Projet WCentre de distribution automatisé

Martin Roy, ing. PA LEED

ASHRAE/Hydro-QuébecMontréal 13 Décembre 2010

Projet W

� Le projet� Profil

énergétique� Simulation

Energy+� Éclairage� Le concept

Le projet

� Centre de distribution de 460,000 pi2

� Manutention automatisé� Force motrice importante� Environ .3 personne/1000 pi2

Profil énergétique

� Entrepôt de Vaughn� 500,000 pi2

� 70 pieds de haut� 100 personnes� Climatisation par

unités de toitures� Chauffage au gaz

Electricity demand (building)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2010

-Mar

-31

2010

-Mar

-26

2010

-Mar

-20

2010

-Mar

-13

2010

-Feb

-23

2010

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-17

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-Feb

-11

2010

-Feb

-05

2010

-Jan

-30

2010

-Jan

-17

2009

-Dec

-24

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-Dec

-10

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-Dec

-04

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-Nov

-28

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2009

-Nov

-16

2009

-Nov

-10

2009

-Nov

-04

2009

-Oct

-13

2009

-Sep

-29

2009

-Sep

-23

2009

-Sep

-17

2009

-Sep

-11

2009

-Sep

-05

2009

-Aug

-30

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-Aug

-24

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-Aug

-16

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-Jul

-23

2009

-Jul

-08

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-Jun

-26

2009

-Jun

-14

2009

-Jun

-02

2009

-May

-21

2009

-May

-09

2009

-Apr

-27

2009

-Apr

-15

2009

-Apr

-03

pow

er (

kW)

Demande électrique

� Convoyeurs� Éclairage et

services des bureaux

� CVAC� Chargeur

de batterie

Electrical demand breakdown (March 25th-March 31st 2010)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

11:0

0:00

PM

6:00

:00

PM

1:00

:00

PM

8:00

:00

AM

3:00

:00

AM

10:0

0:00

PM

5:00

:00

PM

12:0

0:00

PM

7:00

:00

AM

2:00

:00

AM

9:00

:00

PM

4:00

:00

PM

11:0

0:00

AM

6:00

:00

AM

1:00

:00

AM

8:00

:00

PM

3:00

:00

PM

10:0

0:00

AM

5:00

:00

AM

12:0

0:00

AM

7:00

:00

PM

2:00

:00

PM

9:00

:00

AM

4:00

:00

AM

11:0

0:00

PM

6:00

:00

PM

1:00

:00

PM

8:00

:00

AM

3:00

:00

AM

10:0

0:00

PM

5:00

:00

PM

12:0

0:00

PM

7:00

:00

AM

2:00

:00

AM

Dem

and

(kW

)

LIGHTING AND SERVICES

WITRON

MECHANICAL

BATTERY CHARGER

Distribution de la demande électrique

convoyeurs

Electrical demand breakdown (March 31st 2010)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

11:0

0:00

PM

10:0

0:00

PM

9:00

:00

PM

8:00

:00

PM

7:00

:00

PM

6:00

:00

PM

5:00

:00

PM

4:00

:00

PM

3:00

:00

PM

2:00

:00

PM

1:00

:00

PM

12:0

0:00

PM

11:0

0:00

AM

10:0

0:00

AM

9:00

:00

AM

8:00

:00

AM

7:00

:00

AM

6:00

:00

AM

5:00

:00

AM

4:00

:00

AM

3:00

:00

AM

2:00

:00

AM

1:00

:00

AM

12:0

0:00

AM

Dem

and

(kW

)

LIGHTING AND SERVICES

WITRON

MECHANICAL

BATTERY CHARGER

convoyeurs

Distribution de la consommationElectricity consumption breakdown

LIGHTING AND MISC53%

WITRON30%

MECHANICAL14%

BATTERY CHARGER3%

CONVOYEURS 30%

Electricity demand (Witron)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2010

-Mar

-31

2010

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-26

2010

-Mar

-20

2010

-Mar

-14

2010

-Feb

-23

2010

-Feb

-17

2010

-Feb

-11

2010

-Feb

-05

2010

-Jan

-30

2010

-Jan

-19

2009

-Dec

-26

2009

-Dec

-11

2009

-Dec

-05

2009

-Nov

-29

2009

-Nov

-23

2009

-Nov

-17

2009

-Nov

-11

2009

-Nov

-05

2009

-Oct

-17

2009

-Sep

-30

2009

-Sep

-24

2009

-Sep

-18

2009

-Sep

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-Sep

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2009

-Aug

-31

2009

-Aug

-25

2009

-Aug

-20

2009

-Jul

-30

2009

-Jul

-12

2009

-Jun

-30

2009

-Jun

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2009

-Jun

-06

2009

-May

-25

2009

-May

-13

2009

-May

-01

2009

-Apr

-19

2009

-Apr

-07

Pow

er (

kW)

Demande des convoyeurs

Equipment load profilemarch 31

24%

31%

69%

92%

97%

83%

91%

100%

93%

80%

84%

80%

88%91%

98%

92%88%

65%

38%

23%

28%

33%

39%37%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Facteur d’utilisation des convoyeurs

Electricity demand (Lighting and services)

0

100

200

300

400

500

600

2010

-Mar

-31

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-26

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-Mar

-20

2010

-Mar

-14

2010

-Feb

-23

2010

-Feb

-17

2010

-Feb

-11

2010

-Feb

-05

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-Jan

-30

2010

-Jan

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-26

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-Dec

-11

2009

-Dec

-05

2009

-Nov

-29

2009

-Nov

-23

2009

-Nov

-17

2009

-Nov

-11

2009

-Nov

-05

2009

-Oct

-17

2009

-Sep

-30

2009

-Sep

-24

2009

-Sep

-18

2009

-Sep

-12

2009

-Sep

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-31

2009

-Aug

-25

2009

-Aug

-20

2009

-Jul

-30

2009

-Jul

-12

2009

-Jun

-30

2009

-Jun

-18

2009

-Jun

-06

2009

-May

-25

2009

-May

-13

2009

-May

-02

2009

-Apr

-20

2009

-Apr

-08

Pow

er (

kW)

Éclairage et services

Service and lighting load profile

99% 100% 100%98%

90% 90% 90% 89% 88% 87% 87% 88% 88% 88% 89%92%

97% 95%

91% 91%

95% 96% 97%99%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Facteur d’utilisation

Electricity demand (mechanical)

0

100

200

300

400

500

600

700

2010

-Mar

-31

2010

-Mar

-26

2010

-Mar

-20

2010

-Mar

-14

2010

-Feb

-23

2010

-Feb

-17

2010

-Feb

-11

2010

-Feb

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-30

2010

-Jan

-19

2009

-Dec

-26

2009

-Dec

-11

2009

-Dec

-05

2009

-Nov

-29

2009

-Nov

-23

2009

-Nov

-17

2009

-Nov

-11

2009

-Nov

-05

2009

-Oct

-17

2009

-Sep

-30

2009

-Sep

-24

2009

-Sep

-18

2009

-Sep

-12

2009

-Sep

-06

2009

-Aug

-31

2009

-Aug

-25

2009

-Aug

-19

2009

-Jul

-29

2009

-Jul

-11

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-29

2009

-Jun

-18

2009

-Jun

-06

2009

-May

-25

2009

-May

-13

2009

-May

-01

2009

-Apr

-19

2009

-Apr

-07

pow

er (

kW)

CVAC électrique� 100 Kw de

ventilateur� 246 000 cfm� 48 000 cfm

d’air neuf� 2 200 kW

de climatisation

Exterior temperature (dry bulb)

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

01/0

4/20

0915

/04/

2009

29/0

4/20

0913

/05/

2009

27/0

5/20

0910

/06/

2009

24/0

6/20

0908

/07/

2009

22/0

7/20

0905

/08/

2009

19/0

8/20

0902

/09/

2009

16/0

9/20

0930

/09/

2009

14/1

0/20

0928

/10/

2009

11/1

1/20

0925

/11/

2009

09/1

2/20

0923

/12/

2009

06/0

1/20

1020

/01/

2010

03/0

2/20

1017

/02/

2010

03/0

3/20

1017

/03/

2010

31/0

3/20

10

degr

ees

Cel

sius

Exterior temperature

Simulation Energy+� Maintenir 29 oC au plafond et 26 oC au plancher� Utilisation de la ventilation naturelle� Échange par paroi adiabatique� Masse thermique

11 zones

Ce qui ne ce fait pas

� Stratification � Pas de fonction pour le moment� Condition à maintenir 27 oC

� Parois adiabatique et ventilation naturelle� Infrared Radiation Transfer Material fonctionne

mal� Mouvement d’air entre le parois ne fonctionne pas� Avec effet de vent sur les façades (fatal error)� Très long à calculer

Modèle à une zone� Calcul qui tient compte de toute les charges� Intégration de la masse thermique� Modélisation du free cooling

Masse thermique� 17 350 tonnes de produits

� Densité : 256 kg/m3 (moyenne)� Chaleur spécifique : 3 875 J/kg.K (source : ASHRAE refrigeration handbook 1998, 8.3,

table 3 : Unfrozen Composition Data, Initial Freezing Point and Specific Heat of Foods, Juice and beverage)

� Épaisseur de la surface : 40 cm� Conductivité thermique : 2.0 W/m.K� Calcul de la surface à saisir: Masse totale de produits/ (densité x épaisseur)

� Effet sur le refroidissement

Charges internesProfil journalier d'utilisation des équipements

24%

31%

69%

92%

97%

83%

91%

100%

93%

80%

84%

80%

88%91%

98%

92%88%

65%

38%

23%

28%

33%

39%37%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

50% convectif 50% radiation

Charges internes

3.75148 50410 000582 8008 4506539 623Total

6.3531 332049 3501 950154 931Receiving

0.000089 300005 793OPM

7.4835 2000340 7501 950154 707Working area

7.1613 392042 3001 300101 871DPS

7.195 18410 000000721Forks

4.0815 9840065053 918Manual area

2.3714 256014 10065056 027CPS

0.000014 100007 003HBW

7.1333 156032 9001 950154 652Shipping

Densitééclairage (W/m2)

Charge Éclairage

(W)

Charge Chargeur de batteries(W)

Charge Équipements

(W)

Charge Occupants

(W)

Nombre d’occupants

Surface (m2)

Zone

Infiltration

� Infiltrations d’air non controlées fonction de la vitesse du vent et de la différence de température d’air entre l’intérieur et l’extérieur (Coblenz and Achenbach 1963)

� 1.0 @ delta T=0°C et windspeed=3.35 m/s Été� 2.75 @ delta T = 40°C et windspeed = 6.00 m/s Hiver� Le débit d’infiltration d’air de design a été fixée à 500 CFM/dock

(ASHRAE crack method)� Shipping : 31 docks --� Idesign = 15 500 CFM (7.315 m3/s)� Receiving : 36 docks � Idesign = 18 000 CFM (8.495 m3/s)

[ ]2)()()())(( WindspeedDwindspeedCTodbTzoneBAFscheduleIdesignQ ++−+=

Free cooling

oAutorisé en tout temps si Textérieur<Tintérieur et si T extérieur < 27 deg C

254 400Total

21 200Receiving

21 200OPM

84 800Workingarea

21 200DPS

21 200Manual area

21 200CPS

21 200HBW

21 200Forks

21 200Shipping

Débit d’air extérieur (CFM) Débit d'air extérieur (free-cooling)

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

07/

01 0

1:00

:00

07/

03 0

5:00

:00

07/

05 0

9:00

:00

07/

07 1

3:00

:00

07/

09 1

7:00

:00

07/

11 2

1:00

:00

07/

14 0

1:00

:00

07/

16 0

5:00

:00

07/

18 0

9:00

:00

07/

20 1

3:00

:00

07/

22 1

7:00

:00

07/

24 2

1:00

:00

07/

27 0

1:00

:00

07/

29 0

5:00

:00

07/

31 0

9:00

:00

08/

02 1

3:00

:00

08/

04 1

7:00

:00

08/

06 2

1:00

:00

08/

09 0

1:00

:00

08/

11 0

5:00

:00

08/

13 0

9:00

:00

08/

15 1

3:00

:00

08/

17 1

7:00

:00

08/

19 2

1:00

:00

08/

22 0

1:00

:00

08/

24 0

5:00

:00

08/

26 0

9:00

:00

08/

28 1

3:00

:00

08/

30 1

7:00

:00

temps

m3/

h

Température moyenne de l'air de l'entrepôt en été

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

07/

01 0

1:00

:00

07/

03 0

5:00

:00

07/

05 0

9:00

:00

07/

07 1

3:00

:00

07/

09 1

7:00

:00

07/

11 2

1:00

:00

07/

14 0

1:00

:00

07/

16 0

5:00

:00

07/

18 0

9:00

:00

07/

20 1

3:00

:00

07/

22 1

7:00

:00

07/

24 2

1:00

:00

07/

27 0

1:00

:00

07/

29 0

5:00

:00

07/

31 0

9:00

:00

08/

02 1

3:00

:00

08/

04 1

7:00

:00

08/

06 2

1:00

:00

08/

09 0

1:00

:00

08/

11 0

5:00

:00

08/

13 0

9:00

:00

08/

15 1

3:00

:00

08/

17 1

7:00

:00

08/

19 2

1:00

:00

08/

22 0

1:00

:00

08/

24 0

5:00

:00

08/

26 0

9:00

:00

08/

28 1

3:00

:00

08/

30 1

7:00

:00

temps

deg

C

sans inertie avecfree cooling

avec inertie avecfree cooling

sans inertie sansfree cooling

avec inertie sansfree cooling

Avantage Energy +� Simulation intégrée : charges, systèmes et centrale sont résolus

simultanément. DOE-2 fonctionne de façon séquentielle (d’abord charges, puis systèmes et enfin centrales).

� Possibilité d’exécuter des simulations avec un pas de temps inférieur à une heure (jusqu’à 1 minute)

� Possibilité d’importer des géométries depuis SketchUp avec le plug-in Open Studio.

� Grand choix de systèmes mécaniques� Possibilité de saisir des systèmes mécaniques idéaux qui seront

auto-dimensionnés pour combattre les charges de chauffage et de refroidissement

� Beaucoup de choix et de flexibilité pour la présentation des résultats.� Possibilités d’étudier le confort thermique (température opérative,

etc…)

Désavantage Energy+

� Interface peu conviviale (IDF Editor)� Saisie fastidieuse de systèmes mécaniques (malgré

les templates)� Apprentissage assez long� Temps nécessaire pour créer un modèle � Temps de calcul élevé � Certaines fonctionnalités encore en développement� Certaines fonctionnalités ne sont pas encore

disponibles (étude de la stratification,…)

Analyse d’éclairage naturelle

� Prévenir l’éblouissement pour les occupants

� Outils de simulation� Lightup for

Sketchup� SPOT

Table 1 : Luminance Limits to Consider for Visual Comfort (Obtain from Steffy (Steffy, 2002), p.73)

Source Application Suggested

Luminance Limit

Classroom 850 Lux

High-tech industrial 850 Lux

Industrial 750 Lux

Medical fab 850 Lux

Office 850 Lux

Daylight media

Transitional 3400 Lux

Table 1 : Luminance Ratio Suggestions (Obtain from Steffy (Steffy, 2002), p.74)

Intent Ratio of Interest Suggested

Luminance Ratio

Paper task to computer 1:3 or 3:1

Task to immediate background surfaces 3:1

Task to darker distant background surfaces 10:1

Maintain task

attention

Task to lighter distant background surfaces 1:10

Task to daylight media 40:1

Task to luminaires 40:1

Daylight media to adjacent surfaces 20:1

Minimize

discomfort glare

Luminaires to adjacent surfaces 20:1

Lightup for SketchUp

� Facile à utilisé� Nécessite des

ressources informatiques importantes

� Difficile à paramétrer

� Résultats visuels intéressants

� 149.00 $

SPOT

� Utilise Radiance

� Simple à utilisé� Paramètres

connus� Gratuit

Po

stio

n (

ft)

Position (ft)

Warehouse illuminance - Summer 4:00PM

100

200

300

400

500

600

100 200 300 400 500 600

500 1000 1500 2000 2500 3000

Po

stio

n (

ft)

Position (ft)

Warehouse illuminance - Winter 12:00PM

100

200

300

400

500

600

100 200 300 400 500 600

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Figure 1 : Warehouse illuminance – Summer 4 :00PM – Clear double

glass

Figure 2 : Warehouse illuminance – Winter 12 :00PM – Clear

double glass

Po

stio

n (

ft)

Position (ft)

Warehouse illuminance - Summer 4:00PM

100

200

300

400

500

600

100 200 300 400 500 600

50 100 150 200 250 300 350

Po

stio

n (

ft)

Position (ft)

Warehouse illuminance - Winter 12:00PM

100

200

300

400

500

600

100 200 300 400 500 600

50 100 150 200 250 300

Figure 1 : Warehouse illuminance- Summer 4 :00PM – Translucent

20%

Figure 2 : Warehouse illuminance- Winter 12 :00PM –

Translucent 20%

RésultatsTable 1 : Ratio of maximum illuminance over 85fc and over design illuminance

Design condition Clear 20% Translucent

40% Translucent Clear 20%

Translucent 40%

Translucent

Ratio of maximum illuminance over 85fc

Ratio of maximum illuminance over design illuminance (30fc)

8:00 AM 0.7 0.6 0.6 1.9 1.7 1.7

12:00 PM 19.4 3.9 7.4 55.1 11.1 20.9 Winter

4:00 PM 0.8 0.3 0.6 2.2 0.9 1.7

8:00 AM 16.1 3.4 3.3 45.6 9.7 9.5

12:00 PM 41.6 3.7 7.0 117.9 10.3 19.9 Equinox

4:00 PM 20.1 4.5 9.1 57.1 12.8 25.8

8:00 AM 43.9 43.9 44.4 124.5 124.5 125.7

12:00 PM 2.7 2.6 4.9 7.7 7.4 14.0 Summer

4:00 PM 35.7 4.3 7.8 101.3 12.1 22.2

Le concept� Récupération de la chaleur des convoyeurs� Récupération de la chaleur sur l’air évacué� Ventilation naturelle et hybride� Accumulation thermique� Chauffage radiant� Éclairage efficace

� DEL� Détecteur de mouvement et lumière naturelle� Verre translucide

� Transformation électrique locale

Récupération de la chaleur des convoyeurs

� Thermopompe sur boucle d’eau pour l’entrepôt

� Système DRV sur boucle d’eau pour les bureaux

� HVLS

Ventilation naturelle et hybride

Ventilation naturelle et hybride

Chauffage radiant� Radiation haute intensité devant les portes� Plancher radiant dans les bureaux

Éclairage efficace

� DEL extérieur� 40% de réduction

� T5 suspendu� Contrôles par

détecteur de mouvment

� 3.75w/M2

Conclusion

� 50% de la force motrice des ventilateurs� 25% de la consommation

� HVLS variables� Évacuation intermittente

� 6 fois moins de refroidissement� 33% de l’intensité d’éclairage� 50% de réduction de la puissance

transformée� Projet en voie de certification LEED