26
Calcula&ng air condi&oning costs and savings opportuni&es ScilabTEC 2015 JeanPierre Bovée (Sanofi), Louis Blavier (re@red from Sanofi) mailto:jeanpierre.bovee@sanofi.com

ScilabTEC 2015 - Sanofi

Embed Size (px)

Citation preview

Calcula&ng  air  condi&oning  costs  and  savings  opportuni&es  

ScilabTEC  2015    

Jean-­‐Pierre  Bovée  (Sanofi),                                                              Louis  Blavier  (re@red  from  Sanofi)  mailto:jean-­‐[email protected]              

Energy  challenge  

•  It  is  unlikely  that  energy  costs  will  not  resume  increasing  shortly  

•  Evidences  of  quick  and  brutal  raises  from  various  countries  •  Pharmaceu&cal  sites:  2  categories  

–  Chemical  sites:  reac&ons,  fermenta&onè  most  energy  comes  from  gas  

–  Manufacturing  sites:  table&ng,  filling  and    packaging  lines  è      Air-­‐Condi&oning  (HVAC)  amounts  to    50%  ±  5  of  total  energy  costs  •  Ven&la&on  itself  amounts  to  about  50%  of  HVAC  costs  è  25%  of  total  energy  costs  

•  Manufacturing  sites  by  far  more  numerous  than  chemical  sites    èmost  efforts  focus  on  HVAC  energy  reduc&on  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   2  

What  HVAC  means  •  Usually  HVAC  is  made  of:  

– Energy  produc&on  (boilers  /  chillers)  +  Circula&ng  fluids  (heat  and  cold)  

– Air  Handling  Units  (AHU)    

Blowing  fan  

Extrac@on  fan  

Controlled  room(s)  

Energy  recovery  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   3  

AHU  versus  energy  consump&on:  some  driving  factors  

•  Weather  •  Energy  costs  (Gaz,  Electricity,  Carbon  tax)  •  Room  dimensions  •  Room  insula&on  

–  Roof  –  Walls  –  Windows  

•  Air  changing  rate  •  Temperature  set  point  •  Hygrometry  set  point  •  Working  calendar  (working  days,  shutdown  periods)  •  Heat  produc&on  efficiency  •  Cooling  produc&on  efficiency  •  Temperature  control  efficiency  •  AHU  features:  motors,  fans,  gearing  •  Air  Recycling  (as  a  percentage  of  total  blown  air)  •  Energy  recovery  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   4  

AHU  versus  energy  consump&on  driving  factors  versus  change  frequency  

•  Weather  •  Room  dimensions  •  Room  insula@on  

–  Roof  –  Walls  –  Windows  

•  Energy  costs  (Gaz,  Electricity,  Carbon  tax)  •  Air  changing  rate  (as  per  regula@on)  •  Working  calendar  (working  days,  shutdown  periods)  •  Heat  produc@on  efficiency  •  Temperature  control  efficiency  •  AHU  features:  motors,  fans,  gearing  •  Temperature  set  point  •  Hygrometry  set  point  •  Air  Recycling  (as  a  percentage  of  total  blown  air)  •  Energy  recovery  •  Cooling  produc@on  efficiency  

Change  frequency  From  decades  to  centuries  From  years  to  decades  Year    Hour  

Quite  a  significant  number  of  factors!  

What  should  I  change???  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   5  

Air  Handling  Unit  usual  challenge  what  should  be  changed?    when  should  it  be  changed?  what  is  worth  a  change?  

èto  change  or  not  to  change?      

•  Site  people  FAQ:  –  What  should  be  changed  to  deliver  the  best  payback?  –  How  to  provide  evidence  of  the  payback?  –  What  are  the  right  priori&es?  

–  Purchasing  says:  nego&ate  beaer  energy  contract  –  Technical  folks  (many)  say:  motors,  chillers,  boilers,  insula&on,  …  –  Quality  says:  as  per  regula&on…    –  Finance  says:  is  produc&on  required  any  longer?    

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   6  

All  previous  considera&ons  lead  to  imagine  a  tool…  

…A  tool  that  would  allow  for:  •  Predic&ng  AHU  power  consump&on  •  Simula&ng  AHU  power  consump&on  versus  all  the  above  

driving  factors  •  Delivering  results  in  Kw/h  and  €  

•  Examples  of  expected  answers:  What  if  I  change  –  out  of  working  hours  

•  The  temperature  set  point  The  insula&on  of  the  roof  •  The  supplied  air  flow  and  the  recycling  air  flow  rate  

–  The  motors,  fans  or  mechanical  transmission  –  The  energy  recovery  –  The  energy  costs  

 

AHU  model  factors   Poten&al    

 savings  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   7  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  1/9  

•  Room  features:  –  Dimensions  –  Setpoints…  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   8  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  2/9  

•  Energy  features:  –  Dimensions  –  Setpoints…  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   9  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  3/9  

•  Everything  about  AHU  itself…  

Blowing  fan  

Exhaust  fan  

Controlled  room(s)  

Energy  recovery  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   10  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  4/9  

•  Everything  about  energy  recovery,  if  any…  

Blowing  fan  

Exhaust  fan  

Controlled  room(s)  

Energy  recovery  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   11  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  5/9  

•  Everything  about  energy  recovery,  if  any…  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   12  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  6/9  

•  Introducing  a  change  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   13  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  7/9  

•  Assessing  the  effects  of  the  change  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   14  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  8/9  

•  Assessing  the  effects  of  simultaneous  changes  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   15  

And  now…  the  OPTICLIM  tool  9/9  

•  But  some&mes  only  one  change  is  worth  many  others…  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   16  

How  did  we  build  this?  

•  Star&ng  from  a  previous,  bugged  version,  hardly  understandable  Excel  version  (200  Mo)  

•  Wri&ng  new  Func&on  Requirement  Specifica&ons  •  Discussing  them  with  Scilab  •  Genng  an  offer  on  the  final  document  •  Developing  •  Tes&ng  •  Rolling  out  

8  months  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   17  

Did  we  reach  the  target?  

•  Users  can  assess  very  easily  what  can  be  undertaken  to  cut  their  energy  bill  

•  Learning  curve  is  very  fast  –  Worldwide  deployed,  from  Japan  to  Latam  and  North  America  

•  Quite  user  friendly  applica&on    •  Calcula&ons  are  more  accurate  (compared  with  Excel)  •  Maintenance  is  quite  easier  

–  even  for  prototyping,  Excel  is  no  way  a  solu&on  when  complex  calcula&ons  are  at  stake  

–  A  professional  team  supports  further  developments  

+  

+  

+  

+  

+  

+  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   18  

Did  we  reach  the  target?  

•  The  applica&on  is  light:  zipped  =  6  Mo  (<<  200  Mo)  •  Quite  faster  than  the  previous  one  (Excel  based)  •  Data  and  code  are  segregated  

–  Data  can  be  exchanged  between  users  quite  easily  –  Weather  data  can  be  locally  managed  

•  Code  modularity  è  easier  roadmap  •  Mul&lingual  applica&on,  locally  manageable  •  The  applica&on  is  protected  

–  Code  encryp&on  –  User  authen&ca&on  

•  Easy  version  management  and  deployment  

+  +  

+  

+  +  

+  

+  +  

+  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   19  

A  bit  of  history  •  First  tool  based  on  Excel  (2011)  •  Very  heavy  applica&on  (200  Mo!)  •  Very  manual  Deployment  è  updates  extremely  painful  •  Only  2  languages  •  Impossible  to  integrate  local  weather  data  •  Beyond  a  limit  (quickly  reached),  EXCEL  is  no  way  an  easy  to  debug  tool!  

•  è  decision  made  by  end  of  2013  to  move  to  SCILAB    

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   20  

Who  did  what?  SCILAB  Dream  Team:  Adeline  Carnis,  Charloae  Hecquet,  Dominique  Callens  and  Antoine  Elias  developed  all  other  coding  features…  quite  a  work!    Jocelyn  Lanusse  and  Claude  Gomez  brought  their  key  support  all  along  the  project  

Everything  very  carefully  documented!  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   21  

Who  did  what?  

1100  plus  lines  as  for  sole  calcula&on  

Louis  Blavier  built  en&rely  the  code  for  all  calcula&on  related  topics  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   22  

Next  step  

•  Weather  •  Room  dimensions  •  Room  insula@on  

–  Roof  –  Walls  –  Windows  

•  Energy  costs  (Gaz,  Electricity,  Carbon  tax)  •  Air  changing  rate  (as  per  regula@on)  •  Working  calendar  (working  days,  shutdown  periods)  •  Heat  produc@on  efficiency  •  Temperature  control  efficiency  •  AHU  features:  motors,  fans,  gearing  •  Temperature  set  point  •  Hygrometry  set  point  •  Air  Recycling  (as  a  percentage  of  total  blown  air)  •  Energy  recovery  •  Cooling  produc@on  efficiency  

Change  frequency  From  decades  to  centuries  From  years  to  decades  Year    Hour  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   23  

REMEMBER  

Today:  most  of  these  items  are  constant.  Could  we  beaer  op&mize  the  control?  

Next  step  as  an  example  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   24  

Outside  air  Rela&ve  humidity  

Outside  air  temperature  20  °C  

Enabling  temperature  setpoint  to  move  with  external  temperature  

Scilab  assisted  calcula&on  and  op&miza&on            

Real  &me,  mul&variable  control  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   25  

Hygrometry  set  point  Air  Recycling  (as  a  percentage  of  total  blown  air)  Energy  recovery  Cooling  produc@on  efficiency  

Real  @me  outside  air  temperature  and  humidity   Process  

Model  Energy  

consump@on  

Steepest  descent  with  constraints  

Best  variable  set  to  apply  

AHU  real  @me  

controller  

Thank  you  for  your  aaen&on  

Time  for  ques&ons  awer  a  good  snap?  

Jean-­‐Pierre  Bovée,  Louis  Blavier   26