持続可能性のための設計：目的を念頭に置いて開始する

今日の企業は、より効率的な運用方法を見つけることが課題となっています。エネルギーコストは上昇しており、多くの企業の存続に重大な長期的影響を及ぼしています。総所有コストに関しては、意思決定にこれまで以上に焦点を当てる必要があります。持続可能性のために設計するには、スティーブン・コビーの考えに耳を傾け、「終わりを念頭に置いて始める」必要があります。エネルギー消費と廃棄物の発生に関連するコストを削減するには、企業はライフサイクル資産管理手法を使用して投資を最大化する必要があります。

ライフサイクル資産管理（LCAM）は、概念設計からあらゆる資産タイプの廃棄まで、健全な意思決定を行うための基盤であり、ビジネスへの長期的な影響に基づいて測定されます。収益を最大化するために、総所有コストを最小限に抑えながら、資本改善プロジェクトの市場投入までの最短時間を検討します。 LCAMは、企業のフロントエンドローディング（FEL）エンジニアリングプロセス内に展開する必要がある全体的なアプローチです。

LCAMデータ（エネルギー消費を含む）は、設備投資プロセスの早い段階で特定する必要があります。フロントエンドでキャプチャされたデータとリソースを使用して、総所有コストを最小限に抑えるために、クレードルから墓場までのライフサイクルコスト（LCC）を評価する必要があります。このアプローチを資本プロジェクトに採用することは、持続可能性を推進するのに役立ちます。

実際の例
大規模な製薬会社で働いているときに、ある参加者が「これはすべきでないことの良い例です」と言ったときに、信頼性を考慮して設計することの利点に関するワークショップを実施していました。

この会社は、工場の入り口にある古い、機能性が低く、派手さの少ない建物を置き換えるために、新しいビジターセンターを必要としていました。新しい建物は会社についての声明を出すことが期待されていて、会社が展示することを非常に誇りに思っている歴史的なアイテムと賞を収容するでしょう。建築会社は、本質的に進歩的で、会社の価値を説明する代替設計を作成するために雇われました。組み込まれるべき1つの特定の価値は持続可能性でした。

建物は外装にガラスを使用して建てられ、内装は業界における同社のリーダーシップを反映したモダンで高級な素材でした。持続可能性を念頭に置いて設計された建築事務所は、建物の内寸（A）、窓材の熱損失係数（U）を考慮して、スペースに合わせて特別に設計およびサイズ設定された省エネHVACテクノロジーを取り入れました。および外気温の変動（To – Ti）および1年あたりの度日数。所定の技術の年間エネルギー要件を決定するために使用される計算の例は、Btu /時間で表され、次のとおりです。

Ht =AU（Ti – To）

設計が完成し、計画は建設段階で契約されました。このフェーズでは、調達プロセスが開始されました。建設会社はサプライヤーベースに行き、部門の目標を主な推進力としてこの購入に取り組みました。「最低コストでの購入」です。調達グループは、この種のパフォーマンスに対して定期的に報酬を受け取り、ガラスを最低のコストで持ち込むように努めましたが、元の仕様からわずかに外れていました。これは、重要な問題が建物の将来の持続可能性、LCC、およびエネルギー効率を損なう場所です。

建設プロジェクトは前進し、建物は予定通りに予算内で完成しました。ポイントを証明するために予算の下で下線を引きます。組織がパフォーマンスを測定する方法は、不十分な結果と長期的な影響をもたらす可能性があります。この状況では、製薬サイトはすぐに凝縮、湿気による損傷、およびHVACのパフォーマンスに関する問題を経験し始めました。なぜこれが起こったのですか？現地調査の結果、当初の設計仕様外のガラスを購入した調達慣行が問題の根本原因であることが確認されました。交換用ガラスは、Uファクター（熱損失に対するエネルギー係数の評価）が高く、凝縮抵抗ファクターが低くなっています。ガラス仕様の違いによって引き起こされる追加の熱負荷は、最初に指定され設置されたHVACシステムが現在は小さすぎることを意味しました。この時点で、未来の多くが投げかけられました。建物内で十分な快適さのレベルを維持し、不十分な除湿による湿気による損傷を防ぐために、サイトは追加のライフサイクルコストで立ち往生するでしょう。

エネルギーベースのライフサイクルコストの計算
目的を念頭に置いて、エネルギー消費の予想は、新しい資産の設置または既存の資産の交換を必要とする資本プロジェクトで定義する必要があります。この記事で説明した例と比較して、HVACシステムのエネルギー消費量は、加熱、冷却、除湿されるスペースのサイズ、スペースを構成するために使用される材料の熱損失係数、および発熱特性と比較する必要があります。スペースの（例えば、処理装置、人、コンピューター）。

前述の製薬会社が5,000平方フィートのビジターセンターを建設中であり、最初に指定された窓材のUファクター（熱損失）が0.35であると仮定します。これは、 American Society of Heating、Refrigeration and Air-Conditioning Engineers（ASHRAE）。年間の推定エネルギー消費率を計算するには、外部と内部の平均温度差も決定する必要があります。この例では、この領域の外側の設計温度は華氏27度、予想される内側の温度は華氏70度であると想定します。式Ht =AU（Ti – To）を使用すると、HVACシステムは75,250 Btu /を維持する必要があります。空間を加熱および除湿するために1時間。

Ht =（5000 x 0.35）X（70 – 27）

次に、宇宙でのHVACシステムのエネルギーベースのライフサイクルコストを決定する必要があります。 HVACの経験則を使用して分析を開始すると、800平方フィートごとに1トン（12,000 Btu）であり、最初に指定された窓材を使用して、5000 SFビジターセンターに6〜7トンのユニットが必要であると判断できます。この例では、電気代は100万Btu（英国熱量単位）あたり19ドルであると想定します。暖房、天然ガス、化石燃料、電気のコストは、地域ごとの市場価格の変動に基づいて状況に応じて異なりますが、19ドルは米国の公正な市場価値です。もう1つのデータポイントが必要であり、エネルギーコストを計算する準備ができています。これは度日であり、暖房が必要な1年あたりの日数です。度日を計算するには、目的の内部温度から外部温度を減算します。値がゼロ以下の場合、その日は0度日となります。ただし、値が正の場合、結果の数値は度日数を表します。世界の多くの地域では、エンジニアリング設計の目的で暖房（または冷房）度日が事前に決定されているため、この例では年間8,000度日を使用します。

75,250 Btu /時間に24（1日）を掛け、その結果に年間の学位日数（8,000）を掛けると、エネルギー消費率は年間144億Btuと見積もることができます。 mBtuあたり19ドルで、指定された建設資材用にサイズ設定された指定されたHVACシステムは、製薬会社に年間約275,000ドルの費用がかかります。

このライフサイクルコストモデルをさらに使用して、建物の建設全体の意思決定を評価すると、交換用ガラスが持続可能性に与えた経済的影響を確認できます。最初に指定されたガラスと代替として購入されたガラスの最も重要な違いは、熱伝達係数（Uファクター）です。交換用ガラスのUファクターは0.54で、元のガラスより55％高くなっています。熱損失に関しては、数値が小さいほど常に優れています。新しいUファクターの数値を使用して上記の計算を補足すると、この決定により、最終的に製薬会社は追加のエネルギーで年間15万ドル強のコストがかかることがわかります。 HVACシステムの10年間のライフサイクル期間にわたってこの影響を評価すると、これは150万ドルを超える無駄な費用に相当します。

どうすればこれを回避できたでしょうか。簡単に答えると、建物の建設全体で行われた決定の結果としてライフサイクルコストを評価するために「料金所」を確立する明確に定義されたLCAMプロセスに従うことによって。 FELまたは資本エンジニアリングプロセスを開始する際に従うべき持続可能性に向けたいくつかのステップは次のとおりです。

1. 全体的なエネルギー消費率や最大許容廃棄物発生量など、プロジェクトの持続可能性特性を定義します。

2. ライフサイクルコスト分析で考慮する必要のある持続可能性コストのカテゴリを決定します（例：100万Btusあたりのコスト）

3. 持続可能性の特性をサポートする代替設計のみをレビュー用に選択します。

4. プロジェクト実行のための最小の総所有コスト設計を選択します。

5. プロセス内の各機能移行の前に料金所を確立します。たとえば、調達がプロジェクトを建設計画に引き渡す前に、ライフサイクルコスト分析を再度実行して、材料の選択によって事前定義されたライフサイクル期間にわたって所有コストが増加していないことを検証する必要があります。

作者について：
Bruce Wesnerは、ライフサイクルエンジニアリング（LCE）の管理プリンシパルとしての役割に、24年以上の保守、エンジニアリング、および管理の経験をもたらします。彼の世界クラスの企業での上級管理職の経験には、HVAC（OEM製品）、重鋼製造（Tier 1サプライヤー）、管状鋼製造（大量のOEM生産）、高公差機械加工、医薬品、建築など、多くの業界での仕事が含まれます。製品。ブルースの強みは、無駄のない信頼性に基づくイニシアチブを通じて改善を推進しています。ブルースは[email protected]で連絡することができます。ライフサイクルエンジニアリングの詳細については、www.LCE.comにアクセスするか、843-744-7110に電話してください。