Identification des ponts

Les ponts sont les ensembles fondamentaux de modifications qui permettent de réduire la consommation d’énergie. Une procédure pour énumérer les ponts de façon systématique et efficace a été développée. Elle inclut trois niveaux de sélection, ou filtres. Le premier exclut les couples fournisseur-récepteur inutiles; le second identifie les ponts en utilisant les « Règles Pontales »; le troisième exclut les ponts inutiles de l’énumération.

Premier filtre : sélection des couples fournisseur-récepteur potentiels

Les couples qui ne peuvent être inclus dans un pont premier pertinent sont exclus. Chaque couple est testé selon trois critères successifs. Si un critère ne peut être satisfait pour un couple, le couple est exclu.

 Critère 1 : Le couple est réalisable en pratique, ou son coût fixe est inférieur à une valeur prédéfinie.

 Critère 2 : La capacité d’échange de chaleur du couple est supérieure à une valeur minimale . Afin d’évaluer cette capacité, une différence minimale possible de température est spécifiée pour chaque couple.

 Critère 3 : Le couple est inclus dans au moins un pont premier pertinent.

Un pont premier est un ensemble de couples de la forme A ou B (cf. pont de chaleur). Un pont premier est ‘pertinent’ si un bénéfice correspondant est possible, qui dépend de la réduction de la consommation d’énergie et du coût d’investissement. Le troisième critère implique de lister tous les ponts premiers qui incluent les couples qui réussissent le second test, évaluer leur capacité d’économie d’énergie et estimer leur coût d’investissement. L’ensemble des couples potentiel est obtenu par l’union des ponts premiers pertinents. Par conséquent, cet ensemble initial est une structure pontale. Tous les ponts qui seront identifiés sont des sous-ensembles de cet ensemble initial.

Le nombre maximal de couples dans un pont est théoriquement égal au nombre d’échangeurs internes dans le réseau initial plus un. Cependant le bénéfice correspondant à un pont dépend de l’économie d’énergie et de l’investissement. Les coûts fixes d’investissement augmentent avec le nombre de couples. La capacité d’économie d’énergie des ponts premiers diminue au-delà d’un nombre de couples car elle est limitée par la plus petite capacité d’échange d’énergie des couples inclus dans le pont premier. Par conséquent, le nombre de couples dans un pont premier est en pratique sévèrement limité. Certains ponts premiers incluent un nombre élevé de couples, par exemple cinq, si ceux-ci sont situés sur un chemin refroidisseur-réchauffeur car l’investissement peut être réduit dans ce cas.

Considérations sur les nouveaux couples menant à une perte d’exergie

Chaque nouveau couple libère totalement ou partiellement un fournisseur. Si l’exergie du fournisseur libéré par un nouveau couple est inférieure à celle du fournisseur utilisé, il y a perte d’exergie : le couple est thermodynamiquement inutile et mène à un nouvel « échange croisé » (criss-cross exchange), situation défavorable. La moitié des nouveaux couples mènent à une perte d’exergie. Un couple menant à une perte d’exergie est toujours joint à un couple correspondant . Ces deux couples peuvent en principe être remplacés par un couple direct qui conduit à une économie d’énergie supérieure ou équivalente et requiert moins de surface d’échange. Cependant le couple direct peut être difficilement réalisable en pratique ou coûteux. La règle suivante est proposée : un pont premier qui inclut un couple avec perte d’exergie est considéré comme pertinent si son bénéfice (ex. Valeur Actualisée Nette) est supérieur au pont correspondant qui inclut le couple direct.

Second filtre : utilisation de « Règles Pontales » pour identifier les ponts composés

Au premier de niveau de sélection, les ponts premiers ont été identifiés systématiquement avec facilité en listant les refroidisseurs, les échangeurs internes et les réchauffeurs. L’ensemble des couples potentiel a été obtenu par l’union des ponts premiers pertinents. Les ponts composés sont des sous-ensembles de l’ensemble initial. Combiner les ponts premiers peut nécessiter beaucoup d’opérations et être peu efficace car plusieurs combinaisons mènent parfois au même résultat.

Dès lors des « règles pontales » ont été développées afin de minimiser le nombre d’opérations. Le principe est de définir les conditions que doit respecter tout pont. Si un ensemble de couples respecte les règles pontales, cet ensemble est un pont.

Règles pontales:

o Au moins un couple avec le fournisseur d’un refroidisseur doit être inclus o Au moins un couple avec le récepteur d’un réchauffeur doit être inclus.

o Chaque couple avec le fournisseur d’un échangeur interne implique au moins un autre couple avec son récepteur associé .

o Chaque couple avec le récepteur d’un échangeur interne implique au moins un autre couple avec le fournisseur associé .

o Aucun couple avec le fournisseur d’un réchauffeur n’est autorisé. o Aucun couple avec le récepteur d’un refroidisseur n’est autorisé.

Troisième filtre : exclusion des ponts inutiles de l’énumération

L’addition de couples à un pont mène à une augmentation du coût d’investissement et ne peut jamais diminuer la capacité d’économie. Le pont résultant, qui est composite, est considéré « utile » si sa capacité d’économie d’énergie augmente strictement, et est considéré « inutile » dans le cas contraire. Le principe de ce filtre est d’ajouter seulement à un pont utile un nombre minimal de couples de sorte que les règles pontales soient satisfaites. L’énumération s’arrête quand la capacité d’économie n’augmente plus ou quand un nombre prédéfini de couples inclus dans un pont est atteint. La procédure suivante est proposée :

o Les ponts de départ sont les ponts premiers de l’ensemble des couples potentiels.

o Étape d’ajout : un nombre minimal de couples est ajouté à un pont utile selon les règles pontales.

o Le pont résultant est utile si sa capacité d’économie du pont augmente strictement.

o Si le nombre de couples dans un pont utile est inférieur à une valeur maximale, retour à l’étape d’ajout.

Par conséquent les ponts utiles, qui incluent le nombre minimum de couples, sont identifiés. Les autres ponts sont exclus. Ce filtre est efficace particulièrement lorsque l’ensemble initial inclut un grand nombre de couples.