Nachhaltig gestalten:Beginnen Sie mit dem Ziel

Unternehmen stehen heute vor der Herausforderung, effizientere Betriebsabläufe zu finden. Die Energiekosten steigen und haben erhebliche langfristige Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit vieler Unternehmen. Die Entscheidungsfindung in Bezug auf die Gesamtbetriebskosten erfordert mehr Konzentration als je zuvor. Für nachhaltiges Design müssen Sie die Denkweise von Stephen Covey beherzigen und „mit dem Ende im Hinterkopf beginnen“. Um die mit dem Energieverbrauch und der Abfallerzeugung verbundenen Kosten zu senken, müssen Unternehmen ihre Investitionen maximieren, indem sie Methoden des Lebenszyklus-Asset-Managements verwenden.

Life Cycle Asset Management (LCAM) ist die Grundlage für fundierte Entscheidungen von der Konzeption bis zur Entsorgung jeglicher Asset-Typen und wird an den langfristigen Auswirkungen auf Ihr Geschäft gemessen. Es untersucht die kürzeste Markteinführungszeit für ein Kapitalverbesserungsprojekt und liefert gleichzeitig die niedrigsten Gesamtbetriebskosten, um die Rendite zu maximieren. LCAM ist ein ganzheitlicher Ansatz, der im Front-End-Loading (FEL)-Engineering-Prozess Ihres Unternehmens eingesetzt werden sollte.

LCAM-Daten (einschließlich Energieverbrauch) müssen frühzeitig im Investitionsprozess identifiziert werden. Die im Frontend erfassten Daten und Ressourcen sollten verwendet werden, um die Lebenszykluskosten (LCC) von der Wiege bis zur Bahre zu bewerten, um die Gesamtbetriebskosten zu minimieren. Die Übernahme dieses Ansatzes bei einem Kapitalprojekt trägt zur Förderung der Nachhaltigkeit bei.

Ein Beispiel aus der Praxis
Während ich für ein großes Pharmaunternehmen arbeitete, hielt ich einen Workshop über die Vorteile von Design für Zuverlässigkeit, als ein Teilnehmer sagte:„Hier ist ein gutes Beispiel dafür, was man nicht tun sollte.“

Dieses Unternehmen benötigte ein neues Besucherzentrum, um ein älteres, weniger funktionales und weniger auffälliges Gebäude am Werkseingang zu ersetzen. Das neue Gebäude sollte ein Statement für das Unternehmen setzen und historische Gegenstände und Auszeichnungen beherbergen, auf die das Unternehmen sehr stolz war. Ein Architekturbüro wurde beauftragt, fortschrittliche Gestaltungsalternativen zu schaffen und die Werte des Unternehmens zu veranschaulichen. Ein besonderer Wert, der berücksichtigt werden sollte, war Nachhaltigkeit.

Das Gebäude wurde außen mit Glas gebaut, und im Inneren wurden moderne und hochwertige Materialien verwendet, die die führende Position des Unternehmens in der Industrie widerspiegeln. Mit Blick auf Nachhaltigkeit hat das Architekturbüro energiesparende HLK-Technologien integriert, die speziell für den Raum entwickelt und dimensioniert wurden, unter Berücksichtigung der Innenabmessungen des Gebäudes (A), des Wärmeverlustkoeffizienten (U) der Fenstermaterialien, innen und Außentemperaturvarianz (To – Ti) und die Anzahl der Gradtage pro Jahr. Ein Beispiel für die Berechnung zur Ermittlung des jährlichen Energiebedarfs für die vorgeschriebenen Technologien, ausgedrückt in Btu/Stunde, ist:

Ht =AU (Ti – To)

Die Entwürfe wurden fertiggestellt und die Pläne für die Bauphase in Auftrag gegeben. In dieser Phase begann der Beschaffungsprozess. Das Bauunternehmen wandte sich an seinen Lieferantenstamm und näherte sich diesem Kauf mit seinem Abteilungsziel als primärem Treiber:„Einkauf zu den niedrigsten Kosten“. Die Beschaffungsgruppe wurde routinemäßig für diese Art von Leistung belohnt und arbeitete daran, das Glas zu den niedrigsten Kosten zu liefern, jedoch etwas außerhalb der ursprünglichen Spezifikation. Hier gefährdete ein bedeutendes Problem die zukünftige Nachhaltigkeit, Ökobilanz und Energieeffizienz des Gebäudes.

Das Bauprojekt ging voran und das Gebäude wurde termin- und budgetgerecht fertiggestellt. Ich unterstreiche unter Budget, um einen Punkt zu beweisen. Wie eine Organisation die Leistung misst, kann zu schlechten Ergebnissen und langfristigen Auswirkungen führen. In dieser Situation traten am Pharmastandort sehr schnell Probleme mit Kondensation, Feuchtigkeitsschäden und HLK-Leistung auf. Warum geschah dies? Eine Standortuntersuchung bestätigte, dass Beschaffungspraktiken, bei denen Glas außerhalb der ursprünglichen Designspezifikationen gekauft wurde, die Ursache des Problems waren. Das Ersatzglas hatte einen höheren U-Faktor – Energiekoeffizient relativ zum Wärmeverlust – und einen niedrigeren Kondensationswiderstandsfaktor. Die zusätzliche thermische Belastung durch die unterschiedliche Glasspezifikation führte dazu, dass die ursprünglich spezifizierte und installierte HLK-Anlage nun unterdimensioniert war. An diesem Punkt war ein Großteil der Zukunft gegossen. Der Standort würde mit den zusätzlichen Lebenszykluskosten belastet, um einen ausreichenden Komfort innerhalb des Gebäudes aufrechtzuerhalten und Feuchtigkeitsschäden durch unzureichende Entfeuchtung zu vermeiden.

Energiebasierte Lebenszykluskosten berechnen
Mit dem Ziel im Hinterkopf sollten die Energieverbrauchserwartungen in jedem Investitionsprojekt definiert werden, das die Installation neuer Anlagen oder den Ersatz vorhandener Anlagen erfordert. In Bezug auf das in diesem Artikel beschriebene Beispiel sollte der Energieverbrauch von HLK-Systemen mit der Größe des zu beheizenden, kühlen und entfeuchtenden Raums, dem Wärmeverlustkoeffizienten der für den Bau des Raums verwendeten Materialien und den Wärmeerzeugungseigenschaften verglichen werden des Raums (zB Verarbeitungsgeräte, Menschen und Computer).

Nehmen wir an, das oben erwähnte Pharmaunternehmen baute ein 5.000 Quadratmeter großes Besucherzentrum und das ursprünglich angegebene Fenstermaterial hatte einen U-Faktor (Wärmeverlust) von 0,35, was am unteren Ende des Spektrums liegt, das von der American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). Um den geschätzten Energieverbrauch pro Jahr zu berechnen, müssen wir auch die durchschnittliche Außen- und Innentemperaturdifferenz bestimmen. In diesem Beispiel nehmen wir an, dass die geplante Außentemperatur für die Region 27 Grad Fahrenheit beträgt und die erwartete Innentemperatur 70 Grad F beträgt. Unter Verwendung der Gleichung Ht =AU (Ti – To) muss das HLK-System 75.250 Btu/ Stunde, um den Raum zu heizen und zu entfeuchten.

Ht =(5000 x 0,35) X (70 – 27)

Jetzt müssen wir die energiebasierten Lebenszykluskosten des HLK-Systems im Raum bestimmen. Mit der Faustregel zur Dimensionierung von HVAC, um unsere Analyse zu starten, eine Tonne (12.000 Btu) pro 800 Quadratfuß, können wir feststellen, dass wir für das 5000 SF-Besucherzentrum unter Verwendung der ursprünglich angegebenen Fenstermaterialien eine 6-7-Tonnen-Einheit benötigen. Für dieses Beispiel gehen wir davon aus, dass die Stromkosten 19 USD pro Million Btu (British Thermal Units) betragen. Die Kosten für Heizung, Erdgas, fossile Brennstoffe und Strom sind abhängig von den Marktpreisschwankungen nach Regionen, aber 19 US-Dollar sind ein fairer Marktwert für die Vereinigten Staaten. Wir brauchen einen weiteren Datenpunkt und können die Energiekosten berechnen, nämlich Gradtage – die Anzahl der Tage pro Jahr, an denen Heizen benötigt wird. Um die Gradtage zu berechnen, ziehen Sie die Außentemperatur von der gewünschten Innentemperatur ab. Wenn der Wert kleiner oder gleich Null ist, hat dieser Tag Null-Grad-Tage. Wenn der Wert jedoch positiv ist, stellt die resultierende Zahl die Anzahl der Gradtage dar. In vielen Regionen der Welt sind Heiz- (oder Kühl-)Gradtage für Konstruktionszwecke vorbestimmt, daher verwenden wir für dieses Beispiel 8.000 Gradtage pro Jahr.

Wenn wir 75.250 Btu/Stunde mit 24 (einen Tag) multiplizieren und dann dieses Ergebnis mit der Anzahl der Gradtage pro Jahr (8.000) multiplizieren, können wir den Energieverbrauch auf 14,4 Milliarden Btu pro Jahr schätzen. Bei 19 US-Dollar pro mBtu kostet das angegebene HLK-System, das für die angegebenen Baumaterialien ausgelegt ist, das Pharmaunternehmen etwa 275.000 US-Dollar pro Jahr.

Wenn wir dieses Lebenszykluskostenmodell weiter verwenden, um Entscheidungen während des Baus des Gebäudes zu bewerten, können wir die finanziellen Auswirkungen des Ersatzglases auf die Nachhaltigkeit ermitteln. Der bedeutendste Unterschied zwischen dem ursprünglich spezifizierten Glas und dem als Alternative gekauften Glas ist der Wärmeverlustkoeffizient (U-Faktor). Das Ersatzglas hatte einen U-Faktor von 0,54, 55 Prozent höher als der des Originalglases. Wenn es um Wärmeverluste geht, ist die niedrigere Zahl immer besser. Wenn Sie unsere obigen Berechnungen mit dem neuen U-Faktor ergänzen, stellen wir fest, dass diese Entscheidung das Pharmaunternehmen letztendlich etwas mehr als 150.000 US-Dollar mehr pro Jahr an zusätzlicher Energie kostet. Wenn wir diese Auswirkungen über einen 10-jährigen Lebenszyklus des HLK-Systems bewerten, entspricht dies mehr als 1,5 Millionen US-Dollar an verschwendeten Ausgaben.

Wie hätte dies vermieden werden können? Einfach beantwortet, indem man einem klar definierten LCAM-Prozess folgt, der „Maut-Gates“ einrichtet, um die Lebenszykluskosten als Ergebnis der während des Baus des Gebäudes getroffenen Entscheidungen zu bewerten. Hier sind einige Schritte in Richtung Nachhaltigkeit, die Sie befolgen sollten, wenn Sie mit Ihrem FEL- oder Capital Engineering-Prozess beginnen:

1. Definieren Sie die Nachhaltigkeitsmerkmale des Projekts, einschließlich der Gesamtenergieverbrauchsrate und der maximal zulässigen Abfallerzeugung.

2. Bestimmen Sie die Nachhaltigkeitskostenkategorien, die bei der Lebenszykluskostenanalyse berücksichtigt werden müssen (z. B. Kosten pro Million Btus)

3. Wählen Sie zur Überprüfung nur die Designalternativen aus, die die Nachhaltigkeitsmerkmale unterstützen.

4. Wählen Sie das Design mit den niedrigsten Gesamtbetriebskosten für die Projektausführung.

5. Richten Sie vor jedem Funktionsübergang innerhalb des Prozesses Mautstellen ein. Bevor die Beschaffung das Projekt beispielsweise an die Bauplanung übergibt, sollten sie erneut die Lebenszykluskostenanalyse durchführen, um zu bestätigen, dass ihre Materialauswahl die Betriebskosten über den vordefinierten Lebenszykluszeitraum nicht erhöht hat.

Über den Autor:
Bruce Wesner bringt mehr als 24 Jahre Erfahrung in den Bereichen Wartung, Engineering und Management in seine Rolle als Managing Principal für Life Cycle Engineering (LCE) ein. Seine Erfahrung im Senior Management bei Weltklasse-Unternehmen umfasst Arbeiten in einer Reihe von Branchen:HLK (OEM-Produkte), Schwerstahlfertigung (Tier-1-Lieferant), Stahlrohrfertigung (OEM-Großserienproduktion), Hochtoleranzbearbeitung, Pharmazie und Bau Produkte. Bruces Stärke besteht darin, Verbesserungen durch schlanke und auf Zuverlässigkeit basierende Initiativen voranzutreiben. Bruce ist unter [email protected] erreichbar. Weitere Informationen zum Life Cycle Engineering finden Sie unter www.LCE.com oder telefonisch unter 843-744-7110.