Diseñar para la sostenibilidad:comience con el fin en mente

Hoy en día, las empresas enfrentan el desafío de encontrar formas más eficientes de operar. Los costos de la energía están aumentando y presentan importantes implicaciones a largo plazo para la viabilidad de muchas empresas. La toma de decisiones, cuando se trata del costo total de propiedad, necesita más atención que nunca. Diseñar para la sostenibilidad requiere que preste atención al pensamiento de Stephen Covey y "comience con el fin en mente". Para reducir los costos asociados con el consumo de energía y la generación de residuos, las empresas deben maximizar su inversión utilizando metodologías de gestión de activos de ciclo de vida.

La gestión de activos del ciclo de vida (LCAM) es la base para tomar decisiones acertadas desde el diseño conceptual hasta la eliminación de cualquier tipo de activo, y se mide en función del impacto a largo plazo en su negocio. Examina el tiempo más corto de comercialización para un proyecto de mejora de capital al tiempo que ofrece el costo total de propiedad más bajo para maximizar los retornos. LCAM es un enfoque holístico que debe implementarse dentro del proceso de ingeniería de carga frontal (FEL) de su empresa.

Los datos de LCAM (incluido el consumo de energía) deben identificarse al principio del proceso de inversión de capital. Los datos y recursos capturados en el front-end deben usarse para evaluar los costos del ciclo de vida (LCC) desde el principio hasta el final para minimizar el costo total de propiedad. La adopción de este enfoque para un proyecto de capital ayuda a impulsar la sostenibilidad.

Un ejemplo del mundo real
Mientras trabajaba con una gran empresa farmacéutica, estaba realizando un taller sobre los beneficios de diseñar para la confiabilidad cuando un participante habló y dijo:"Este es un buen ejemplo de lo que no se debe hacer".

Esta empresa necesitaba un nuevo centro de visitantes para reemplazar un edificio más antiguo, menos funcional y menos llamativo en la entrada de su planta. Se esperaba que el nuevo edificio hiciera una declaración sobre la compañía y albergaría artículos históricos y premios que la compañía estaba extremadamente orgullosa de exhibir. Se contrató a un estudio de arquitectura para crear alternativas de diseño que fueran de naturaleza progresiva e ilustraran los valores de la empresa. Un valor particular que se incorporó fue la sostenibilidad.

El edificio se construyó utilizando vidrio como elemento exterior, y en el interior había materiales modernos y exclusivos que reflejan la posición de liderazgo de la empresa en la industria. Diseñando teniendo en cuenta la sostenibilidad, el estudio de arquitectura incorporó tecnologías de HVAC de ahorro de energía diseñadas y dimensionadas específicamente para el espacio, teniendo en cuenta las dimensiones interiores del edificio (A), el coeficiente de pérdida de calor (U) de los materiales de las ventanas, el interior y variación de la temperatura exterior (To - Ti) y el número de grados día por año. Un ejemplo del cálculo utilizado para determinar los requisitos energéticos anuales para las tecnologías prescritas, expresados ​​en Btu / hora, es:

Ht =AU (Ti - To)

Se finalizaron los diseños y se contrataron los planos para la fase de construcción. Durante esta fase, se inició el proceso de adquisiciones. La empresa constructora fue a su base de proveedores y abordó esta compra con su objetivo departamental como el motor principal:"comprar al menor costo". El grupo de adquisiciones fue recompensado de manera rutinaria por este tipo de desempeño y trabajó para traer el vidrio al menor costo, pero ligeramente fuera de la especificación original. Aquí es donde un problema importante comprometió la sostenibilidad futura, el LCC y la eficiencia energética del edificio.

El proyecto de construcción avanzó y el edificio se completó a tiempo y por debajo del presupuesto. Subrayo debajo del presupuesto para probar un punto. La forma en que una organización mide el desempeño puede producir malos resultados e implicaciones a largo plazo. En esta situación, el sitio farmacéutico comenzó a experimentar rápidamente problemas de condensación, daños por humedad y rendimiento de HVAC. ¿Por qué estaba pasando esto? Una investigación del sitio confirmó que las prácticas de adquisición, que compraban vidrio fuera de las especificaciones de diseño originales, eran la causa principal del problema. El vidrio de reemplazo tenía un factor U más alto (índice de coeficiente de energía en relación con la pérdida de calor) y un factor de resistencia a la condensación más bajo. La carga térmica adicional, causada por la variación en la especificación del vidrio, significó que el sistema HVAC originalmente especificado e instalado ahora tenía un tamaño insuficiente. En este punto, se proyectó gran parte del futuro. El sitio estaría atascado con los costos adicionales del ciclo de vida para mantener niveles de comodidad suficientes dentro del edificio y evitar daños por humedad debido a una deshumidificación inadecuada.

Cálculo de los costos del ciclo de vida basados ​​en la energía
Comenzando con el fin en mente, las expectativas de consumo de energía deben definirse en cualquier proyecto de capital que requiera la instalación de nuevos activos o el reemplazo de activos existentes. En relación con el ejemplo descrito en este artículo, el consumo de energía de los sistemas HVAC debe compararse con el tamaño del espacio a calentar, enfriar y deshumidificar, el coeficiente de pérdida de calor de los materiales utilizados para construir el espacio y las propiedades de generación de calor. del espacio (por ejemplo, equipos de procesamiento, personas y computadoras).

Supongamos que la compañía farmacéutica antes mencionada estaba construyendo un centro de visitantes de 5,000 pies cuadrados, y que el material de la ventana originalmente especificado tenía un factor U (pérdida de calor) de 0.35, que se encuentra en el extremo inferior del espectro derivado de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE). Para calcular la tasa de consumo de energía estimada por año, también debemos determinar el diferencial de temperatura promedio exterior e interior. En este ejemplo, asumiremos que la temperatura exterior de diseño para la región es 27 grados Fahrenheit, y la temperatura interior esperada es 70 grados F. Usando la ecuación Ht =AU (Ti - To), el sistema HVAC debe mantener 75,250 Btu / hora para calentar y deshumidificar el espacio.

Ht =(5000 x 0.35) X (70 - 27)

Ahora, necesitamos determinar el costo del ciclo de vida basado en la energía del sistema HVAC en el espacio. Usando la regla empírica de dimensionamiento de HVAC para comenzar nuestro análisis, una tonelada (12,000 Btu) por cada 800 pies cuadrados, podemos determinar que necesitaremos una unidad de 6-7 toneladas para el centro de visitantes de 5000 SF utilizando los materiales de ventana originalmente especificados. Por el bien de este ejemplo, asumiremos que el costo de la electricidad es de $ 19 por millón de Btu (Unidades Térmicas Británicas). El costo de calefacción, gas natural, combustibles fósiles y electricidad es circunstancial basado en las fluctuaciones en el precio de mercado por región, pero $ 19 es un valor de mercado justo para los Estados Unidos. Necesitamos un punto de datos más y estamos listos para calcular el costo de la energía, que son grados día, la cantidad de días por año en los que se requiere calefacción. Para calcular los grados-día, reste la temperatura exterior de la temperatura interior deseada. Si el valor es menor o igual a cero, ese día tiene cero grados día. Pero si el valor es positivo, el número resultante representa el número de grados día. En muchas regiones del mundo, los grados día de calefacción (o refrigeración) están predeterminados para fines de diseño de ingeniería, por lo que utilizaremos 8.000 grados día por año para este ejemplo.

Multiplicando 75,250 Btu / hora por 24 (un día), luego multiplicando ese resultado por el número de grados-día por año (8,000), podemos estimar que la tasa de consumo de energía es de 14,4 mil millones de Btu por año. A $ 19 por mBtu, el sistema de HVAC especificado para los materiales de construcción especificados le costará a la compañía farmacéutica aproximadamente $ 275,000 por año.

Si usamos más este modelo de costo del ciclo de vida para evaluar las decisiones a lo largo de la construcción del edificio, podemos determinar el impacto financiero que tuvo el vidrio de reemplazo en la sostenibilidad. La diferencia más significativa entre el vidrio originalmente especificado y los adquiridos como alternativa es el coeficiente de pérdida de calor (factor U). El vidrio de reemplazo tenía un factor U de 0,54, un 55 por ciento más alto que el del vidrio original. Cuando se trata de pérdida de calor, el número más bajo siempre es mejor. Si complementa nuestros cálculos anteriores utilizando la nueva cifra del factor U, nos damos cuenta de que, en última instancia, esta decisión le cuesta a la compañía farmacéutica algo más de $ 150 000 más al año en energía adicional. Si evaluamos este impacto durante un período de ciclo de vida de 10 años para el sistema HVAC, esto equivale a más de $ 1.5 millones en gastos desperdiciados.

¿Cómo se pudo haber evitado esto? Respuesta simple, siguiendo un proceso LCAM claramente definido que establece “puertas de peaje” para evaluar el costo del ciclo de vida como resultado de las decisiones tomadas durante la construcción del edificio. Estos son algunos pasos hacia la sostenibilidad a seguir al comenzar su FEL o proceso de ingeniería de capital:

1. Defina las características de sostenibilidad del proyecto, incluida la tasa de consumo energético general y la generación máxima de residuos permitida.

2. Determinar las categorías de costos de sostenibilidad que se deben considerar dentro del análisis de costos del ciclo de vida (por ejemplo, costo por millón de Btus)

3. Seleccione para revisión solo aquellas alternativas de diseño que respalden las características de sostenibilidad.

4. Seleccione el diseño de costo total de propiedad más bajo para la ejecución del proyecto.

5. Establezca puertas de peaje antes de cada transición funcional dentro del proceso. Por ejemplo, antes de que las adquisiciones entreguen el proyecto a la planificación de la construcción, deben volver a realizar el análisis del costo del ciclo de vida para validar que sus selecciones de materiales no hayan aumentado el costo de propiedad durante el período del ciclo de vida predefinido.

Acerca del autor:
Bruce Wesner aporta más de 24 años de experiencia en mantenimiento, ingeniería y gestión a su función como director gerente de Life Cycle Engineering (LCE). Su experiencia en alta dirección con empresas de clase mundial incluye trabajo en una serie de industrias:HVAC (productos OEM), fabricación de acero pesado (proveedor de nivel 1), fabricación de tubos de acero (producción de OEM de alto volumen), mecanizado de alta tolerancia, productos farmacéuticos y construcción. productos. La fuerza de Bruce está impulsando mejoras a través de iniciativas basadas en la confiabilidad y en términos ajustados. Puede comunicarse con Bruce en [email protected]. Para obtener más información sobre Life Cycle Engineering, visite www.LCE.com o llame al 843-744-7110.