben nog een datapunt nodig en we zijn klaar om de energiekosten te berekenen, namelijk graaddagen - het aantal dagen per jaar dat er verwarming nodig is. Om de graaddagen te berekenen, trekt u de buitentemperatuur af van de gewenste binnentemperatuur. Als de waarde kleiner is dan of gelijk is aan nul, heeft die dag nul graaddagen. Maar als de waarde positief is, staat het resulterende getal voor het aantal graaddagen. In veel regio's van de wereld zijn graaddagen voor verwarming (of koeling) vooraf bepaald voor technische ontwerpdoeleinden, dus we gebruiken voor dit voorbeeld 8.000 graaddagen per jaar.

Door 75.250 Btu/uur te vermenigvuldigen met 24 (één dag), en dat resultaat vervolgens te vermenigvuldigen met het aantal graaddagen per jaar (8.000), kunnen we het energieverbruik schatten op 14,4 miljard Btu per jaar. Voor $ 19 per mBtu kost het gespecificeerde HVAC-systeem dat is aangepast aan de gespecificeerde constructiematerialen het farmaceutische bedrijf ongeveer $ 275.000 per jaar.

Als we dit levenscycluskostenmodel verder gebruiken om beslissingen tijdens de bouw van het gebouw te evalueren, kunnen we de financiële impact van het vervangende glas op de duurzaamheid vaststellen. Het belangrijkste verschil tussen het oorspronkelijk gespecificeerde glas en het als alternatief gekochte glas is de warmteverliescoëfficiënt (U-factor). Het vervangende glas had een U-factor van 0,54, 55 procent hoger dan die van het originele glas. Als het gaat om warmteverlies, is het lagere getal altijd beter. Als je onze berekeningen hierboven aanvult met de nieuwe U-factor, dan realiseren we ons dat deze beslissing het farmaceutisch bedrijf uiteindelijk iets meer dan $ 150.000 meer per jaar aan extra energie kost. Als we deze impact evalueren over een levenscyclusperiode van 10 jaar voor het HVAC-systeem, komt dit neer op meer dan $ 1,5 miljoen aan verspilde kosten.

Hoe had dit voorkomen kunnen worden? Eenvoudig beantwoord, door een duidelijk gedefinieerd LCAM-proces te volgen dat "tolpoorten" instelt om de levenscycluskosten te evalueren als gevolg van beslissingen die tijdens de constructie van het gebouw worden genomen. Hier zijn enkele stappen naar duurzaamheid die u moet volgen bij het begin van uw FEL- of kapitaalengineeringproces:

1. Definieer de duurzaamheidskenmerken van het project, inclusief het totale energieverbruik en de maximaal toegestane afvalproductie.

2. Bepaal de duurzaamheidskostencategorieën waarmee rekening moet worden gehouden bij de analyse van de levenscycluskosten (bijv. kosten per miljoen Btus)

3. Selecteer ter beoordeling alleen die ontwerpalternatieven die de duurzaamheidskenmerken ondersteunen.

4. Selecteer het laagste totale eigendomskostenontwerp voor projectuitvoering.

5. Stel tolpoorten in voorafgaand aan elke functionele overgang binnen het proces. Voordat inkoop het project bijvoorbeeld overdraagt ​​aan de bouwplanning, moeten ze opnieuw de levenscycluskostenanalyse uitvoeren om te valideren dat hun materiaalkeuzes de eigendomskosten gedurende de vooraf gedefinieerde levenscyclusperiode niet hebben verhoogd.

Over de auteur:
Bruce Wesner brengt meer dan 24 jaar ervaring op het gebied van onderhoud, engineering en beheer in zijn rol als managing principal voor Life Cycle Engineering (LCE). Zijn senior managementervaring bij bedrijven van wereldklasse omvat werk in een aantal industrieën:HVAC (OEM-producten), fabricage van zware staalsoorten (Tier 1-leverancier), fabricage van buizenstaal (productie van grote hoeveelheden OEM), machinale bewerking met hoge tolerantie, farmaceutica en bouw producten. De kracht van Bruce is het stimuleren van verbeteringen door middel van lean en op betrouwbaarheid gebaseerde initiatieven. Bruce is te bereiken via [email protected]. Ga voor meer informatie over Life Cycle Engineering naar www.LCE.com of bel 843-744-7110.