可持续性设计：以终为始

当今的企业面临着寻找更有效的运营方式的挑战。能源成本不断上升，对许多公司的生存能力产生了重大的长期影响。当涉及到总拥有成本时，决策需要比以往任何时候都更加关注。为可持续发展而设计需要您注意 Stephen Covey 的想法并“以终为始”。为了降低与能源消耗和废物产生相关的成本，公司必须使用生命周期资产管理方法最大化其投资。

生命周期资产管理 (LCAM) 是从概念设计到处置任何资产类型做出合理决策的基础，并根据对您业务的长期影响进行衡量。它检查资本改进项目的最短上市时间，同时提供最低的总拥有成本，以最大限度地提高回报。 LCAM 是一种整体方法，应部署在贵公司的前端加载 (FEL) 工程流程中。

LCAM 数据（包括能源消耗）必须在资本投资过程的早期确定。前端捕获的数据和资源应用于评估从摇篮到坟墓的生命周期成本 (LCC)，以最大限度地降低总拥有成本。在资本项目中采用这种方法有助于推动可持续性。

一个真实世界的例子
在与一家大型制药公司合作时，我正在举办一个关于可靠性设计的好处的研讨会，当一位参与者发言时说：“这是一个很好的例子，说明不应该做什么。”

这家公司需要一个新的游客中心来取代工厂入口处一座旧的、功能较少、不那么华丽的建筑。预计新大楼将对公司发表声明，并将容纳公司非常自豪地展示的历史物品和奖项。一家建筑公司被聘请来创造具有渐进性的设计替代方案，并说明了公司的价值观。要纳入的一项特殊价值是可持续性。

该建筑采用玻璃作为外部特征，内部采用现代高档材料，体现了公司在行业中的领先地位。考虑到建筑物的内部尺寸 (A)、窗户材料的热损失系数 (U)、和外部温度变化 (To – Ti) 和每年的度数。用于确定规定技术的年度能源需求的计算示例（以 Btu/小时表示）是：

Ht =AU (Ti – To)

设计已经完成，施工阶段的计划已经签订。在此阶段，采购过程开始。建筑公司前往他们的供应商基地并以他们的部门目标作为主要驱动因素进行此次采购：“以最低成本采购”。采购小组经常因这种表现而获得奖励，并努力以最低的成本将玻璃运进来，但略超出原始规格。这是一个重大问题，影响了建筑物未来的可持续性、LCC 和能源效率。

建设项目向前推进，建筑按时完成，且低于预算。我在预算下划线以证明这一点。组织如何衡量绩效可能会产生糟糕的结果和长期影响。在这种情况下，制药厂很快就开始遇到冷凝、潮湿损坏和 HVAC 性能方面的问题。为什么会这样？现场调查证实，采购超出原始设计规格的玻璃是导致问题的根本原因。替换玻璃具有更高的 U 系数（相对于热损失的能量系数等级）和较低的抗冷凝系数。由玻璃规格差异引起的额外热负荷意味着最初指定和安装的 HVAC 系统现在尺寸过小。在这一点上，未来的大部分内容都已被投射。为了在建筑物内保持足够的舒适度并防止因除湿不足而造成的湿气损害，该场地将面临额外的生命周期成本。

计算基于能源的生命周期成本
以终为始，在任何需要安装新资产或更换现有资产的资本项目中都应该定义能源消耗预期。相对于本文所述的示例，暖通空调系统的能耗应与待加热、冷却和除湿空间的大小、用于构建空间的材料的热损失系数以及发热特性进行比较空间（例如处理设备、人员和计算机）。

假设上述制药公司正在建造一个 5,000 平方英尺的游客中心，并且最初指定的窗户材料的 U 因子（热损失）为 0.35，这是由美国采暖、制冷和空调工程师协会 (ASHRAE)。为了计算每年的估计能源消耗率，我们还必须确定平均外部和内部温差。在本例中，我们假设该地区的室外设计温度为 27 华氏度，预期内部温度为 70 华氏度。使用等式 Ht =AU (Ti – To)，HVAC 系统必须保持 75,250 Btu/小时，以加热和除湿空间。

Ht =(5000 x 0.35) X (70 – 27)

现在，我们需要确定空间中 HVAC 系统的基于能源的生命周期成本。使用 HVAC 尺寸规则开始我们的分析，每 800 平方英尺一吨 (12,000 Btu)，我们可以确定我们将需要 6-7 吨的装置用于 5000 SF 游客中心，使用最初指定的窗户材料。为了这个例子，我们假设电力成本是每百万 Btu（英国热量单位）19 美元。取暖、天然气、化石燃料和电力的成本取决于各地区市场价格的波动，但 19 美元对美国来说是一个公平的市场价值。我们还需要一个数据点，我们已经准备好计算能源成本，即度日——每年需要供暖的天数。要计算度数，请从所需的内部温度中减去外部温度。如果该值小于或等于零，则该天的度数为零。但如果该值为正数，则结果数字表示度数天数。在世界上的许多地区，加热（或冷却）度日是出于工程设计目的而预先确定的，因此我们将在此示例中使用每年 8,000 度日。

将 75,250 Btu/小时乘以 24（一天），然后将结果乘以每年度数（8,000），我们可以估计每年的能源消耗率为 144 亿 Btu。以每兆英热单位 19 美元计算，为指定建筑材料调整大小的指定 HVAC 系统将使制药公司每年花费大约 275,000 美元。

如果我们进一步使用这个生命周期成本模型来评估整个建筑施工过程中的决策，我们可以确定更换玻璃对可持续性的财务影响。最初指定的玻璃与作为替代品购买的玻璃之间最显着的区别是热损失系数（U 因子）。替换玻璃的 U 系数为 0.54，比原始玻璃的 U 系数高 55%。在热量损失方面，数字越小越好。如果您使用新的 U 因子数字补充我们的上述计算，我们会意识到这一决定最终会使制药公司每年多花费 150,000 多美元的额外能源。如果我们在 HVAC 系统的 10 年生命周期内评估这种影响，这相当于浪费了超过 150 万美元的费用。

如何避免这种情况？简单地回答，通过遵循明确定义的 LCAM 流程，该流程建立“收费站”，以评估作为整个建筑施工过程中决策的结果的生命周期成本。在开始您的 FEL 或资本工程流程时，以下是实现可持续性的一些步骤：

1. 定义项目的可持续性特征，包括整体能源消耗率和最大允许废物产生量。

2. 确定生命周期成本分析中必须考虑的可持续性成本类别（例如每百万 Btus 的成本）

3. 仅选择支持可持续性特征的设计替代方案进行审核。

4. 为项目执行选择最低的总拥有成本设计。

5. 在流程中的每个功能转换之前建立收费站。例如，在采购将项目移交给建设规划之前，他们应该再次进行生命周期成本分析，以验证他们的材料选择在预定义的生命周期内没有增加拥有成本。

关于作者：
Bruce Wesner 拥有超过 24 年的维护、工程和管理经验，担任生命周期工程 (LCE) 的管理负责人。他在世界一流公司的高级管理经验包括在多个行业工作：HVAC（OEM 产品）、重型钢制造（一级供应商）、管状钢制造（大批量 OEM 生产）、高公差加工、制药和建筑产品。 Bruce 的优势在于通过精益和基于可靠性的举措推动改进。可以通过 [email protected] 与布鲁斯联系。有关生命周期工程的更多信息，请访问 www.LCE.com 或致电 843-744-7110。