چكيده:
با توجه به اينكه در صنعت از جمله صنايع پالايش و پتروشيمي مبدل حرارتي وجود دارند كه از لحاظ مصرف انرژي بهينه نمي‌باشند و از لحاظ اقتصادي مناسب نيستند و از طرفي ممكن است بعد از مدتي مشكلاتي از نظر عملياتي نيز در فرآيند ايجاد نمايند. دانشمندان به فكر اصلاح (Retrofit) شبكه مبدل‌هاي حرارتي افتادند بطوري كه هدفشان كاهش مصرف انرژي و طبعاً كاهش هزينه‌هاي عملياتي بوده است بنابراين متدهاي گوناگوني را ارائه داده‌اند كه از جمله اين متدها مي‌توان به متد‌هاي رياضي و تحليلي اشاره نمود ما در اين سمينار روش تحليلي را انتخاب نموده و به بيان متد Pinch براي Retrofit شبكه‌هاي مبدل حرارتي كه توسط Linnhoff پايه‌گذاري شده است پرداخته‌ايم در ابتداي امر هدف در اصلاح شبكه‌هاي مبدل حرارتي را توضيح داده گفته شده كه چگونه بايستي امر هدف يابي را انجام داده سپس اين سئوال مطرح گرديد كه چگونه بايستي از عهدة پروژه‌هاي بهبود (Retrofit) برآمد.

كه سه روش ۱- اصلاح شبكه بوسيله بازبيني مستقيم ساختمان آن. ۲- اصلاح شبكه به صورت يك طرح جديد (جستجوي كامپيوتري). ۳- اصلاح با استفاده از تكنولوژي Pinch مطرح و به توضيح آنها پرداخته ولي از ميان سه روش فوق متد اصلاح با استفاده از تكنولوژي Pinch بحث اصلي اين سمينار را تشكيل مي‌دهد. در توضيح متد Pinch ابتدا هدف‌يابي در فن‌آوري Pinch مورد بررسي قرار گرفته بطوري كه پروژه را در يك محدود سرمايه‌گذاري مشخص به سمت زمان برگشت قابل قبولي هدايت نمايد. سپس فلسفه هدف‌يابي شرح داده شده است و در فلسفه هدف‌يابي گفته شده كه در اولين گام مي‌بايستي وضعيت شبكه موجود را نسبت به شرايط بهينه مشخص نمائيم كه بهترين ابزار براي اين كار استفاده از منحني سطح حرارتي برحسب انرژي مي‌باشد سپس به تفضيل به بيان روش هدف‌يابي پرداخته‌ايم و بعد از بيان مسئله هدف‌يابي در فصل سوم ابزار طراحي را معرفي نموده و گفته شد كه طراحي شبكه در پروژه‌هاي Retrofit بسيار مشكل‌تر از طراحي ابتدائي است زيرا يكسري مبدل قبلاً نصب شده‌اند و در كل، طرح توسط ساختمان شبكه موجود محدود شده است و تغيير موقعيت مبدل‌ها مستلزم صرف هزينه مي‌باشد.

لذا جهت كاهش هزينه طراحي لازم است تا جايي كه امكان دارد از وسايل موجود حداكثر استفاده را نمود بنابراين احتياج مي‌باشد كه به آزمايش هر مبدل به طور جداگانه و بررسي تأثير آن در عملكرد كلي شبكه پرداخته شود به اين ترتيب مي‌توان دريافت كه كدام مبدل اثر مثبت در شبكه دارند و بايد به عنوان مبدل مناسب حفظ گردد و كدام مبدل به طور نامناسب جايگذاري شده‌اند و بايستي تصحيح گردد از اين رو به روش‌هايي كه براي اين بررسي وجود دارد پرداخته كه عبارتند از : ۱- مبدل‌هاي عبوري از Pinch. 2- منحني نيروي محركه. ۳- تحليل مسئله باقي مانده. ۴- تغيير موقعيت مبدل‌ها.
و مفصلاً روش‌هاي فوق را مورد بحث قرار داده و به نتيجه‌گيري در مورد روش‌هاي فوق پرداخته و بعد از آن طراحي را آغاز نموده. در ابتدا مراحل طراحي را بيان نموده كه عبارتند از:

۱- تحليل مبدل‌هاي موجود. ۲- تصحيح مبدل‌هاي نامناسب. ۳- جايگذاري مبدل‌هاي جديد. ۴- اعمال تغييرات ممكن در طرح.
و سپس به توضيح مراحل فوق پرداخته و در نهايت به اعمال محدوديت‌هاي فرآيند در روش طراحي اشاره شده است با توجه به اينكه در فصل دوم يك روش هدف‌يابي براي متد Pinch بيان شده بود در فصل چهارم يك روش هدف‌يابي جديدي براي بهبود (Retrofit) شبكه مبدل‌هاي حرارتي ارائه شده است كه اين روش به نام تحليل مسيري عنوان شده و به ارزيابي زير ساختار‌ها (يعني اجزا مستقل شبكه موجود) به منظور بدست آوردن اقتصادي‌ترين و عملي‌ترين فرصت براي ذخيره انرژي را ارائه كرده است و همانطور كه در پيشينه اشاره شد اصلاح شبكه از طريق روش و سنتز رياضي روش‌هاي متعددي دارد كه ما در فصل پنجم اين سمينار فقط بطور گذرا و خيلي مختصر روش مركب براي اصلاح شبكه مبدل‌هاي حرارتي و مدل Synheat را معرفي نموده.

پيشينة اصلاح مبدل‌هاي حرارتي:
امروزه طراحي بهبود يافته شبكه‌هاي مبدل‌هاي حرارتي (HERL) نقش مهمي در سامانه‌هاي ذخيره انرژي ايفا مي‌نمايد.
شبكه‌هاي موجود بيش از فرآيندهاي جديد بايستي براي بهبود در بازگشت انرژي مورد توجه قرار گيرند.
اصلاح شبكه‌هاي حرارتي (HEN) موجود را مي‌توان با استفاده از دو روية عمده به انجام رسانيد بطوريكه افراد متعددي در اين زمينه فعاليت نموده‌اند.

۱- روش تحليل Pinch :
اين روش بر‌پايه ترموديناميك (و مفاهيم فيزيكي) و فرآيندهاي كاوشي است.
از جمله افرادي كه پايه‌گذار اين روش بوده‌اند مي‌توان به T.N. Tjoe and B.linnhoff در سال ۱۹۸۶ اشاره نمود علاوه بر اينها افرادي همچون Van Reisen, Graham T.Polley در سال ۱۹۹۷ يك روش اساسي به نام تحليل مسيري براي ارزيابي زير ساختارها يا بعبارتي زير شبكه‌ها (يعني اجزاء مستقل شبكه‌ها) به منظور بدست آوردن اقتصادي‌ترين و عملي‌ترين فرصت‌ها براي ذخيره انرژي را ارائه داده‌اند.

۲- روش برنامه‌ريزي رياضي:
در اين روش شبكه‌هاي مبدل حرارتي به صورت مدل‌هاي رياضي نشان داده مي‌شوند.
از جمله افرادي كه در زمينه مدل‌هاي خطي كار كرده‌اند مي‌توان به
S.A. Papoulias, I.E. Grossmann در سال ۱۹۸۳ اشاره نمود كه از مدل خطي براي تعيين حداقل هزينه تأسيسات وسايل و حداقل تعداد واحدها استفاده نموده‌اند.
اما در زمينه مدل‌هاي غير خطي C.A. Floudas, A.R. Ciric 1983 و ۱۹۹۱ و T.F. Yee, E.I. Grossmann در سال ۱۹۹۰ تعدادي از مدل‌هاي غيرخطي را كه از لحاظ محاسباتي گرانتر هستند هم براي به حداقل رساندن هزينه‌هاي سطحي و هم براي به حداقل رساندن همزمان تأسيساتي (تعداد واحدها و سطوح مبدل‌هاي حرارتي) ارائه نموده‌اند.

افرادي مانند E.N. Pistikopoulos و K.P. Popalexandri در سال ۱۹۹۴ مدل‌هاي بهينه‌سازي MINLP را نه ‌تنها براي تعيين طراحي بلكه براي شرايط عملياتي مطلوب، تحت فرض قابل كنترل ديناميك بسط داده‌اند ولي اين مدل براي مسائل با مقياس بزرگ قابل استفاده نمي‌باشد. چون روش‌هايي كه بر مبناي الگوريتم برنامه‌ريزي غير خطي صحيح مركب MINLP)) هستند براي دسترسي به شكل بهبود يافته مشكلات محاسباتي زيادي دارند بويژه در حالتي كه مسئله مقياس آن بسيار بزرگ باشد Ca. Athier & P. Floquet در سال ۱۹۹۶ روش‌هاي بهينه‌سازي تصادفي همراه روش‌هاي جبري را براي حل مسائل طراحي فرآيند مطرح نمودند بعنوان مثال از روش‌هاي NLP و شبيه‌سازي بازپخت براي حل طراحي شبكه مبدل‌هاي حرارتي استفاده نموده‌اند هرچند به حالات Retrofit توجه دقيق و كاملي نداشته‌اند.

علاوه بر روش‌هاي فوق يك روش گرافيكي براي انتگراسيون حرارتي يك سايت كامل ابتدا توسط Linnhoff و Dhole در سال ۱۹۹۲ ارائه گرديد و سپس توسط Raissi در سال ۱۹۹۴ موشكافي شد.
X.X. Zhu and N.D.K. Asante در سال ۱۹۹۶ يك روش تحليل رياضي كه بدنبال ساده‌ترين تغييرات مي‌باشد و بيشترين صرفه‌جويي در انرژي را داشته باشند هر چند آنها براي رسيدن به اين صرفه‌جويي سرمايه‌گذاري مورد نياز را ناديده مي‌گيرند و از طرفي اين روش يك روش تكاملي مي‌باشد.
و از طرفي همين دو فرد در سال ۱۹۹۹ روش مركب برنامه‌ريزي رياضي و تحليل ترموديناميكي را بيان داشتند بيشتر تحقيقات اخير به سمت روش‌هاي پيشرفته‌تر جهت‌گيري داشته‌اند مثلاً بهبود HEN با در نظر گرفتن افت‌هاي فشار

Nie,X.X.Zhu X.R. كه در سال ۱۹۹۹ ارائه نموده‌اند.
روش دو مرحله‌اي با استفاده از دماي معبر ثابت در قدم اول و MINLP براي نهايي كردن طراحي در مرحله دوم كه توسط Ma, k.L, T.F, Yee, … در سال ۲۰۰۰ ارائه گرديد و تغييرات همزمان فرايند و بهبود HEN كه بوسيله Zhany ,.X.X. Zhu . J در سال ۲۰۰۰ ارائه شد.
با اين وجود انتخاب همزمان انواع مختلف HE بطور همزمان با بهبود HEN توسط
A. Sorsak & Z.Karavanj a در سال‌هاي ۱۹۹۹ تا ۲۰۰۲ ارائه گرديد علاوه بر اين
K-M. Bjork & T,Westerlund در سال ۲۰۰۲ مدل Synheat كه توسط
T.F, Yee & E.I, Grossmann در سال ۱۹۹۱ بيان شده بود را بدون ساده‌سازي فرض‌هايي از قبيل توابع هزينه سطحي خطي، فرض عدم شكاف جرياني و فرض‌هاي مشابه به حالت كلي مطلوب حل كرده‌اند ولي چون مدل Yee و K-M. Bjork كه در سال ۲۰۰۲ بيان شده بود فقط طراحي شبكه مبدل حرارتي Grassroot را مورد توجه قرار مي‌داد لازم بود كه مدل‌هاي ديگري پيدا شود بطوري كه چندين مقاله اين موضوع را مورد توجه قرار دادند مثلاً Yee & Grossmann در سال ۱۹۹۱ و يا مقاله اخيري كه در سال ۲۰۰۵ توسط K-m. Bjork & T, Westerlund بيان شد و آمدند مدل Synheat را براي رسيدن به هدف بهبود خود تغيير دادند مدل Synheat تغيير يافته بر اساس آنچه كه در سال ۲۰۰۲ مطرح شده بود فرمول نويسي شده است و براي شبكه‌هاي شامل مسائل مقياس بزرگ مي‌باشد و براي حل مدل Synheat تغيير يافته از مدل هيبريد استفاده نموده‌اند.

مقدمه:
با توجه به اينكه طراحي‌هاي غير بهينه شبكه‌هاي مبدل‌هاي حرارتي پروژه هايي هستند كه سالها پيش طراحي شده اند باعث گرديده اند كه، غالباً از سطح حرارتي بيشتري نسبت به مقدار لازم استفاده كنند و يا مصرف انرژي را بيشتر از حد داشته باشند چنين پروژه‌هايي نه تنها از لحاظ اقتصادي مناسب نيستند بلكه ممكن است بعد از مدتي مشكلاتي از نظر عملياتي نيز در فرآيند ايجاد نمايند بنابراين بعد از بحران انرژي در اوايل دهة ۱۹۷۰ ، توجه بيشتري به طراحي بهينه فرايند گرديد.
در هر حال چه هدف رفع مشكل عملياتي باشد و چه كاهش مصرف انرژي و طبعاً كاهش هزينه‌هاي عملياتي، لازم است كه اصلاحاتي در پروژه صورت گيرد.
بنابراين در برخورد با چنين پروژه هايي ابتدا بايستي شبكه موجود بررسي شده و تخلف هاي صورت گرفته مشخص گردد و سپس با در نظر گرفتن اهداف انرژي و سرمايه‌گذاري و از همه مهمتر محدوديت‌هاي ساختمان شبكه بايستي آنرا به سمت يك شبكه بهينه هدايت نمائيم.

فصل اول :
۱-۱) هدف :
عملاً در پروژه هاي اصلاحي (retrofit) يكسري مبدلهاي اضافي نصب مي‌شوند انجام اين عمل دو اثر مهم بر شبكه ميگذارد يكي اينكه مبدلهاي جديد به كمك يكديگر در جهت بازيافت بيشتر انرژي شبكه اقدام مي‌كنند و ديگر اينكه اين مبدلها بواسطه تأثيرگذاري روي شرايط عملياتي راندمان مبدلهاي موجود را نيز افزايش مي‌دهند. يك فرض معقول در چنين پروژه‌هايي اين است كه شبكه را به سمت شبكه بهينه خودش هدايت نمائيم ولي اين امر هميشه امكان‌پذير نمي‌باشد يك طرح اصلاحي خوب از فرصتها بهره‌برداري مي‌كند و ممكن است شبكه را كاملاً متفاوت‌ از طراحي ابتدايي اصلاح نمايد در هر حال بايستي تا حد امكان از تغييرات گسترده و عمده در ساختار شبكه خودداري نمود بنابراين مي‌توان گفت كه همانند طراحي‌هاي ابتدايي (grass root) در پروژه‌هاي اصلاحي هدف‌يابي (Targeting) قبل از اصلاح بسيار مهم است بنابراين در هدف‌يابي براي طراحي شبكه مبدل‌هاي حرارتي بايستي همة مفاهيمي كه بطور اساسي در هزينه‌ انرژي و سرمايه سهيم هستند را بحساب آورد همچنين روش هدف‌يابي بايستي ساده باشد تا سريع بوده و به اندازه كافي شفاف بوده تا عكس‌العمل كاربر را ممكن سازد.

هدف در اصلاح (retrofit) شبكه‌هاي مبدل‌هاي حرارتي چيست؟
هدف بهبود شبكه‌هاي مبدل‌هاي حرارتي انجام انطباق‌هاي موثر بر روي شبكه موجود براي كاهش هزينه انرژي مي‌باشند بطوري كه اين مسأله نيازمند سرمايه‌گذاري براي اضافه كردن سطح و نيز تغيير ساختار موجود است كه شامل نصب واحدهايي با اتصالات جديد و تغيير مسير لوله‌هاست. مقدار سطح اضافه شده در هر تغييري، هزينه هاي تغييرات بنيادي را به سختي تحت تأثير قرارداده و عموماً بطور مستقل برآورده مي‌شود.
واضح است كه اضافه كردن سطح به جفت‌هاي موجود عموماً انطباق ساختاري كمتري احتياج دارند و بنابراين اين مسأله به نصب جفت‌هاي جديد ترجيح داده مي‌شود بنابراين يك retrofit اقتصادي و عملي بايد هزينه‌هاي انرژي را با يك توازن مناسب در مقدار مساحت جديد ، تعداد تغييرات ساختاري و امكان اين تغييرات، كاهش دهد. يك نكته‌اي كه بايستي در اين پروژه ها به آن توجه شود استخراج صحيح اطلاعات از طرح موجود است، يك خطاي كوچك در اين كار ممكن است اختلاف فاحشي در نتيجه ارائه شده ايجاد نمايد.
عامل ديگر، انتخاب حداقل نيروي محركه دمايي در اين گونه پروژه هاست. مناسب معمولاً با در نظر گرفتن اهداف قبل از اصلاح و شبكه موجود انتخاب مي‌گردد.

۱-۲) روش‌هاي موجود در اصلاح شبكه:
۱-۲-۱- اصلاح شبكه بوسيله بازبيني مستقيم ساختمان آن:
در اين روش لازم براي اصلاح شبكه همان موجود در شبكه انتخاب مي‌گردد و اهداف تعيين شده قبلي هيچ نقشي در تعيين ندارند و طراح غير از تجربه به ابزار ديگري جهت اصلاح شبكه با توجه به محدوديت‌هاي مورد نظر در اختيار ندارد و فقط با تكيه بر تجربه و اصول اساسي طراحي اقدام به اصلاح شبكه مي كند و در‌ آخر نتايج اصلاح را با محدوديت‌هاي اعمال شده چك مي‌كند كه ممكن است مورد قبول باشد يا نباشد حتي در صورت حصول يك نتيجه خوب هيچ تضميني نيست كه طرح بهتري وجود نداشته باشد.

اين روش را “cherry picking” گويند لذا بهينه بودن نتيجه حاصله بهيچ وجه قابل اطمينان نمي‌باشد.
۱-۲-۲- اصلاح شبكه بصورت يك طرح جديد (اصلاح كامپيوتري):
يكي ديگر از روشهاي معمول جهت اصلاح شبكه اين است كه آنرا به صورت يك طرح جديد در نظر گرفته و به كمك برنامه‌هاي كامپيوتري پيچيده كليه طرحهاي ممكن را ايجاد مي‌كنند و سپس طرحي را كه از نظر ساختمان به شبكه موجود نزديكتر است و تا حدودي نيز محدوديت‌هاي اعمال شده را رعايت مي كند را به عنوان شبكه اصلاح شده در نظر مي گيرند فلوچارت اين روش بصورت زير است. شكل (۱-۱)

شكل ۱-۱ روش موجود براي اصلاح شبكه بصورت طرح جديد

فصل دوم :

۲-۱) اصلاح شبكه با استفاده از تكنولوژي Pinch:
در اين روش اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي همچنانكه قبلاً توضيح داده شد بر اساس مفاهيم فيزيكي و تحليل‌هاي ترموديناميكي فرايند استوار است و به طراح اجازه مي‌دهد كه بتواند تغييرات اعمال شده در شبكه را كنترل و آنرا به سمت طرحهاي عملي هدايت نمايد. بويژه فناوري pinch نشان داده كه انتگراسيون خوب فرايند بواسطه سادگي طراحي تأسيسات و استفاده درست از انرژي و سرمايه، مفيد و نافع است. بكارگيري اين روش در مسائل و پروژه‌هاي صنعتي منحصر به پروژه هاي بهبودي مي‌شود و دوره هاي بازگشت سرمايه بطور قابل توجهي از نتايج بدست آمده توسط روش‌هاي مرسوم كوتاهتر است و حتي زمانيكه انرژي در درجه اول اهميت قرار داشته به صرفه‌جويي قابل توجهي منجر شده است.

يك درس حياتي كه فناوري pinch مي‌دهد لزوم تنظيم اهداف است قاعدة‌كلي پيش‌بيني آن چيزي است كه بايستي بدست آيد (هدف‌يابي) و سپس تلاش براي رسيدن به آن هدف (طراحي)
بنابراين اين فناوري بدليل توانايي در تعيين اهداف قبل از طراحي و بكارگيري آنها در تعيين بهينه براي اصلاح و ارائه يك متدولوژي مشخص براي اصلاح شبكه، در صنايع مختلف كاربرد گسترده‌اي پيدا كرده است و فلوچارت اين روش در شكل (۲-۱) نشان داد ه شده است.

شكل ۲-۱ اصلاح شبكه با استفاده از تكنولوژي Pinch

۲-۲ ) هدف‌يابي در متد pinch براي بهبود شبكه مبدل‌ حرارتي:
معيار مهم اقتصادي هر پروژه retrofit، آن است كه پروژه در يك محدوده سرمايه‌گذاري مشخص ما را به سمت زمان برگشت قابل قبولي هدايت نمايد. روش اصلاح تكنولوژي pinch طراحي را با يك مقدار مشخص، شروع ميكند و با تعيين موقعيت نسبي منحني تركيبي (composite curve) و در نظرگيري اهداف، هزينه‌هاي اصلاح را قبل از طراحي مشخص مي‌كند بعضي از طراحان مقدار را بر اساس تجربه مشخص مي‌كند. بين ( ۵ تا ۱۰) براي پروسسهايي با دمايي پايين و نيز ( ۱۰ تا ۵۰) براي پروسسهايي با دماي بالا، كه اين گونه تغيير بدليل اينكه اولاً طراحان مختلف ممكن است هاي مختلف و متفاوتي براي پروژه انتخاب نمايند و ثانياً به دليل اينكه انتخاب بر اساس تجربه و دماي پروسس، يك روش مطمئني براي پروژه‌هاي اقتصادي نيست نمي‌تواند روش‌ مناسبي باشد يك روش ديگر براي انتخاب استفاده از كمترين مشاهده شده در يكي از مبدلهاي شبكه مي‌باشد.

۲-۳) فلسفه هدف‌يابي:
آنچه در مطالعات اصلاح شبكه لازم به نظر مي‌رسد آنست كه در اولين گام بتوانيم وضعيت شبكه موجود را نسبت به شرايط بهينه مشخص نمائيم كه بهترين ابزار براي اينكار استفاده از منحني سطح حرارتي بر حسب انرژي (Area- Energy pilot) است. شكل (۲-۲) اين منحني را نشان مي‌دهد.

شكل ۲-۲ منحني سطح حرارتي (A) بر حسب انرژي (E)

نقطة A نشان دهندة‌ حالتي است كه نمودارهاي تركيب، نزديك به هم هستند و كوچك به همراه بازيابي انرژي زياد ولي از طرفي بايستي سرمايه‌گذاري زيادي در سطح و ناحيه مبدل داشته باشيم و نقطه c به منحني هاي تركيبي مربوط است كه از هم فاصله بيشتري دارند كه محصول بازيابي انرژي كمتر و نيز سرمايه‌گذاري كمتر است و نقطة B نشان دهندة تبادل بهينه با كمترين هزينه كل مي‌باشد و ناحيه زير منحني پررنگ شده كه با غيرممكن مشخص شده است.

مي‌دانيم كه اگر مقدار را براي جريانهاي يك شبكه مشخص نمائيم مي‌توانيم مقادير حداقل سطح حرارتي و حداقل انرژي مورد نياز را قبل از طراحي مشخص كنيم. بنابراين اگر اين عمل را براي جريانهاي شبكه مورد نظر در هاي مختلف تكرار نمائيم و مقادير حداقل انرژي و سطح حرارتي را بدست آوريم مي‌توان يك منحني مشابه به آنچه در شكل (۲-۲) است رسم نمود در اين منحني مقادير حداقل انرژي و سطح حرارتي در هاي مختلف براي شبكه‌هاي بهينه ارائه شده است و با نظر به اينكه مقدار سطح حرارتي و مقدار مصرف انرژي شبكه موجود مشخص است براحتي مي‌توان موقعيت اين شبكه را در منحني فوق مشخص ساخت اگر موقعيت شبكه موجود كه با نقطة X مشخص گرديده، روي منحني يا به فاصله تقريبي %۱۰ از منحني قرار بگيرد شبكه موجود مناسب و احتياج به اصلاح ندارد ولي غالباً شبكه‌هاي طراحي شده چنين نيست و در موقعيتي دور از منحني قرار مي‌گيرند و بايستي اصلاح شوند.

اگر فرض نمائيم كه نقطة بهينه شبكه موجود B باشد لذا بهترين طرح اصلاح آنست كه شبكه x را به سمت شبكه B هدايت نمائيم زيرا هم مصرف انرژي نسبت به شبكه موجود كاهش مي‌يابد و هم سطح حرارتي مورد نياز شبكه كمتر مي‌شود ولي مي‌بينيم كه اين مسئله صحيح نيست زيرا چه كسي حاضر است كه يك طرح بهينه جديدي را كه به ناحيه و مساحت كمتري منجر شود بيايد جايگزين ناحيه‌اي كه قبلاً براي آن پول پرداخت شده است بنمايد و ناحيه‌اي كه قبلاً پول داده بابت، آن را بلا مصرف و يا كنار گذارد.

پس بايستي يكي از هدف‌هاي ما استفاده مؤثر از ناحيه موجود باشد.
بنابراين در طرحهايي كه هدف اساسي كاهش انرژي مصرفي است ايده آل‌ترين مسير حركت از x به سمت نقطة A است در اينجا با استفاده از ناحية موجود تا آنجا كه ممكن است در انرژي صرفه‌جويي خواهيم كرد. ولي از آنجا كه كاهش مصرف انرژي بدون تغييرات در ساختمان شبكه و تغييرات در ساختمان شبكه بدون سرمايه‌گذاري امكان‌پذير نمي‌باشد لذا چنين مسيري عملي نمي‌باشد و از طرفي حركت از x به سمت نقاط پايين‌تر منحني بدليل افزايش مصرف انرژي چندان مورد توجه نمي‌باشد. زيرا عمدتاً هدف اساسي كاهش مصرف انرژي‌ است. بنابراين همانطور كه در شكل(۲-۳) نشان داده شده است تنها مسير امكانپذير و عملي و سودمند مسيري است كه از x به سمت نقاط بالاتر از A روي منحني ميل كند ولي چنين مسيري منحصر به فرد نيست.

شكل ۲-۳ مسير عملي براي پروژه‌هاي retrofit
و همانطور كه در شكل (۲-۴) ديده مي‌شود مسيرهاي متعددي براي اصلاح شبكه مي‌توان در نظر گرفت.
۲-۴ مسيرهاي متعدد براي اصلاح شبكه و بهترين مسير اصلاح
و آشكار است كه كارايي هر كدام از اين منحني‌ها متفاوت خواهد بود هر چه منحني پايين‌تر باشد براي رسيدن به يك صرفه‌جويي معين، سرمايه‌گذاري كمتري احتياج خواهد بود.
فرض كنيد كه بهترين مسير همان باشد كه در شكل (۲-۵) نشان داده شده است شكل منحني بيانگر آن است كه شيب آن با افزايش سرمايه‌گذاري افزايش مي‌يابد و اين به مفهوم افزايش زمان برگشت سرمايه با افزايش سرمايه‌گذاري است.

براي بهتر نشان دادن موضوع مي‌توان منحني A-E را به منحني ذخيره‌سازي انرژي بر حسب سرمايه‌گذاري (Saving – Investment plot) تبديل كرد. مانند شكل (۲-۶) اين منحني رابطه صرفه‌جويي سالانه انرژي با سرمايه‌گذاري و بازگشت سرمايه را نشان مي‌دهد بعنوان مثال در شكل فوق به ازاء سرمايه گذاري به صرفه‌جويي معادل دست پيدا كرد.
۲-۶ منحني ذخيره‌سازي (S) بر حسب سرمايه‌گذاري (I) بدست‌آمده از بهترين مسير اصلاح

 

بدين ترتيب اگر در موقعيت شبكه موجود، ميزان ذخيره‌سازي انرژي، براي سطح حرارتي اضافه شده تعيين گردد و اين عمل را در حالات مختلف تكرار نمائيم مي‌توان با توجه به معادله قيمت مبدلها و قيمت انرژي، هزينه سرمايه‌گذاري اضافي و ميزان صرفه‌جويي در مصرف انرژي را مشخص نمود و منحني ذخيره‌سازي را بر حسب سرمايه‌گذاري رسم نمود.

۲-۴) روش هدف‌يابي:
تعيين بهترين منحني براي اصلاح شبكه مشكل است اما مي‌توان منحني را طوري انتخاب نمود كه حداقل انتظارات ما را از شبكه بعد از اصلاح فراهم آورد. اين منحني به موقعيت شبكه موجود و دور بودن آن از منحني هدف بستگي دارد و توسط فاكتورهاي راندمان سطح حرارتي و راندمان انرژي مشخص مي‌گردد.
راندمان سطح حرارتي به صورت نسبت حداقل سطح حرارتي مورد نياز (هدف) به سطح حرارتي واقعي شبكه موجود براي بازيابي مقدار انرژي معين را تعريف مي‌نمائيم. كه در شكل (۲-۷) نشان داده شده است.
معادلة (۲-۱)

۲-۷ راندمان سطح حرارتي

و راندمان انرژي‌ به صورت نسبت حداقل انرژي مورد نياز به مصرف انرژي واقعي شبكه موجود در سطح حرارتي يكسال شبكه موجود تعريف مي‌شود. كه در شكل (۲-۸) نشان داده شده است.
معادلة‌(۲-۲)
مقادير عددي نشان دهندة ميزان حرارت عبوري از نقطة pinch نسبت به يك شبكه ايده‌آل مي‌باشد.
مقادير كم نشان مي‌دهد كه شبكه انرژي بيشتري نسبت به حالت ايده‌آل استفاده مي‌كند.

شكل ۲-۸ راندمان انرژي

مقداري عددي ميزان criss- crossing را در شبكه موجود نسبت به شبكه ايده‌آل مشخص مي‌كند. مي‌توان انتظار داشت كه مقدار در طراحي‌هاي عملي كمتر از مقدار واحد باشد. هر قدر مقدار كمتر باشد تقاطع شديد و شبكه از حالت ايده‌آل دورتر است. و مقدار واحد براي بر عدم تقاطع دلالت دارد.
اشاره شده كه طبق شكل (۲-۴) مسيرهاي متعددي براي اصلاح شبكه وجود دارد كه هر چه شيب مسير كم باشد با افزايش سطح حرارتي كمتر، مي‌توان ذخيره‌سازي بيشتري انجام داد و اين به مفهوم زمان برگشت كوتاهتر مي باشد و هر قدر اين شيب بزرگتر باشد از سودمندي طرح كاسته مي‌شود (افزايش سطح حرارتي بيشتر و در مقابل زمان برگشت طولاني‌تر است)

يك فرض اين است كه شيب منحني اصلاح (retrofit) تا جايي كه مقدار يا راندمان سطح حرارتي ثابت مي‌ماند افزايش داده شود و اين حداكثر شيب منحني اصلاح براي طرحهاي اقتصادي مي‌باشد.
نكته:
گر چه – ثابت يك فرض خام است مي‌تواند در تخمين سطح حرارتي موردنياز و ميزان كاهش منصرف انرژي قبل از طراحي در برخي از حالات بكارگرفته شود.
۱- شرايطي كه شبكه در وضعيت خوبي قرار دارد راندمان سطح حرارتي بالاست يعني در چنين حالتي ( – ثابت) بهترين مسير جهت اصلاح شبكه مي‌باشد و مي‌تواند نتايج خوبي ارائه نمايد.
۲- شرايطي كه شبكه موجود در وضعيت مناسبي نيست و راندمان سطح حرارتي در چنين – حالاتي مسير بهتر از مسير مي‌باشد.

شكل ۲-۹ منحني

بنابراين طبق شكل (۲-۱۰) چهار منطقه مي‌توان مشخص ساخت دو منطقه محدودة طرحهايي هستند كه از نظر اقتصادي داراي وضعيت مشكوك مي‌باشند.
(doubtful economics) ، يك منطقه محدودة طرحهاي غيرعملي و منطقة چهارم محدودة طرحهاي مناسب و اقتصادي است بنابراين با استفاده از منحني ثابت مي‌توانيم مقدار صرفه‌جويي به ازاء سطوح مختلف سرمايه‌گذاري را تعيين كنيم سپس مي‌توانيم منحني صرفه‌جويي/ سرمايه‌گذاري را مطابق شكل (۲-۶) رسم نمائيم.

شكل ۲-۱۰ چهار منطقه مشخص شده در منحني A-E

همانطور كه در شكل (۲-۱۱) ديده مي‌شود براي كاهش مصرف انرژي به اندازة مقدار سطح حرارتي به اندازة افزايش مي‌يابد.
بنابراين لازم است تخميني از سطح حرارتي مورد نياز و ميزان ذخيره‌سازي انرژي به عمل آيد.

شكل ۲-۱۱ تخمين و توسط منحني

معمولاً يك شبكه مبدلهاي حرارتي شامل چندين واحد انتقال حرارت مي‌باشد و هر واحد داراي تعدادي پوستة (shell) جداگانه است كه ممكن است بصورت سري يا موازي قرار گرفته باشد محاسبه هزينة‌ ثابت شبكه با توجه به تعداد پوسته ها صورت مي‌گيرد و هزينه هر مبدل توسط معادله كلي زير بيان مي‌شود.
معادلة (۲-۳)

براي طراحيهاي ابتدايي چون تعداد پوسته‌ها قبل از طراحي مشخص مي‌شود لذا با فرض توزيع يكنواخت سطح حرارتي بين كليه پوسته‌ها هزينه كلي شبكه برابر زير است.
معادلة (۲-۴)
بهمين شكل در طرحهاي اصلاحي اگر تعداد پوسته‌هاي اضافه شده به شبكه را در نظر بگيريم.
معادلة (۲-۵)

كه در آن

بايستي توجه نمود كه در اين محاسبات از اثر اندازه، نوع افت فشار و جنس مبدلهاي روي قيمت صرفنظر شده است.
براي تخمين ميزان صرفه‌جويي در هزينه انرژي با توجه به ميزان كاهش مصرف انرژي و در اختيار داشتن هزينه سالانه utility مورد نياز از معادله زير مي‌توان استفاده كرد.
معادلة‌(۲-۶)

بدين ترتيب مي‌توان قبل از طراحي، هزينه سطح حرارتي جديد و ميزان صرفه‌جويي در مصرف انرژي را مشخص كرد.

۲-۵) منحني سرمايه‌گذاري بر حسب ذخيره‌سازي انرژي:
(Saving- investment plot)
در بخش قبل ملاحظه گرديد كه به كمك معادلات مي‌توان هزينه سرمايه‌گذاري و ميزان صرفه‌جويي در مصرف انرژي را براي هر مقدار و مشخص نمود لذا هر گاه اين عمل را در و هاي مختلف تكرار نمائيم يك منحني مطابق شكل (۲-۱۲) مي‌آيد كه اين منحني ذخيره‌سازي بر حسب سرمايه‌گذاري ميباشد بنابراين مي‌توان ميزان صرفه‌جويي در مصرف انرژي را براي هر ميزان سطح حرارتي اضافه شده محاسبه نمائيم.
و از آنجايي كه هر نقطة آن معرف يك مي‌باشد مي‌توان در تعيين لازم براي اصلاح مورد استفاده قرار گيرد.
شكل ۲-۱۲ منحني سرمايه‌گذاري (I) بر حسب ذخيره‌سازي (S)

 

تا اين مرحله يك روش هدف‌يابي براي اصلاح شبكه مشخص گرديد كه مي‌تواند تخمين مناسبي از اقتصاد پروژه، شامل هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و زمان برگشت ارائه نمايد اين روش براي تعيين آنچه كه بايستي انجام بگيرد، از عملكرد شبكه موجود استفاده مي‌كند و از طرفي اينكه نقطه صحيح شروع طراحي را نيز تعيين مي‌نمايد.
اين روش بسيار مناسب بوده و بسادگي از اطلاعات جريانها، اطلاعات قيمتها و اطلاعات شبكه موجود استفاده كرده و نتيجه نهايي را ارائه مي‌نمايد. فلوچارت اين روش هدف‌يابي در شكل (۲-۱۳) نشان داده شده است.
لازم به ذكر است كه در فصل چهارم يك روش ديگري براي هدف‌يابي ذكر گرديده كه بعداً توضيح داده خواهد شد.

شكل ۲-۱۳ خلاصه روش هدف‌يابي