Concevoir pour la durabilité :commencez par la fin en tête

Les entreprises d'aujourd'hui sont mises au défi de trouver des façons plus efficaces de fonctionner. Les coûts de l'énergie augmentent et ont des implications importantes à long terme pour la viabilité de nombreuses entreprises. La prise de décision, en ce qui concerne le coût total de possession, nécessite plus d'attention que jamais. Concevoir pour la durabilité exige que vous preniez en compte la pensée de Stephen Covey et que vous « commenciez avec la fin à l'esprit ». Pour réduire les coûts associés à la consommation d'énergie et à la production de déchets, les entreprises doivent maximiser leur investissement en utilisant des méthodologies de gestion du cycle de vie des actifs.

La gestion du cycle de vie des actifs (LCAM) est la base pour prendre des décisions judicieuses, de la conception à la cession de tout type d'actif, et est mesurée en fonction de l'impact à long terme sur votre entreprise. Il examine le délai de mise sur le marché le plus court pour un projet d'amélioration des immobilisations tout en offrant le coût total de possession le plus bas afin de maximiser les rendements. LCAM est une approche holistique qui doit être déployée dans le processus d'ingénierie de chargement frontal (FEL) de votre entreprise.

Les données LCAM (y compris la consommation d'énergie) doivent être identifiées au début du processus d'investissement en capital. Les données et les ressources capturées en amont doivent être utilisées pour évaluer les coûts du cycle de vie (LCC) du berceau à la tombe afin de minimiser le coût total de possession. L'adoption de cette approche pour un projet d'investissement contribue à la durabilité.

Un exemple concret
Alors que je travaillais avec une grande entreprise pharmaceutique, j'animais un atelier sur les avantages de la conception pour la fiabilité lorsqu'un participant s'est exprimé en disant "Voici un bon exemple de ce qu'il ne faut pas faire."

Cette entreprise avait besoin d'un nouveau centre d'accueil pour remplacer un bâtiment plus ancien, moins fonctionnel et moins tape-à-l'œil à l'entrée de son usine. Le nouveau bâtiment devait faire une déclaration sur l'entreprise et abriterait des objets historiques et des récompenses que l'entreprise était extrêmement fière de présenter. Un cabinet d'architectes a été engagé pour créer des alternatives de conception qui étaient de nature progressive et illustraient les valeurs de l'entreprise. Une valeur particulière à intégrer était la durabilité.

Le bâtiment a été construit en utilisant du verre comme élément extérieur, et à l'intérieur se trouvaient des matériaux modernes et haut de gamme reflétant la position de leader de l'entreprise dans l'industrie. Concevant dans un souci de durabilité, le cabinet d'architectes a intégré des technologies CVC à économie d'énergie spécialement conçues et dimensionnées pour l'espace, en tenant compte des dimensions intérieures du bâtiment (A), du coefficient de déperdition de chaleur (U) des matériaux de la fenêtre, à l'intérieur et l'écart de température extérieure (To – Ti) et le nombre de degrés-jours par an. Un exemple de calcul utilisé pour déterminer les besoins énergétiques annuels pour les technologies prescrites, exprimés en Btu/heure, est :

Ht =AU (Ti – To)

Les conceptions ont été finalisées et les plans ont été contractés pour la phase de construction. Au cours de cette phase, le processus d'approvisionnement a commencé. L'entreprise de construction s'est rendue auprès de sa base de fournisseurs et a abordé cet achat avec l'objectif de son service comme principal moteur :« acheter au moindre coût ». Le groupe d'approvisionnement était régulièrement récompensé pour ce type de performance et s'efforçait d'apporter le verre au coût le plus bas, mais légèrement en dehors des spécifications d'origine. C'est là qu'un problème important a compromis la durabilité future, le LCC et l'efficacité énergétique du bâtiment.

Le projet de construction a avancé et le bâtiment a été achevé à temps et en deçà du budget. Je souligne sous le budget pour prouver un point. La façon dont une organisation mesure la performance peut donner des résultats médiocres et des implications à long terme. Dans cette situation, le site pharmaceutique a très rapidement commencé à rencontrer des problèmes de condensation, de dommages dus à l'humidité et de performances CVC. Pourquoi cela arrivait-il ? Une enquête sur site a confirmé que les pratiques d'approvisionnement, qui consistaient à acheter du verre en dehors des spécifications de conception d'origine, étaient à l'origine du problème. Le verre de remplacement avait un facteur U plus élevé – un coefficient énergétique par rapport à la perte de chaleur – et un facteur de résistance à la condensation plus faible. La charge thermique supplémentaire, causée par la variation des spécifications du verre, signifiait que le système CVC initialement spécifié et installé était désormais sous-dimensionné. À ce stade, une grande partie de l'avenir était coulée. Le site serait bloqué avec les coûts supplémentaires du cycle de vie afin de maintenir des niveaux de confort suffisants dans le bâtiment et d'éviter les dommages dus à l'humidité dus à une déshumidification inadéquate.

Calcul des coûts du cycle de vie basés sur l'énergie
En commençant par la fin à l'esprit, les attentes en matière de consommation d'énergie devraient être définies dans tout projet d'immobilisations qui nécessite l'installation de nouveaux actifs ou le remplacement d'actifs existants. Par rapport à l'exemple décrit dans cet article, la consommation d'énergie des systèmes CVC doit être comparée à la taille de l'espace à chauffer, refroidir et déshumidifier, le coefficient de perte de chaleur des matériaux utilisés pour construire l'espace et les propriétés de génération de chaleur de l'espace (par exemple, équipement de traitement, personnes et ordinateurs).

Supposons que la société pharmaceutique susmentionnée construisait un centre d'accueil de 5 000 pieds carrés et que le matériau de fenêtre initialement spécifié avait un facteur U (perte de chaleur) de 0,35, ce qui se situe à l'extrémité inférieure du spectre dérivé par le Société américaine des ingénieurs en chauffage, réfrigération et climatisation (ASHRAE). Pour calculer le taux de consommation d'énergie estimé par an, il faut également déterminer le différentiel moyen de température extérieure et intérieure. Dans cet exemple, nous supposerons que la température de conception extérieure pour la région est de 27 degrés Fahrenheit et que la température intérieure attendue est de 70 degrés F. En utilisant l'équation Ht =AU (Ti - To), le système CVC doit maintenir 75 250 Btu/ heure pour chauffer et déshumidifier l'espace.

Ht =(5000 x 0,35) X (70 – 27)

Maintenant, nous devons déterminer le coût du cycle de vie énergétique du système CVC dans l'espace. En utilisant la règle empirique de dimensionnement CVC pour commencer notre analyse, une tonne (12 000 Btu) par 800 pieds carrés, nous pouvons déterminer que nous aurons besoin d'une unité de 6 à 7 tonnes pour le centre des visiteurs de 5 000 pieds carrés en utilisant les matériaux de fenêtre spécifiés à l'origine. Pour cet exemple, nous allons supposer que le coût de l'électricité est de 19 $ par million de Btu (British Thermal Units). Le coût du chauffage, du gaz naturel, des combustibles fossiles et de l'électricité est circonstanciel en fonction des fluctuations des prix du marché par région, mais 19 $ est une juste valeur marchande pour les États-Unis. Nous avons besoin d'un point de données supplémentaire et nous sommes prêts à calculer le coût de l'énergie, c'est-à-dire le nombre de jours par an où le chauffage est nécessaire. Pour calculer les degrés-jours, soustrayez la température extérieure de la température intérieure souhaitée. Si la valeur est inférieure ou égale à zéro, ce jour a zéro degré-jour. Mais si la valeur est positive, le nombre résultant représente le nombre de degrés-jours. Dans de nombreuses régions du monde, les degrés-jours de chauffage (ou de refroidissement) sont prédéterminés à des fins de conception technique. Nous utiliserons donc 8 000 degrés-jours par an pour cet exemple.

En multipliant 75 250 Btu/heure par 24 (un jour), puis en multipliant ce résultat par le nombre de degrés-jours par an (8 000), nous pouvons estimer le taux de consommation d'énergie à 14,4 milliards de Btu par an. À 19 $ par mBtu, le système CVC spécifié dimensionné pour les matériaux de construction spécifiés coûtera à la société pharmaceutique environ 275 000 $ par an.

Si nous utilisons davantage ce modèle de coût du cycle de vie pour évaluer les décisions tout au long de la construction du bâtiment, nous pouvons déterminer l'impact financier que le verre de remplacement a eu sur la durabilité. La différence la plus significative entre le verre spécifié à l'origine et ceux achetés comme alternative est le coefficient de perte de chaleur (facteur U). Le verre de remplacement avait un facteur U de 0,54, 55 % supérieur à celui du verre d'origine. En ce qui concerne la perte de chaleur, le nombre le plus bas est toujours meilleur. Si vous complétez nos calculs ci-dessus en utilisant le nouveau facteur U, nous réalisons que cette décision coûte finalement à la société pharmaceutique un peu plus de 150 000 $ de plus par an en énergie supplémentaire. Si nous évaluons cet impact sur une période de cycle de vie de 10 ans pour le système CVC, cela équivaut à plus de 1,5 million de dollars de dépenses gaspillées.

Comment cela aurait-il pu être évité ? Une réponse simple, en suivant un processus LCAM clairement défini qui établit des « portails de péage » afin d'évaluer le coût du cycle de vie à la suite des décisions prises tout au long de la construction du bâtiment. Voici quelques étapes vers la durabilité à suivre lorsque vous commencez votre processus FEL ou d'ingénierie du capital :

1. Définir les caractéristiques de durabilité du projet, y compris le taux de consommation énergétique global et la production maximale de déchets autorisée.

2. Déterminer les catégories de coûts de durabilité qui doivent être prises en compte dans l'analyse des coûts du cycle de vie (par exemple, le coût par million de Btus)

3. Sélectionnez pour examen uniquement les alternatives de conception qui prennent en charge les caractéristiques de durabilité.

4. Sélectionnez la conception au coût total de possession le plus bas pour l'exécution du projet.

5. Établir des barrières de péage avant chaque transition fonctionnelle au sein du processus. Par exemple, avant que les achats ne confient le projet à la planification de la construction, ils doivent à nouveau effectuer l'analyse des coûts du cycle de vie pour valider que leurs sélections de matériaux n'ont pas augmenté le coût de possession sur la période de cycle de vie prédéfinie.

À propos de l'auteur :
Bruce Wesner apporte plus de 24 ans d'expérience dans la maintenance, l'ingénierie et la gestion à son rôle de directeur principal de l'ingénierie du cycle de vie (LCE). Son expérience de cadre supérieur avec des entreprises de classe mondiale comprend un travail dans un certain nombre d'industries :HVAC (produits OEM), fabrication d'acier lourd (fournisseur de niveau 1), fabrication d'acier tubulaire (production OEM à grand volume), usinage à haute tolérance, produits pharmaceutiques et bâtiment des produits. La force de Bruce est d'apporter des améliorations par le biais d'initiatives allégées et basées sur la fiabilité. Bruce peut être joint à [email protected]. Pour plus d'informations sur l'ingénierie du cycle de vie, visitez www.LCE.com ou appelez le 843-744-7110.