Optimisation d'un réseau de chaleur

par la méthode du pincement

Introduction

L’objectif de cette exploration (OPT-1) est de vous montrer, à propos d'un exemple simple, comment peut être mise en application la méthode du pincement pour optimiser un réseau de chaleur.

Une fois que le réseau sera optimisé, vous apprendrez à déterminer les surfaces d'échange mises en jeu en utilisant les outils de dimensionnement technologique de Thermoptim.

Enfin, vous étudierez comment obtenir les bilans exergétiques du réseau initial et de celui optimisé en utilisant leurs structures productives.

Précisons qu'une seconde exploration dirigée (OPT-2) porte sur l'utilisation de la méthode du pincement pour optimiser les niveaux de pression et les débits dans un cycle combiné à deux niveaux de pression.

Nous opèrerons ici en trois étapes :

Brève présentation du modèle de réseau de chaleur

Ce schéma présente le réseau de chaleur interne d'une usine agro-alimentaire que l'on cherche à optimiser en utilisant la méthode du pincement.

schéma du réseau de chaleurLe réseau de chaleur sert à assurer la fourniture en chaleur de deux postes :

Il peut récupérer de la chaleur en provenance deux sources :

Dans l'installation existante, des compléments de chaleur sont apportés sur les deux circuits d'utilisation des calories.

La puissance d'appoint totale à fournir dans l'installation existante est de 592 + 209 = 801 kW.

L'objectif de l'étude est d'essayer de la réduire. C'est ce que l'on appelle les utilités chaudes.

Comme les deux fluides chauds ne sont pas complètement refroidis, il faut dépenser une puissance de refroidissement 383 + 53 = 436 kW.C'est ce que l'on appelle les utilités froides.

L'objectif de l'étude est d'essayer de réduire ces deux valeurs

Nous commencerons par regarder quelles sont les améliorations qu'il est possible de faire sans toucher à la structure de l'installation, c'est à dire en jouant uniquement sur les échangeurs de chaleur et les utilités.

Nous commencerons donc par étudier un modèle du réseau existant réalisé sous Thermoptim.

Ce n'est que dans un second temps que nous utliserons la méthode du pincement.

Modèle du réseau existant

Le chargement du modèle se fait par ouverture du fichier de schéma et d'un fichier de projet paramétré convenablement.

Charger le modèle

Cliquez sur le lien suivant : Ouvrir un fichier dans Thermoptim

Vous pouvez aussi ouvrir le fichier de schéma (opt1RDC_init.dia) grâce au menu "Fichier/Ouvrir du menu" de l'éditeur de schémas, et le fichier de projet (opt1RDC_init.prj) grâce au menu "Fichier de projet/Charger un projet" du menu du simulateur.

Affichez la fenêtre de l'éditeur de schémas

Vous y voyez le schéma du modèle, avec les quatre fluides mis en jeu, leurs débits, les températures d'entrée et de sortie, les puissances thermiques échangées, et les échangeurs qui assurent les couplages entre eux.

schéma du réseau de chaleur

Examinons les échangeurs de chaleur.

L'efficacité epsilon de l'échangeur 1 est égale à 0,4, et celle de l'échangeur 2 vaut 0,273.

Elles sont donc toutes eux assez faibles.

Voyons dans quelle mesure on peut les améliorer.

Pour l'échangeur 1 nous fixerons un pincement égal à 8 °C, ce qui est tout à fait classique pour un échangeur eau-eau.

Pour l'échangeur 2 on peut remarquer qu'il est loin d'utiliser toutes la puissance thermique disponible dans l'unité de traitement 2.

Il est donc possible de le paramétrer de telle sorte qu'il épuise complètement le fluide 1_2.

Avec ce paramétrage, le synoptique devient le suivant.

schéma du réseau de chaleur

La puissance thermique à apporter passe à 570 kW, soit une réduction de 29 %, et celle des utilités froides à 204 kW, soit une réduction de 53 %.

Modèle retenu pour l'optimisation par la méthode du pincement

Comme on le sait, l'application de la méthode du pincement consiste à effectuer l'analyse des disponibilités et des besoins à partir des quatre fluides mis en jeu dans le problème.

On construit pour cela les courbes composites correspondant à ces fluides, ce qui permet de déterminer où se situe le pincement du problème.

Le modèle n'a pas besoin de représenter l'ensemble de l'installation existante : il suffit qu'il fasse apparaître les seuls fluides qui interviennent.

Il est donc beaucoup plus simple que celui que nous venons d'étudier, qui n'avait comme intérêt que de montrer les limites d'une optimisation "classique".

Chargement du modèle

Le chargement du modèle se fait par ouverture du fichier de schéma et d’un fichier de projet paramétré convenablement.

Charger le modèle

Cliquez sur le lien suivant : Ouvrir un fichier dans Thermoptim

Vous pouvez aussi ouvrir le fichier de schéma (opt1RDC.dia) grâce au menu “Fichier/Ouvrir du menu” de l’éditeur de schémas, et le fichier de projet (opt1RDC.prj) grâce au menu “Fichier de projet/Charger un projet” du menu du simulateur.

Affichez la fenêtre de l’éditeur de schémas

Vous y voyez le schéma du modèle, avec les quatre fluides mis en jeu, leurs débits, les températures d'entrée et de sortie, et les puissances thermiques échangées.

schéma du réseau de chaleur

Le tableau ci-dessous récapitule les données du problème d'optimisation.

tableau récapitulatif

Vous remarquez immédiatement que les deux premières lignes de données ne diffèrent que par le débit et donc la puissance thermique. Les températures d'entrée et de sortie et le Cp du corps sont les mêmes.

Il serait donc tout à fait possible de les fusionner en sommant les débits, et de ne faire apparaître que trois fluides, le premier correspondant à cette fusion. Toutefois, nous ne le ferons pas ici, le fait que les deux fluides soient analogues ne posant aucune diffculté à Thermoptim.

La figure suivante montre l'écran de la transfo définissant le fluide 1_a.

Pour la méthode d'optimisation, les deux paramètres principaux sont :

tableau récapitulatif

Dans l'étape suivante, vous ferez connaissance avec l'écran de Thermoptim qui permet d'utiliser la méthode du pincement.

Présentation de l'écran d'optimisation

Au cours de cette étape, vous vous familiariserez avec la partie haute de l'écran d'optimisation.

Écran d’optimisation

Il comprend quatre tables, dont seules les deux premières nous intéressent pour cet exercice :

Dans la partie médiane droite de l'écran apparaissent plusieurs champs, cinq d'entre eux étant éditables :

Utilisation des outils d'optimisation

Toutes les fonctions spécifiques à l'optimisation sont accessibles à partir de la fenêtre d'optimisation.

Elles travaillent en coordination étroite avec le simulateur, pour pouvoir facilement modifier les paramétrages des systèmes étudiés.

Chargement de l'écran d'optimisation

Vous accédez à l'écran d'optimisation, en tapant Ctrl M ou en sélectionnant la ligne "Outils d'Optimisation" du menu "Spécial" de l'écran du simulateur.

Si vous n'arrivez pas à le faire, cliquez sur ce bouton

Cet écran comporte deux menus, comme vous pouvez le constater par vous-même, le menu "Méthode d'optimisation" et le menu "Graphes".

Menu "Méthode d'optimisation"

Menu "Graphes"

Reportez-vous au tome 1 du manuel de référence de Thermoptim pour une information détaillée sur l'ensemble de ces notions.

En pratique cependant, seules deux lignes de menu vous seront utiles :

Tableau des intervalles et besoins en utilités chaude et froide

Activez la ligne de menu Mettre à jour le problème et minimiser l'appoint.

Thermoptim établit la table des intervalles et calcule les besoins en utilités chaude et froide.

Un message vous informe qu'il faut un appoint de 420 kW et vous demande si vous souhaitez enregistrer cette valeur

Répondez "OK"

Souvenez-vous que la puissance d'appoint totale à fournir dans l'installation existante est de 801 kW.

L'application de la méthode d'optimisation montre qu'il existe un réseau d'échangeurs permettant d'économiser 47,6 % d'apport de chaleur par les utilités chaudes !

intervalle n°3

Vous pouvez examiner le contenu des intervalles en double-cliquant sur les lignes de la table située au centre gauche de la fenêtre.

Dans les fenêtres des intervalles, les fluides chauds apparaissent en rouge, les fluides froids en bleu.

Les bornes de température supérieure (Tsup) et inférieure (Tinf) sont indiquées, ainsi que les besoins et les disponibilités enthalpiques et le bilan enthalpique net, qui est positif si les besoins en chaleur sont supérieurs aux disponibilités, et négatif dans le cas contraire.

Les petites flèches en haut à droite permettent de faire défiler les différents intervalles.

Construction du tableau des intervalles

Il est maintenant possible de construire le tableau des intervalles à partir des valeurs de ces écrans.

Reportez pour cela dans un tableur les valeurs des températures supérieure et inférieure de chaque intervalle, ainsi que la valeur de son bilan enthalpique net.

Vous remplissez un tableau du type ci-dessous, la dernière colonne étant obtenue en soustrayant les valeurs des bilans enthalpiques des intervalles déjà considérés.

Ce tableau montre que le déficit enthalpique maximal est égal à 420 kW, en l'absence de la chaudière, et qu'il prend place au niveau de l'intervalle 3.

 

table des intervalles

 

C'est là que se situe le pincement du système. Compte tenu de la valeur du pincement minimum retenue (8 °C), cela correspond à 53 °C pour les fluides donneurs (chauds), et à 45 °C pour les fluides récepteurs (froids). Le déficit doit être compensé par un appoint d'utilités chaudes égal à 420 kW.

Si l'on modifie le tableau en apportant cette puissance à haute température, on obtient la figure suivante où le pincement correspond à l'intervalle dont le bilan global cumulé est égal à 0.

 

table des intervalles

 

Rappelons que ce tableau est rapporté aux températures décalées de la moitié de la valeur du pincement minimum qui sont celles qu'utilise la méthode du pincement pour trouver l'optimum.

Pour obtenir le tableau relatif aux températures réelles, il suffit de soustraire 8/2 = 4 °C aux fluides froids, et d'ajouter 4 °C aux fluides chauds, comme le montre la figure suivante.

table des intervalles

 

Tracé des courbes composites

Le tracé des courbes composites se fait en activant la ligne Tracer les Courbes composites du menu Graphes.

courbes composites

La courbe rouge correspond à la composite chaude, la courbe bleue à la composite froide, et la verte est la différence entre les deux.

Le pincement apparaît clairement à l'abscisse 247 (kW), pour une température de 45 °C au niveau du fluide froid, et 53 °C pour le fluide chaud.

Sur les courbes composites, le pincement sépare deux zones :

Les besoins en utilités chaudes et froides peuvent être lus sur l'abscisse du graphique.

On retrouve bien les deux valeurs affichées dans l'écran d'optimisation, à savoir respectivement 420 kW et 54,7 kW.

Les besoins en utilités chaudes sont réduits de 47,6 %, mais ceux en utilités froides ont diminué de 87,4 %, passant de 436 kW à 54,7 kW.

Si on les compare maintenant aux résultats de l'optimisation "classique", les besoins en utilités chaudes sont réduits de 26,3 % et ceux en utilités froides de 73 %, ce qui est considérable.

Ces résultats illustrent la puissance de la méthode du pincement.

Construction du réseau d'échangeurs optimisé

Il est maintenant possible de s'intéresser au réseau d'échangeurs optimisé.

La procédure à suivre est la suivante :

  • séparer l'étude des zones endo et exothermique ;
  • commencer l'étude au niveau du pincement, et s'en écarter progressivement, afin de traiter en premier lieu le problème le plus contraint ;
  • n'importer de l'énergie que dans la zone endothermique, n'en exporter que de la zone exothermique ;
  • maximiser la charge des échangeurs (afin de minimiser leur nombre).

Cette procédure peut être assez complexe dans certains cas, mais, pour cet exemple, elle ne pose pas de problème particulier.

Analyse des intervalles au niveau du pincement

Il faut commencer par examiner les intervalles situés au niveau du pincement.

 

table des intervalles

 

table des intervalles

 

Il est clair que, en-dessous du pincement, le seul fluide froid qui apparaît est le fluide 3.

Il faut donc l'apparier avec les fluides chauds disponibles, et maximiser la charge de cet échangeur.

Construction de l'échangeur de la zone exothermique

Comme il y a un seul fluide froid et que les deux fluides chauds sont les mêmes au débit près, nous allons les mélanger pour qu'ils ne constituent plus qu'un seul fluide, que nous appellerons "Fluide 1", que nous subdivisons en deux transfos échange en série, "Fluide 1_1" et "Fluide 1_2".

Le point intermédiaire entre ces deux transfos (mel 2), qui se situe au niveau du pincement, est donc à 53 °C (fluide chaud).

En aval de cette dernière, nous ajoutons une nouvelle transfo "C1" pour représenter les utilités froides permettant de refroidir Fluide 1 à 45 °C.

De la même manière, nous ajoutons, en aval des deux transfos "Fluide 2" et "Fluide 3", deux nouvelles transfos "H1" et "H2" pour représenter les utilités chaudes.

Pour ces trois transfos représentant les utilités chaudes et froide, l'option "fluide méthode pinct." doit être décochée.

Le point entre Fluide 3 et H2 (p3_1), lui aussi au niveau du pincement, est donc à 45 °C (fluide froid).

On peut enfin coupler Fluide 1_2 et Fluide 3 par un échangeur, appelé E2.

On aboutit à un schéma de ce type.

étape 1

Le paramétrage de l'échangeur E2 est le suivant.

échangeur E2

Les températures d'entrée et de sortie du fluide 3 sont connues, ainsi que son débit

La température d'entrée du fluide 1 est connue, ainsi que son débit

Cinq contraintes étant imposées, l'échangeur est calculable, et la température de sortie du fluide 1 peut être déterminée.

L'efficacité de cet échangeur est égale à 0,79.

Construction de l'échangeur de la zone endothermique

Pour terminer le réseau, il suffit de coupler les transfos Fluide 1_1 et Fluide 2 par un échangeur E1 dont e paramétrage est le suivant

échangeur E1

Les températures d'entrée et de sortie du fluide 1_1 sont connues, ainsi que son débit

La température d'entrée du fluide 2 est connue, ainsi que son débit

Cinq contraintes étant imposées, l'échangeur est calculable, et la température de sortie du fluide 2 peut être déterminée.

L'efficacité de cet échangeur est égale à 0,68.

Synoptique de l'installation optimisée

On aboutit à un schéma de ce type.

schéma complet

Charger le modèle

Cliquez sur le lien suivant : Ouvrir un fichier dans Thermoptim

Vous pouvez aussi ouvrir le fichier de schéma (opt1RDC_Ech.dia) grâce au menu "Fichier/Ouvrir du menu" de l'éditeur de schémas, et le fichier de projet (opt1RDC_Ech.prj) grâce au menu "Fichier de projet/Charger un projet" du menu du simulateur.

Comme vous pouvez facilement le vérifier, la somme des puissances nécessaires pour les utilités chaudes est égale à 420 kW, et la puissance de refroidissement du fluide 1 est de 55 kW.

Ce réseau d'échangeurs correspond donc bien à l'optimum mis en évidence par la méthode du pincement.

Détermination des surfaces des échangeurs E1 et E2

Au cours de cette étape, nous allons voir comment les surfaces des échangeurs E1 et E2 peuvent être déterminées.

La difficulté provient de ce que Thermoptim ne détermine que le produit UA du coefficient global d'échange thermique U par la surface A de l'échangeur, sans que les deux termes soient évalués séparément.

Pour pouvoir aller plus loin et séparer ces deux termes, il faut réaliser ce que l'on appelle un dimensionnement technologique de l'échangeur.

Il s'agit là d'une problématique relativement complexe qu'il faut bien comprendre pour pouvoir la mettre en oeuvre. Elle est présentée dans cette page du portail Thermoptim-UNIT, que nous vous recommandons vivement de lire avant toute chose.

Les versions 2.7 et 2.8 de Thermoptim permettent d'effectuer de telles études, mais pas les versions 2.5 et 2.6. Pour cela, elles introduisent des écrans complémentaires de ceux qui permettent d'effectuer la modélisation phénoménologique.

Ils servent à définir les caractéristiques géométriques représentatives des différentes technologies utilisées, ainsi que les paramètres nécessaires pour le calcul de leurs performances. Pour un composant donné, ils dépendent bien évidemment du type de technologie retenu.

Pour pouvoir dimensionner un échangeur, c'est-à-dire calculer sa surface, il faut d'une part choisir sa configuration géométrique, et d'autre part calculer U, qui dépend de cette configuration, des propriétés thermophysiques des fluides, et des conditions opératoires.

Rappelons que l'approche que nous avons retenue dans Thermoptim n'est pas conventionnelle, mais qu'elle est cohérente avec d'autres approches utilisées en thermique des échangeurs, et se révèle tout à fait féconde pour l'étude de systèmes complexes : un échangeur assure le couplage entre deux transfos "échange" représentant l'une le fluide chaud qui se refroidit, et l'autre le fluide froid qui se réchauffe. Il en résulte que la définition des configurations d'écoulement et de la géométrie de l'échangeur se fait au niveau de chaque transfo, et non pas de manière globale.

En utilisant les écrans de dimensionnement technologique de Thermoptim, il est possible de calculer le coefficient d'échange thermique global et d'en déduire la surface nécessaire pour transmettre la puissance souhaitée.

Les concepts qui permettent d'effectuer ces calculs étant relativement complexes, nous vous recommandons de prendre connaissance des sections relatives aux échangeurs du tome 4 du manuel de référence de Thermoptim, beaucoup plus détaillées que ce qu'il est possible d'indiquer dans cette exploration dirigée.

La procédure à suivre est la suivante :

  • ouvrir le pilote générique de dimensionnement technologique
  • créer les écrans de de dimensionnement technologique des deux échangeurs
  • ouvrir la fenêtre de gestion des écrans de dimensionnement technologique des composants
  • paramétrer les écrans de de dimensionnement technologique des deux échangeurs
  • effectuer leurs dimensionnements

Chargement du pilote générique

Le pilote générique peut être chargé à partir de l'écran du simulateur. Activez pour cela la ligne "Ecran de pilotage" du menu "Spécial".

Sélectionnez alors la ligne "generic techno design driver" dans la liste des pilotes disponibles, puis cliquez sur "OK".

L'écran du pilote s'ouvre. Cliquez sur "Set the technological design screens".

Deux lignes apparaissent dans la table, correspondant aux échangeurs E1 et E2.

Elles indiquent qu'il s'agit d'échangeurs de chaleur (HeatEx), et qu'ils sont considérés comme des échangeurs simples (TechnoHx).

Il est possible de changer ce type en double-cliquant sur une des lignes. C'est ce qu'il aurait fallu faire si l'un d'entre eux était un évaporateur ou un vaporiseur, mais ce n'est pas le cas ici.

Les écrans technologiques sont maintenant créés.

 

Pour y accéder, revenez dans l'écran du simulateur, et activez la ligne "Ecrans de dimensionnement technologique" du menu "Dimensionnement technologique", ou tapez Ctrl T

La fenêtre permettant d'accéder aux écrans de dimensionnement technologique existants s'affiche.

Un double-clic sur une des lignes ouvre l'écran de dimensionnement technologique du composant choisi.

Ecran de dimensionnement technologique d'un échangeur

Voici l'écran de dimensionnement technologique d'un échangeur paramétré par défaut.

L'étude du calcul des coefficients d'échange thermique et des pertes de charge montre que, outre la surface de l'échangeur A, deux grandeurs géométriques jouent un rôle particulièrement important : la section de passage dévolue au fluide Ac, et le diamètre hydraulique dh. Lorsque les coefficients d'échange thermique des fluides sont très différents, on a recours à des dispositifs divers comme des ailettes pour compenser l'écart entre leurs valeurs. On parle alors de surfaces étendues, qui peuvent être caractérisées par un facteur de surface f et un rendement d'ailette eta0.

Ces quatre paramètres sont ceux qui sont retenus dans Thermoptim pour caractériser les échanges thermiques au niveau de chaque fluide. On leur ajoute la longueur de l'échangeur pour certains calculs comme les pertes de charge.

Dans l'écran de dimensionnement technologique des échangeurs, les conventions suivantes sont adoptées :

Dans notre cas, il n'y a pas d'ailettes. Les deux derniers paramètres valent donc 1.

La corrélation par défaut n'est en revanche pas la bonne. En cliquant sur "air-coil | Morisot correlation...", la liste des choix possibles s'affiche. Celle qui nous intéresse est la dernière, qui correspond aux échangeurs à plaques.

Le paramétrage de la corrélation par défaut des échangeurs à plaques est donné ci-dessous. On y accède en cliquant dans l'écran technologique de l'échangeur, sur le bouton "correlation settings" situé en dessous du type de corrélation.

Les valeurs des coefficients C1, a, b et c sont ceux de cette formule classique donnant Nusselt en fonction de Reynolds, Prandtl et de la viscosité.

Si les valeurs par défaut ne vous conviennent pas, il vous est possible de les modifier et les sauvegarder en utilisant le bouton "Save settings".

Résistance thermique de la paroi

Le paramètre e/lambda situé en haut légèrement à droite de l'écran représente la résistance thermique due à la paroi du fluide (c'est le rapport de l'épaisseur de la paroi à sa conductivité thermique lambda. Nous la négligerons ici).

Paramétrage des échangeurs E1 et E2

Nous supposerons que les échangeurs utilisés pour notre installation optimisée sont des échangeurs à plaques de 50 cm de long dont on peut estimer le diamètre hydraulique à 3,8 mm.

La puissance thermique de E1 est de 524 kW, et celle de E2 de 191 kW.

Etant donné qu'il s'agit d'un échangeur à plaques, nous supposerons que les sections de passage des fluides sont les mêmes pour chacun des deux fluides d'un même échangeur, et qu'elles sont de 0,03 m2 dans E1, et de 0,01 m2 dans E2.

Il ne reste plus qu'à entrer ces valeurs dans les écrans technologiques de chacun des deux échangeurs.

Pour vous faciliter la tâche, vous pouvez simplement relire ces valeurs dans les fichiers de paramétrage correspondant à ces échangeurs.

Pour cela, placez-vous dans la fenêtre de gestion des écrans de dimensionnement technologique, et opérez comme suit pour l'échangeur E1 :

  • sélectionnez le dans la table
  • cliquez sur le bouton "Lire les paramètres" situé en haut à gauche
  • sélectionnez le fichier "opt1_echDTNN_E1.par".

L'ensemble des paramètres de l'échangeur est alors mis à jour.

Faites la même chose pour l'échangeur E2, son fichier de paramétrage étant "opt1_echDTNN_E2.par".

Une fois que les écrans technologiques sont paramétrés, revenez à l'écran du pilote.

Cliquez alors sur "Design the selected components" après avoir sélectionné les deux lignes de la table.

Les écrans technologiques sont calculés. Voici le résultat pour E1.

Pour l'échangeur E1, la surface déterminée est égale à 7,78 m2, le coefficient d'échange global étant égal à 5319 kW/m2/K.

Sur la gauche de l'écran sont affichées les valeurs du coefficient d'échange thermique h au sein de chaque fluide et celles de leurs nombres de Reynolds.

Dans le cas d'un fluide monophasique comme ici, une seule ligne est renseignée.

Le fuide chaud apparaît en rouge, le froid en bleu, selon les conventions habituelles.

Les valeurs des pertes de charge (en bar) et du facteur de friction sont affichées sur la droite de l'écran, au niveau du paramétrage de chaque fluide.

Reportez-vous au tome 4 du manuel de référence de Thermoptim pour davantage de précisions.

Dans la prochaine étape, nous allons comparer les bilans exergétiques du réseau optimisé et de l'existant.

Bilan exergétique du réseau de chaleur

Les bilans exergétiques du réseau optimisé et de l'existant seront calculés en utilisant leurs structure productives.

Nous supposons que vous êtes suffisamment familiers avec les notions utilisées dans l'étude des structures productives, comme celles d'unité productive ou dissipative, de jonction, d'embranchement...

Si ce n'est pas le cas, commencez par étudier l'exploration dirigée BESP-1 : Bilan exergétique et structure productive d'un cycle à vapeur simple.

Le synoptique du réseau initial est donné ci-dessous.

schéma du réseau de chaleur

Charger le modèle

Cliquez sur le lien suivant : Ouvrir un fichier dans Thermoptim

Vous pouvez aussi ouvrir le fichier de schéma (opt1RDC_init.dia) grâce au menu "Fichier/Ouvrir du menu" de l'éditeur de schémas, et le fichier de projet (opt1RDC_init.prj) grâce au menu "Fichier de projet/Charger un projet" du menu du simulateur.

Si l'éditeur de structures productives n'a pas été encore ouvert, vous y accédez en tapant Ctrl B ou en sélectionnant la ligne "Editeur de structures productives" du menu "Spécial" de l'écran du simulateur.

Vous pouvez ouvrir ensuite le fichier de structure productive (opt1RDC_init.str) grâce au menu "Fichier/Ouvrir" de cet éditeur.

Structure productive du réseau initial

Voici la structure productive du réseau initial.

Pour sa partie supérieure, elle s'interprète de la manière suivante : L'exergie apportée par l'UT 1 est pour partie transmise au fluide 2 dans l'échangeur de chaleur, pour partie communiquée à l'utilité froide C1, et pour partie retournée vers l'UT 1.

Le fluide 2 reçoit de l'exergie d'une part dans l'échangeur de chaleur, et d'autre part grâce à l'utilité chaude H1.

Pour sa partie inférieure, l'analyse est analogue.

Bilan exergétique du réseau initial

La figure ci-dessous montre le bilan exergétique du réseau initial.

cycle simple

Les seules informations qu'il a fallu  ajouter à celles du projet Thermoptim habituel et à la structure productive sont :

Le rendement exergétique n'est que de 49,6 %

Structure productive du réseau optimisé

Voici la structure productive du réseau optimisé.

Elle s'interprète de manière un peu différente de celle du réseau initial du fait que les deux circuits sont interconnectés. Dans la partie haute, le fluide 1 cède de l'exergie à l'utilité froide C1. Dans la partie basse, il en communique aux fluides 2 et 3 à travers les deux échangeurs E1 et E2.

Dans la partie basse, les fluides 2 et 3 reçoivent de l'exergie d'une part du fluide 1 via les deux échangeurs E1 et E2, et d'autre part des utilités chaudes H1 et H2.

Bilan exergétique du réseau optimisé

La figure ci-dessous montre le bilan exergétique du réseau optimisé.

cycle simple

Le rendement exergétique a bien augmenté, et vaut maintenant 62,5 %.

Conclusion

Cette exploration vous a permis de découvrir comment peut être mise en application la méthode du pincement pour optimiser un réseau de chaleur.

Vous trouverez de plus amples développements sur ce sujet dans les deux pages suivantes du portail Thermoptim-UNIT :

Intégration thermique ou méthode du pincement

Présentation de la méthode d'optimisation de Thermoptim

Une fois le réseau d'échangeurs déterminé, un pilote générique a permis d'en calculer les surfaces.

Vous trouverez de plus amples développements sur ce sujet à partir de cette page du portail Thermoptim-UNIT :

Dimensionnement technologique et fonctionnement en régime non-nominal

Nous avons aussi établi des bilans exergétiques des réseaux de chaleur initial et optimisé.

Vous trouverez de plus amples développements sur ce sujet dans les deux pages suivantes du portail Thermoptim-UNIT :

Structures productives et bilans exergétiques

Analyse quantitative des cycles, bilans énergétiques et exergétiques