專利名稱：優(yōu)化能量回收系統(tǒng)中熱傳遞的系統(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量回收系統(tǒng)和相關(guān)方法的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
許多不同類型的過程都消耗能量以荻得輸出結(jié)果，或產(chǎn)生所需的產(chǎn) 品和化合物。例如，化學(xué)過程消耗能量以提供期望的結(jié)果。對(duì)于消耗大 量能量的大規(guī)模過程而言，優(yōu)選的是在可能的情況下使消耗的能量最小 化。例如，在電能生成系統(tǒng)或比較大制造車間或工廠的情況下，優(yōu)選的 是通過仔細(xì)操作、設(shè)計(jì)或重新配置車間和所用的設(shè)備來優(yōu)化且可能地最 小化能量消耗。
例如，在一些工業(yè)制造過程中，材料流的特定流需要在特定溫度下 被供給不同類型的設(shè)備和機(jī)器。這些材料流可能需要從原始起始溫度被 加熱或冷卻到目標(biāo)溫度。這又將需要消耗能量來冷卻特定流，并且還要 加熱其它特定流。
例如可通過相對(duì)于彼此仔細(xì)放置和配置特定材料流而將過程所采
用或消耗的總能量?jī)?yōu)化到全局最小水平。例如，可能存在這種可能需 要冷卻的熱流放置在需要加熱的冷流附近。已經(jīng)存在于需要去除的流中 或需要加熱的流中的熱能因此可以與彼此關(guān)聯(lián)，以優(yōu)化該過程的能量消 4毛。此夕卜，優(yōu)化后熱流和冷流之間的最小溫度差(temperature difference)還可帶來能量消耗方面的巨大節(jié)約。
這些考慮因素可在設(shè)計(jì)之前的能量目標(biāo)確定(energy targting) 階段期間或者可選地在重新配置或重新裝配車間或設(shè)備期間考慮進(jìn)去。 優(yōu)選的是，在實(shí)際車間和設(shè)備的實(shí)際設(shè)計(jì)、重新設(shè)計(jì)、構(gòu)造或修改之前， 將這些優(yōu)化問題與建模系統(tǒng) 一起考慮。目前市場(chǎng)上最先進(jìn)的軟件包括稱為Aspen Pinch的AspenTech公司 軟件、稱為HX-NET (AspenTech擁有的)Hyprotech公司軟件、KBC的 Pinch Express和UMIST的Sprint。如果需要的話，在目標(biāo)確定階段， 這些軟件產(chǎn)品允許跟蹤過程的特定流條件，并且建模和調(diào)整與這些流相 關(guān)聯(lián)的各個(gè)操作屬性。 一般地說，這種軟件產(chǎn)品通常用于跟蹤過程中特 定材料流的溫度和熱容流量(heat capacity flow)。雖然這種軟件提 供了有用的工具，但是它們?cè)趹?yīng)用中并不特別靈活，并且沒有系統(tǒng)地解 決其中一些上述問題。
例如，在基礎(chǔ)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，稱為全局ATmin(最小接近溫 度(minimum approach temperature))的參數(shù)通常用在最先進(jìn)的商業(yè) 軟件中來表示熱流和冷流之間熱回收的期望水平，例如允許通過熱交換 器回收能量的最小溫度差。 一次只能調(diào)整特定材料流屬性的單個(gè)值，包 括AT^在內(nèi)。這迫使該系統(tǒng)的用戶通過一次"調(diào)節(jié)" 一個(gè)特定流的具體 屬性來采用試錯(cuò)法，希望達(dá)到Q。和/或Qh的優(yōu)化值，其表示在熱流和冷 流之間的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布下過程模型的加熱所消耗的總能量(Qh)和冷卻 所消耗的總能量(QJ。這種限制變得復(fù)雜，并且使現(xiàn)有軟件難以有效地 用在大規(guī)模過程中，該大規(guī)模過程采用許多材料流，其中這些材料流可 具有能夠被建模和調(diào)整的若干操作屬性。當(dāng)在所研究的能量系統(tǒng)中需要 分析幾組流特定(stream-specific )最小溫距(minimum temperature approach)用于最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布確定時(shí)，也是這種情況。
此外，過程流改變不僅可導(dǎo)致能量效用(utility)的下降，而且 可帶來AT"的下降。因此，在目前最先進(jìn)的技術(shù)中，每次過程改變之后 都必須調(diào)整能量系統(tǒng)綜合(synthesis)中的資本(capital) /能量折 衷。申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到，由于流特定ALin和每個(gè)過程改變而引起的驅(qū)動(dòng)力分 布(driving force distribution)的改變還影響效用等級(jí)選擇。該問 題是相互聯(lián)系的并且是多方面的，因?yàn)檫^程改變和流特定ATmin選擇爭(zhēng)奪 最優(yōu)效用選擇、最優(yōu)過程條件和最優(yōu)能量回收系統(tǒng)綜合。
目前有兩種主要方法用于解決這樣的問題基于數(shù)學(xué)編程和熱力試 探(thermodynamic-heuristics )的夾點(diǎn)(pinch)技術(shù)。由于能量系統(tǒng) 中的最優(yōu)過程條件和最優(yōu)流特定ALin,并且沒有人工迭代，這兩種方法 都無法解決系統(tǒng)地找到最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布的問題。能量系統(tǒng)中的最優(yōu)驅(qū)動(dòng) 力分布來自于系統(tǒng)的過程條件及冷流和熱流最小接近溫度ATnin的組合影響。能量系統(tǒng)中的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布能夠?qū)δ芰肯?、設(shè)施(utility) 選擇、設(shè)施系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)資本投資具有重大影響。因此，申請(qǐng)人 認(rèn)識(shí)到，對(duì)于最優(yōu)能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)/改型和優(yōu)化而提出的任何方法應(yīng) 該系統(tǒng)地而非枚舉地解決這些問題。
目前，還沒有方法或程序產(chǎn)品能夠以用戶友好方式在可變驅(qū)動(dòng)力分 布下處理理論、實(shí)際和經(jīng)濟(jì)能量目標(biāo)確定問題以找到最優(yōu)分布，而無需 人工迭代(試錯(cuò))。
新西蘭專利No. 527,244 (2004年7月)和W0申請(qǐng)No。 2005/010,783 (2005年2月)已經(jīng)解決了由過程條件優(yōu)化引起的能量目 標(biāo)確定以找到最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布的問題，但僅針對(duì)全局ATLn,而不是針對(duì) 流特定ALin。其它現(xiàn)有教導(dǎo)已經(jīng)建議使用試探法找到在恒定過程條件和 流相關(guān)AT^下的能量效用目標(biāo)(utility target)和最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布。 其它現(xiàn)有教導(dǎo)已經(jīng)試圖使用數(shù)學(xué)編程，通過在固定的全局AT^下的過程 條件優(yōu)化找到最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布。
然而，申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到，在大多數(shù)工業(yè)過程中，要求所有熱交換器(以 及由此所有過程流和設(shè)施)都遵守相同的驅(qū)動(dòng)力全局最小值至少是低效 率的，甚至是不實(shí)際的，因?yàn)榱?以及設(shè)施)一般具有非常不同的傳熱系 數(shù)。膜傳熱系數(shù)的差通常可以是某個(gè)數(shù)量級(jí)。由此， 一些熱交換器需要 大的AT^值，以便避免需要過大的傳熱區(qū)域，而其他單元用小得多的 AU直也能管理得很好。此外，熱流特定最小接近溫度最優(yōu)集合可導(dǎo)致 更好的能量消耗目標(biāo)。
當(dāng)考慮改型時(shí)，存在同樣的問題仍沒有實(shí)際的解決方案在使用流 特定最小接近溫度(ATJ)時(shí)，在不同過程條件的所有可能組合下同時(shí)找 到能量目標(biāo)。
一些科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要基于匹配流的傳熱系數(shù)至少給每個(gè)流和 設(shè)施的最小驅(qū)動(dòng)力分配單獨(dú)的貢獻(xiàn)。典型地，這些AT^貢獻(xiàn)不僅反映熱 傳遞條件，而且可用于表示對(duì)于昂貴建筑材料、熱交換器類型等的需要。 然而，這些方法是基于試探法的并且是迭代的，缺乏系統(tǒng)性，并且沒有 考慮能夠?qū)е履芰肯到y(tǒng)驅(qū)動(dòng)力分布的重大改變的過程條件的可能改變。 申請(qǐng)人:認(rèn)識(shí)到，有利的是具有如下這樣的系統(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品 其利用過程條件操控和流特定最小接近溫度ATJ來在最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布下以用戶友好方式系統(tǒng)地為能量消耗、設(shè)施選擇確定目標(biāo)，并且設(shè)計(jì)熱 量回收系統(tǒng)，而無需迭代或枚舉并且無需定制的建模。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的實(shí)施例有利地提供一種改進(jìn)的方法、系統(tǒng) 和程序產(chǎn)品，其用于為能量回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改型確定理論、實(shí)際和經(jīng) 濟(jì)能量目標(biāo)，以找到全局能量效用目標(biāo)，使用期望的熱量回收水平為能 量系統(tǒng)設(shè)計(jì)/改型建立良好的起點(diǎn)，找到能量系統(tǒng)中.的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布
(其是過程條件和流特定最小接近溫度ATJ的組合影響的函數(shù))，并
且在能量成本與資本成本之間建立高保真的關(guān)系以系統(tǒng)地設(shè)計(jì)能量回 收系統(tǒng)，而無需枚舉。
具體地說，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種系統(tǒng)以為具有各擁有至少 一個(gè) 操作屬性的多個(gè)資源流的過程優(yōu)化能量回收。根椐本發(fā)明的實(shí)施例，這
據(jù)庫(kù)記;的存儲(chǔ)器的能量t效用建模計(jì)算機(jī)，以l存儲(chǔ)在能量建模計(jì)算機(jī) 的存儲(chǔ)器(易失性或非易失性、內(nèi)部或外部的)中的數(shù)據(jù)庫(kù)。所迷數(shù)據(jù)庫(kù) 可以包含各自分別定義多個(gè)熱資源流中每一 個(gè)的至少 一個(gè)操作屬性的 值的可能范圍的多組值，以及各自分別定義多個(gè)冷資源流中每 一 個(gè)的至 少一個(gè)操作屬性的值的可能范圍的多組值。這些屬性例如可以包含所述 多個(gè)熱資源流的每一個(gè)和所述多個(gè)冷資源流的每一個(gè)的供應(yīng)溫度
(supply temperature) (Ts)的下限和上限值、所述多個(gè)熱資源流的每 一個(gè)和所述多個(gè)冷資源流的每一個(gè)的目標(biāo)溫度(Tt)的下限和上限值、所 述多個(gè)熱資源流的每一個(gè)和所述多個(gè)冷資源流的每一個(gè)的熱容流率
(FCp)的下限和上限值。所述數(shù)據(jù)庫(kù)還可以包括包含所述多個(gè)熱資源流 的每一個(gè)的流特定最小溫距下限和上限值("TJ [L:H]))的一組或多 組值。
所述系統(tǒng)還可以包含能量效用建模程序產(chǎn)品，該產(chǎn)品或者在單獨(dú)的 可遞送的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如DVD等)上，或存儲(chǔ)在能量效用建模計(jì) 算機(jī)的存儲(chǔ)器中，且適于優(yōu)化所述過程的能量回收。所述能量效用建模 程序產(chǎn)品可以包含指令，該指令當(dāng)例如由能量效用建模計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)可 以使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下操作接收各自定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)熱資源流中的 單獨(dú)的一個(gè)(a separate of)流的屬性值的可能范圍的多組值；接收
19每個(gè)定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)冷資源流中的單獨(dú)的一個(gè)流的屬性值的可能范圍
的一組或多組多個(gè)值；和/或接收可賦給所述多個(gè)熱資源流的多組流特 定最小溫距值((AT"1)),其中每組中的至少其中兩個(gè)值彼此不同。所述 操作還可以包含響應(yīng)于接收所述多組流特定最小溫距值((AU)的至 少部分并將其賦給所述多個(gè)熱資源流的操作，確定全局最小加熱能量效 用間隔([Qh(minimum),Qh (maximum)])和全局最小冷卻能量效用間隔 ([Qc (minimum) ， Qc (max imum)])。 注意,使用級(jí)聯(lián)算法(cascading algorithm)可以促進(jìn)該計(jì)算。
所述操作還可以包含借助于例如折疊間隔算法(collapsing intervals algorithm),才艮據(jù)所述多組熱資源流屬性值和所述多組冷 資源流屬性值來確定提供定義第一驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小加熱能 量效用(Qh (min imum))的第 一組離散過程條件；以及計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第 一組 過程條件相關(guān)聯(lián)的第一能量成本要求。類似地，所述操作還可以包括根 據(jù)所述多組熱資源流屬性值和所述多組冷資源流屬性值來確定提供定 義第二驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小冷卻能量效用(Qc (minimum))的第二 組離散過程條件，以及計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第二組過程條件相關(guān)聯(lián)的第二能量成 本要求。對(duì)應(yīng)地，所述操作可有利地包含響應(yīng)于確定與第一和笫二過程 條件關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求，從第一組和第二組過程條件中選 擇提供最小能量成本要求的那組過程條件；響應(yīng)于所選的那組過程條件 設(shè)計(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)；以及確定與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的資本成本。
所述操作還可以包含對(duì)于落入所述多個(gè)熱資源流的每一個(gè)的流特 定最小接近值的可能范圍內(nèi)的流特定最小接近值(ATmi ')的多個(gè)組合中 的每一個(gè)，迭代地/遞增地確定第一組和第二組離散過程條件，計(jì)算與 之關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求，以及選擇提供最小能量成本要求的 那組過程條件，從而通過使用例如帕雷托最優(yōu)圖來繪制或以其他方式形 成資本與能量成本分析的數(shù)據(jù)，以基于資本成本和能量成本之間的折衷 來確定適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器網(wǎng)絡(luò)，且基于該選擇來提供決策者期望的設(shè)施購(gòu) 買要求。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種方法，其用于對(duì)使用多個(gè)資源流的 過程或過程串的能量消耗建模，其中每個(gè)資源流具有至少 一個(gè)但優(yōu)選為 至少三個(gè)操作屬性。所述方法可以包含如下步驟接收所述過程使用的 至少一個(gè)資源流的至少一個(gè)屬性的至少一組屬性值范圍，接收至少一組流之間的流特定最小接近溫度，且通過使用所述接收的屬性值范圍或多 個(gè)屬性值范圍來計(jì)算所述過程的至少一個(gè)能量消耗值。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，提供一種基本上如上所述的方法， 其中所述方法還包含識(shí)別在要建模的過程中使用的所有資源流的步驟。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一方面，提供一種基本上如上所述的方法，所述 方法還包含識(shí)別在所述過程中使用的影響所述過程能量;肖耗的資源流 的所有操作屬性的步驟。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，提供一種基本上如上所述的方法， 所述方法還包含從所提供的范圍中指示導(dǎo)致計(jì)算的能量消耗值的特定 屬性值的步驟。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，提供一種基本上如上所 述的方法，其中所計(jì)算的能量消耗值可以包含對(duì)熱資源流消耗的全局最 小能量和/或?qū)滟Y源流消耗的全局能量。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一方面，提供一種能量消耗建模系統(tǒng)，其包 含或結(jié)合了如上所述的方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一方面，提供一種 程序產(chǎn)品，其存儲(chǔ)在有形計(jì)算機(jī)介質(zhì)中以對(duì)使用多個(gè)資源流的過程的能
量消耗進(jìn)行建模，其中每個(gè)資源流具有至少一個(gè)操作屬性；所述程序產(chǎn) 品適于執(zhí)行如下步驟接收所述過程使用的至少一個(gè)資源流的至少一個(gè) 屬性的至少一組屬性值范圍；接收至少一組流之間的流特定最小接近溫 度；且通過使用所述接收的至少一組屬性值范圍來計(jì)算所述過程的至少 一個(gè)能量消耗值。
提供了改進(jìn)的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法的實(shí)施例，其考慮到用戶輸入 工業(yè)過程內(nèi)材料流的操作屬性值或設(shè)置的可能范圍的能力的靈活性。在 本發(fā)明的實(shí)施例中，改進(jìn)的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法還允許在能量系統(tǒng)中 熱流和冷流之間的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布下系統(tǒng)地而非枚舉地計(jì)算用于加熱 過程模型所消耗的全局最小和最大能量(Qh)以及用于冷卻過程模型所 消耗的全局最小和最大能量(QJ 。本發(fā)明的實(shí)施例還考慮到定義造成 全局最優(yōu)加熱或冷卻效用的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布。
本發(fā)明的實(shí)施例涉及方法和用戶友好程序產(chǎn)品，以同時(shí)而非枚舉地 在所有可能的過程改變和流特定最小溫距下，為過程或過程串，計(jì)算全 局能量效用目標(biāo)并定義最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布。這些實(shí)施例可以利用流特定最 小溫距ATJ,其中上標(biāo)i除了識(shí)別最優(yōu)操作條件外，還表示特定熱流， 作為最優(yōu)化參數(shù)，而不是所有目前最先進(jìn)的軟件當(dāng)前使用的單個(gè)全局AT in。該程序產(chǎn)品的實(shí)施例定義最優(yōu)過程條件、熱量回收系統(tǒng)中的最優(yōu) 驅(qū)動(dòng)力分布以及顯示任何能量回收系統(tǒng)的能量成本和資本成本之間嚴(yán) 酷折衷的最優(yōu)帕雷托曲線，而沒有主觀假設(shè)，例如系統(tǒng)折舊時(shí)間和將來 的貨幣值。
本發(fā)明的實(shí)施例可以具有幾個(gè)商業(yè)益處。例如，本發(fā)明的實(shí)施例允 許應(yīng)用在用戶友好程序產(chǎn)品中自動(dòng)化的獨(dú)一無二的先進(jìn)方法來最優(yōu)地 設(shè)計(jì)和有效地橾作過程單元以及工業(yè)設(shè)施中的能量回收系統(tǒng)。工業(yè)公司 在設(shè)計(jì)和操作其設(shè)施方面可以改進(jìn)關(guān)于能量效率消耗和污染最小化的 觀點(diǎn)。由于應(yīng)用了本發(fā)明的實(shí)施例而在能量效率上估計(jì)的10%的改進(jìn)可 以導(dǎo)致每年在能量消耗和項(xiàng)目資本上節(jié)省約幾千萬美元，所述10°/。的改 進(jìn)表示超出目前從現(xiàn)有技術(shù)工具和技術(shù)可以獲得的優(yōu)化。


為了可以更詳細(xì)地理解使本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)及其他變得顯而易 見的方式，參考在形成本說明書 一部分的附圖中說明的實(shí)施例可以得到 以上簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明的更具體描述。然而，要注意的是，附圖僅說明 本發(fā)明的各種實(shí)施例，因此并不認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)槠溥€可以 包含其它有效的實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例為具有多個(gè)資源流的過程確定全局能量 效用目標(biāo)和定義最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布的系統(tǒng)的示意框圖2A-B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明高級(jí)功能的能量效用建模程序 產(chǎn)品的示意流程圖3-9是說明在夾點(diǎn)技術(shù)中所用的當(dāng)前目前方法的圖表；
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明在用于找到全局加熱能量效用目 標(biāo)要求(Qh)和全局冷卻能量效用目標(biāo)要求(Q。)的計(jì)算中給過程的每個(gè)熱 資源流賦予特定(截然不同的)最小接近溫度(ATmini)的圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明在找到全局最小加熱能量效用要 求(Qh)和全局最小冷卻能量效用要求(Q J的計(jì)算中所用的級(jí)聯(lián)算法的溫 階的方框流程圖12和13是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明根據(jù)熱資源流H1和H2的最 小接近溫度ATJ的選擇Qh和Q。如何不同的比較表格；圖14-16是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明將熱容流率(FCp)的改變與熱 資源流H1和H2的不同最小接近溫度ATJ組合的影響的比較表格；
之間的最小接近溫度ATj: FCp改變的所有可能組合下"'(T和Q。目標(biāo)的 比較值的表格；
圖18是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明在可變的供應(yīng)溫度(Ts)、目標(biāo)溫度 輸出(TJ和FCp條件下但對(duì)于Hl和H2熱資源流的相同接近溫度10。K下 的Qh和Q。目標(biāo)的表格；
圖19是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明在可變過程條件和可變最小接近 溫度AU下的Qh和Qc目標(biāo)的表格；
圖20是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示范圖形用戶界面的示意圖21是根椐本發(fā)明實(shí)施例生成的最小能量成本和最小資本成本的 目標(biāo)的帕雷托曲線的圖22是說明根椐本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的級(jí)聯(lián)算法第一階段的溫階的
圖形用戶界面；以及
圖23是說明根椐本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的級(jí)聯(lián)算法第二階段的溫階的
圖形用戶界面。
具體實(shí)施例方式
下面將參考說明本發(fā)明實(shí)施例的附圖在下文更全面地描述本發(fā)明。 然而，可以許多不同的形式來實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)解釋為局限 于在此闡述的所述實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例使得本公開將是詳盡 且完整的，并將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明的范圍。通篇相同 的數(shù)字表示相同的要素。右上標(biāo)(prime)符號(hào)如果使用了的話，則表 示可選實(shí)施例中的類似要素。
如圖l-23中所示的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種方法、系統(tǒng)和/或程 序產(chǎn)品，用于對(duì)工業(yè)過程的能量消耗建模，以通過確定該過程的全局能 量效用目標(biāo)和確定最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布來優(yōu)化具有多個(gè)資源流的過程中的 熱量/能量回收。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施例除編程 到可編程邏輯或數(shù)字器件中的適于執(zhí)行實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的若干處理步 驟的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品之外，還可以包含用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特定硬件或設(shè)備。如上所述的，并且在圖3-6中可能最佳示出的，過程所采用或消耗 的總能量例如可以通過相對(duì)于彼此仔細(xì)放置和配置特定材料流而優(yōu)化 為全局最小水平。通過分析，諸如通過形成和利用一組復(fù)合曲線(例如 參加圖3-5),該曲線提供過程中可用性和過程中需求的溫度-焓分布圖， 并通過所謂的"夾點(diǎn)分析(Pinch analysis)"(例如參見圖6)，通過 在全局AT^(例如參見圖7)下的過程條件優(yōu)化得到最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布。
然而，如在圖12和13中可能最佳示出的，在圖7中對(duì)于這種系統(tǒng) 分別顯示為65KW和75KW的全局最小加熱能量效用Qh^和全局最小冷卻 能量效用Qc^可能不是最優(yōu)的全局最小加熱效用和/或全局最小冷卻效 用，因?yàn)椴⒎撬袩峤粨Q器(以及由此所有過程流和設(shè)施)都需要遵守相 同的驅(qū)動(dòng)力全局最小值，這是由于流(和設(shè)施)一般具有差別很大的傳熱 系數(shù)。
另外，如在圖14-19中可能最佳示出的，過程條件不需要，并且通 常不是特定的離散值，不能夠分別進(jìn)行調(diào)整或分析。通過利用過程條件 操控(例如參見圖15、 17、 19)和流特定最小接近溫度ATJ(例如參見圖 12、 13、 15、 17、 19)以在最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布下為能量消耗、設(shè)施選擇確 定目標(biāo)并設(shè)計(jì)熱量回收(例如熱交換)系統(tǒng)，可以找到附加效率(即全局 最小加熱能量效用Qh^和全局最小冷卻能量效用Qc^的改進(jìn)值)。
圖1示出系統(tǒng)30,該系統(tǒng)為具有多個(gè)資源流的過程確定全局能量效 用目標(biāo)并定義最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布。系統(tǒng)30可以包含具有處理器33、耦合 到處理器33以在其中存儲(chǔ)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的存儲(chǔ)器35的能量效用建 模計(jì)算機(jī)M，以及可包含用于顯示圖形圖像的圖形顯示器39和本領(lǐng)域 技術(shù)人員公知的用戶輸入裝置41的用戶接口 37,以提供用戶訪問來操 控軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)記錄。注意，計(jì)算機(jī)31的形式可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，或 服務(wù)于多用戶接口 37的服務(wù)器。因此，如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，用 戶接口 37可以直接或通過網(wǎng)絡(luò)38連接到計(jì)算機(jī)31。
系統(tǒng)30還可以包含數(shù)據(jù)庫(kù)43,該數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在能量建模計(jì)算機(jī)31 的存儲(chǔ)器35(內(nèi)部或外部)中且具有各自分別定義多個(gè)熱資源流的每一 個(gè)的至少一個(gè)操作屬性的值的可能范圍的多組值，以及各自分別定義多 個(gè)冷資源流中每一個(gè)的至少一個(gè)操作屬性的值的可能范圍的多組值。這 種屬性例如可以包含熱資源流中每一個(gè)和冷資源流中每一個(gè)的供應(yīng)溫 度(Ts)的下限和上限值、熱資源流中每一個(gè)和冷資源流中每一個(gè)的目標(biāo)溫度(Tt)的下限和上限值、和/或熱資源流中每一個(gè)和冷資源流中每一個(gè)的熱容流率(FCp)的下限和上限值(例如參見圖20)。
系統(tǒng)30還可以包含能量效用建模程序產(chǎn)品51,其存儲(chǔ)在能量效用建模計(jì)算機(jī)31的存儲(chǔ)器35中，并且適于為能量回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改型提供理論、實(shí)際和經(jīng)濟(jì)能量目標(biāo)確定，以找到全局能量效用目標(biāo)，使用期望的熱量回收水平建立能量系統(tǒng)設(shè)計(jì)/改型的良好起點(diǎn)，找到能量系統(tǒng)中的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布(其是過程條件和流特定最小接近溫度ATJ的組合影響的函數(shù))以優(yōu)化過程的熱量回收，并且在能量成本與資本成本之間建立高保真關(guān)系，以系統(tǒng)地設(shè)計(jì)能量回收系統(tǒng)，而不需要在其它現(xiàn)有系統(tǒng)中固有的人工(試錯(cuò))枚舉。
注意，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道和理解的那樣，能量效用建模程序產(chǎn)品51的形式可以是微代碼、程序、例程和符號(hào)語言，其提供控制硬件運(yùn)作和指導(dǎo)其操作的有序操作集合的特定集合。還要注意，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道和理解的各種方法論，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能量效用建模程序產(chǎn)品51無需全部駐留在易失性存儲(chǔ)器中，而是可以按照需要選擇性地加載。
圖2A-B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明能量效用建模程序產(chǎn)品51操作的高級(jí)流程圖。如框101所示的，程序產(chǎn)品51可以接收用戶錄入的或存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)43中的輸入數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)例如可以包含每一個(gè)熱資源流和每 一 個(gè)冷資源流的供應(yīng)溫度(T s)的下限和上限值、每 一 個(gè)熱資源流和每一個(gè)冷資源流的目標(biāo)溫度(Tt)的下限和上限值、和/或每一個(gè)熱資源流和每一個(gè)冷資源流的熱容流率(FCp)的下限和上限值(例如參見圖20)。該數(shù)據(jù)還可以包含所述多個(gè)熱資源流中每一個(gè)的流特定最小溫距的一組下限和上限值。注意，在流程圖中，"L"指的是范圍或間隔的低值或最小值，而"U"指的是范圍或間隔的高值或最大值。
如框103中所示的，流特定最小溫距邊界值集合(set) (AU的每個(gè)成員都可以被賦予給下限值(ATW)-(ATJ[L]K如框105所示的,使用輸入數(shù)據(jù)和ATJ值數(shù)據(jù)，程序產(chǎn)品51然后可以計(jì)算全局最小加熱能量效用間隔[Qh(minimum)，Qh (maximum)],其更簡(jiǎn)單地示為Qh [L: U]，其中"L，，表示間隔的低或最小值，而"U"表示間隔的高或最大值。程序產(chǎn)品 51 還可以確定全局最小冷卻能量效用間隔[Qc (mi nimum)，Qc (maximum)],其更簡(jiǎn)單地示為Qc [L: U〗。根據(jù)程序產(chǎn)品51的實(shí)施例，使用級(jí)聯(lián)算法執(zhí)行這種操作，這將在后面更詳細(xì)描述。
如框107所示的，程序產(chǎn)品51然后通過使用例如在后面更詳細(xì)描述的坍縮間隔(collapsing interval)算法來選擇全局最小加熱能量效用間隔值的最小值(Qh (minimum)或簡(jiǎn)單地，Qh [L)作為其全局最小加熱能量效用值Qh,以及其對(duì)應(yīng)的全局最小冷卻能量值Qc，以在接收的范圍界限內(nèi)找到提供這種最小值的準(zhǔn)確過程條件。程序產(chǎn)品51然后計(jì)算關(guān)聯(lián)的能量成本。類似地，如框109所示的，程序產(chǎn)品51還使用例如折疊間隔算法，選擇全局最小冷卻能量效用間隔值的最小值(Qc (minimum)或簡(jiǎn)單地，Qc [L])作為其全局最小冷卻能量效用值Qc,以及其對(duì)應(yīng)的全局最小加熱能量值Qh,以在接收的范圍界限內(nèi)找到提供這種最小值的準(zhǔn)確過程條件；并且計(jì)算關(guān)聯(lián)的能量成本。如框111所示的，程序產(chǎn)品51然后選擇兩個(gè)計(jì)算的能量成本中的最小能量成本。
如框113所示的，然后可以使用提供能提供最小能量成本的過程條件的特定最小溫距值A(chǔ)U'來設(shè)計(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)(HEN)。另外，可以計(jì)算與HEN關(guān)聯(lián)的資本成本。如框115中所示的，程序產(chǎn)品51然后可以使用所計(jì)算的最小能量成本連同其關(guān)聯(lián)的所計(jì)算的資本成本，來形成帕雷托最優(yōu)圖中的單個(gè)點(diǎn)，如圖21中所示的。
如框U7中所示的，如果流特定最小溫距邊界值集合(AU的成員還未被賦予上限值使得(ALJ)-"TJ[U]),則分析繼續(xù)進(jìn)行。如果其已經(jīng)被賦予了這種值，如框U9所示，則算法將完成的帕雷托曲線連同如框121所示的對(duì)應(yīng)的過程條件/變量的定義、完成的集合(AU以及關(guān)聯(lián)的HEN設(shè)計(jì)一起傳給諸如決策者的用戶，或以其他方式使其對(duì)用戶可用。
如框123和125中所示的，且將在后面更詳細(xì)描述的，增量值前進(jìn)到ATJ,以便完成對(duì)值連續(xù)性的分析。如框127中所示的，類似于框105，但使用遞增的ATJ值數(shù)據(jù)，程序產(chǎn)品51然后通過使用例如級(jí)聯(lián)算法來計(jì)算全局最小加熱能量效用間隔Qh [L: U]和全局最小冷卻能量效用間隔Qc[L:U]。如框129中所示的，全局最小加熱效用間隔、全局最小冷卻效用間隔以及流特定最小溫距值集合仏U之后存儲(chǔ)在例如數(shù)據(jù)庫(kù)43中。如框131中所示的，如果熱流(i)的編號(hào)"i"不是最大編號(hào)，則程序產(chǎn)品51重置流特定最小溫距值的集合(ATJH框133)，遞增"i"的值且遞增A乙J(框135)，以繼續(xù)數(shù)據(jù)集的分析和存儲(chǔ)。如果熱流(i)的編號(hào)"i"是最大編號(hào)，如框137中所示，則程序產(chǎn)品51選擇在更昂貴的全局最小能量效用值Qh[L]或Qc[L]中具有最小增加的集合(AU。如框105中所示的，程序產(chǎn)品51然后通過使用選擇的這個(gè)集合(AU來計(jì)算全局最小加熱能量效用間隔Qh[L: U]和全局最小冷卻能量效用間隔Qc [L: U]。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，下面描述程序產(chǎn)品51其中一些更重要功能的附加細(xì)節(jié)。
圖20是程序產(chǎn)品的圖形用戶界面的屏幕快照，其示出了在本發(fā)明實(shí)施例中合并了四個(gè)單獨(dú)且截然不同的資源流的工業(yè)過程。資源流Hl和H2是熱流，而資源流Cl和C2是冷流。資源流Hl和H2相對(duì)于冷流Cl和C2各具有其自己的獨(dú)立最小溫距。在圖20中所示的實(shí)施例中，監(jiān)控每個(gè)資源流的三個(gè)單獨(dú)操作屬性，并且對(duì)其建模。監(jiān)控各流的供應(yīng)溫度、其目標(biāo)溫度以及該流的熱容流率(FCp)，并在圖20中示出。圖20還示出了在已經(jīng)接收了每個(gè)資源流的每個(gè)屬性的屬性值范圍時(shí)提供的情形。當(dāng)錄入該信息時(shí)，在熱資源和冷資源之間任何可能的最小溫度差集合下，軟件不斷更新和計(jì)算所采用的過程冷卻所需的全局最小能量和加熱所需的全局最小能量的值。它還計(jì)算所采用的過程冷卻所需的全局最大能量和加熱所需的全局最大能量。本發(fā)明的各方面僅通過示例進(jìn)行描述，并且應(yīng)該理解，在不背離其范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行修改和添力口。
當(dāng)錄入該信息時(shí)，在熱資源和冷資源之間任何可能的最小溫度差下，程序產(chǎn)品不斷更新和計(jì)算該過程冷卻所需的全局最小能量和對(duì)于加熱所需的全局最小能量的值(最小焓(Enthalpy Min))。它還計(jì)算該過程用來冷卻所需的全局最大能量和加熱所需的全局最大能量(最大焓(Enthalpy Max))。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所提供的程序產(chǎn)品適于在可變熱傳遞驅(qū)動(dòng)力分布下，計(jì)算在任何過程或過程串中熱和冷資源流所需的全局最小能量消耗值，并且通過使用例如下面描述的數(shù)學(xué)公式，為期望的能量消耗目標(biāo)確定過程流之間的最優(yōu)過程條件和熱傳遞驅(qū)動(dòng)力分布。如在圖10中可能最佳示出的，經(jīng)由自動(dòng)過程或通過直接人工輸入
而接收的熱流溫度通過熱資源流和冷資源流之間的第 一組期望最小溫
度差A(yù)TJ —個(gè)一個(gè)地向下移，以對(duì)于ATJ的可能連續(xù)值形成一組可能的離散溫度值。ATj表示熱流(i)的AT^，其指的是特定熱流和所有其它冷流之間的最小溫距。對(duì)于所有熱流，可以給予第一ATmJ等于Q的值，以從能量消耗的角度，在理論最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布下，建立能量系統(tǒng)的全局理論能量目標(biāo)。AT J的第二值按照所需的溫度精度例如將等于1度或某個(gè)其它小值，以從能量的角度看，獲得最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布下的實(shí)際能量目標(biāo)。這可以繼續(xù)進(jìn)行，直到ATJ達(dá)到上限為止。注意，每個(gè)熱流ATJ的上限應(yīng)該是產(chǎn)生任何特定熱流和任何冷流之間不可能綜合的情形的流特定ATJ,即正在分析的熱流和最冷的冷流之間的溫度差。
上面獲得的熱資源流的變化的(shifted)供應(yīng)溫度和目標(biāo)(輸出)溫度以及實(shí)際的供應(yīng)溫度和目標(biāo)冷流溫度然后按降序存儲(chǔ)，去掉重復(fù)的，其中每個(gè)連續(xù)的溫度對(duì)表示"溫階"的界限，并定義新的溫階"S"。每個(gè)供應(yīng)溫度和目標(biāo)溫度輸入是以間隔為形式的(例如一對(duì)范圍界限)，而不是單個(gè)離散數(shù)字。
然后根椐期望的溫度精度，例如相等地劃分每個(gè)供應(yīng)溫度和目標(biāo)溫度輸入。這個(gè)步驟的完成導(dǎo)致"N"個(gè)過程溫階。注意，圖9和11說明了示出具有離散屬性值的熱流和冷流的"溫階"的基本模型，圖9示出了對(duì)于具有兩個(gè)熱資源流H1和H2以及兩個(gè)冷資源流C1和C2的過程使用10。K的全局A乙n的算法(參見圖7)的這種步驟；并且圖11示出了相同過程的這種步驟，然而相反，對(duì)于Hl使用5。K的流特定最小溫距AL',,對(duì)于H2使用15。K的流特定最小溫距ALi人
溫階的總數(shù)是"N+1"，其中S從0,1,2，...，N變化,并且溫階數(shù)"0"表示外部能量效用溫階。在稱為外部能量步驟的這個(gè)步驟中，能量輸出被賦予兩個(gè)初始值Qs，。'°w°utpu'=0. 0以"能量單位"為單位，并且Qs=。high—=0. 0以"能量單位，，為單位，如在下面描述的。如在圖22中可能最佳示出的，根據(jù)級(jí)聯(lián)算法，每個(gè)大于O的溫階"S"170具有能量剩余Qss—us,其中S=l， 2， ...，N。這種能量剩余具有兩個(gè)計(jì)算值qs'—一s和q，"—,其還具有從一個(gè)溫階到另一個(gè)溫階的能量輸出Qs°u'put。這種能量輸出Qs°ulpu'也具有兩個(gè)計(jì)算值Qs—和
28Q，h，—。能量剩余Q"一和能量輸出Qs。一'的這些值對(duì)于S=1,2，...，N 被計(jì)算如下
其中化和ms是分別在第s溫階中表示的熱資源流和冷資源流的數(shù)量，而 Ths和Tcs分別是熱流的較高和較低移位溫度，以及表示溫度界限的冷流 的實(shí)際溫度。
FCp'nwk:是由流F下限值乘以熱流編號(hào)k的比熱值Cp得到的熱容流 率項(xiàng)的低值，以流特定熱(flow-specific heat)為單位。
FCph"hk:是由流F上限值乘以熱流編號(hào)k的比熱值Cp得到的熱容流 率項(xiàng)的高值，以流特定熱為單位。
FCp'^:是由流F下限值乘以冷流編號(hào)j的比熱值Cp得到的熱容流 率項(xiàng)的低值，以流特定熱為單位。
FCphi8hj:是由流F上限值乘以冷流編號(hào)j的比熱值Cp得到的熱容流 率項(xiàng)的高值，以流特定熱為單位。 全局最小加熱能量效用(Qh)然后計(jì)算如下
Qh (minimum) =abs Min{ Min[ q;^-,'], 0, q}， 其中S =0， 1, 2，...， N;并且ABS是括號(hào)之間值的絕對(duì)值。 Qh (maximum) =abs Min{ Min[ q,——，0.0},
并且Qh間隔變成
Qh= [Qh (minimum), Qh (maximum)〗，其表示效用，其必須是從過程 外部獲得的。
然后使用類似于計(jì)算Qh的步驟來計(jì)算全局最小冷卻能量效用(Qc)。首 先，表示為zQh的一組間隔計(jì)算如下 計(jì)算ZQh間隔
ZQh (minimum) = ABS Min{ Min[ ， 0.0},
其中S =0， 1， 2，…，N;
ZQh (maximum) = ABS Min{ Min[ Qs^—], 0. 0 ),
s一l — 十"_ ,
— 十"—并且ZQh間隔變成
ZQh=[ZQh (minimum) ， ZQh (maximum)。
接下來，如在圖23中可能最佳示出的，根椐級(jí)聯(lián)算法，相反使用
溫階編號(hào)"零(O)"中的上述ZQh間隔的對(duì)稱映像表示溫階編號(hào)"0"
中的外部熱能效用來實(shí)現(xiàn)用于確定Qh間隔的計(jì)算。ZQh間隔的這個(gè)對(duì)稱
映像呈現(xiàn)Qh間隔單元，但以不同的順序。也就是說，如果
ZQh-[lOO， 200],則這個(gè)對(duì)稱映像將是[200, 100]。在對(duì)Qh求解
Qh (minimum)和Qh (maximum)值時(shí)所用的階編號(hào)"0"具有如下設(shè)置的兩
個(gè)初始能量輸出值Qs=。'°w-DUlpul=0. 0以"能量單位"為單位，以及 Qs=。huh-。、"PUt=0. 0以"能量單位，，為單位。為了計(jì)算Qc,我們最初將這兩
個(gè)初始能量輸出(Q廣pu')值設(shè)為: Qs 。,。*.。、,tw=ZQh (maximum)，并且
Qs=。hi8h—'=ZQh (minimum)。
然后，對(duì)于級(jí)聯(lián)算法的每個(gè)溫階的剩余和輸出值，使用這兩個(gè)新值 而不是"0"值(以前使用的)，同時(shí)使用間隔的左項(xiàng)作為Qs (1 ow_output) 并使用這種間隔的右項(xiàng)作為Qs (high—output),重復(fù)其余的計(jì)算。
在完成所有溫度間隔計(jì)算后，最后 一 個(gè)間隔的輸出將是全局最小冷 卻效用(Qc (minimum))和全局最大冷卻效用(Qc (maximum))。
在完成執(zhí)行級(jí)聯(lián)算法、即完成基于間隔(范圍界限)數(shù)據(jù)在最小和最 大加熱效用和冷卻效用在最小理論和實(shí)際ATJ集合下的計(jì)算之后采取 的接下來的步驟包含響應(yīng)于如上所迷在實(shí)際ATJ值集合下計(jì)算最小和 最大加熱效用和冷卻效用，獲得經(jīng)濟(jì)目標(biāo)且計(jì)算用于繪制顯示一個(gè)或多 個(gè)不同驅(qū)動(dòng)力分布的最優(yōu)能量操作成本和能量系統(tǒng)資本成本的"帕雷 托"最優(yōu)圖(圖21)的所獲得的能量成本和對(duì)應(yīng)的熱量回收系統(tǒng)資本成本。
如在圖2A-B中可能最佳示出的，例如通過對(duì)于具有其"流特定最小 接近溫度"的每個(gè)熱流，例如一度一度地前進(jìn)ATJ ，選擇過程條件的 最優(yōu)集合和AU，然后使用關(guān)聯(lián)的經(jīng)濟(jì)數(shù)椐產(chǎn)生熱量回收系統(tǒng)綜合的帕 雷托最優(yōu)，來確定經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于分析經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù) 的算法如下
(1) 選擇期望的效用作為能量目標(biāo)；
(2) 折疊正在分析的每個(gè)特定熱流的過程條件間隔；(3) 將特定熱流的ATJ增加1度；以及
(4) 確定改變對(duì)期望的效用目標(biāo)的影響。
對(duì)于所有熱流(一次一個(gè)地)自動(dòng)重復(fù)上面的步驟(3)和(4),且定義 導(dǎo)致期望能量消耗成本中最小增加的改變。導(dǎo)致這種最小增加的ATJ 然后被賦予這種熱流的新的流特定ATmJ,而其它熱流將繼續(xù)保持其舊 值。
對(duì)于ATJ的集合，可以從其下限開始直到其上限，重復(fù)這些過程， 以生成帕雷托最優(yōu)圖。
操作條件間隔折疊算法
為了選擇過程條件的最優(yōu)集合，坍縮(collapsing)正在分析的每 個(gè)特定熱流的過程條件間隔以導(dǎo)致(render)各個(gè)離散邊界值，而其它 仍然處于間隔模式，從而允許分析目標(biāo)熱流例如在范圍界限或在其間的 某些中間點(diǎn)的特定過程條件，由此確定期望的最小效用消耗成本和導(dǎo)致 其的準(zhǔn)確過程條件。用于間隔折疊(collapsing)的標(biāo)準(zhǔn)例如是，我們 選擇導(dǎo)致期望的能量效用目標(biāo)的全局最小的基于間隔的操作屬性的下 限或上限。沒有導(dǎo)致期望的能量目標(biāo)的任何操作屬性值都將被忽略。期 望能量目標(biāo)可以是全局最小冷卻效用或全局最小加熱效用，或者它可以 是以受最小冷卻效用影響的全局最小加熱效用，反之亦然。
如果流供應(yīng)溫度或目標(biāo)溫度的下限值和上限值對(duì)于規(guī)定的能量目 標(biāo)都造成壞值，即，算法沒有導(dǎo)致全局最小能量目標(biāo)，則一個(gè)一個(gè)地測(cè) 試基于間隔的供應(yīng)溫度，以選擇導(dǎo)致期望能量目標(biāo)的最優(yōu)供應(yīng)溫度。對(duì) 于基于間隔的流目標(biāo)溫度，可以使用同樣的過程。
有益地，從每個(gè)過程應(yīng)用能量目標(biāo)計(jì)算階段獲得的見識(shí)可以用于使
這個(gè)算法消耗的處理時(shí)間小于計(jì)算機(jī)時(shí)間的1秒。
驅(qū)動(dòng)力分布值的新集合和從過程條件的折疊間隔提取的那組值然 后例如可以饋送到當(dāng)前可用的商業(yè)軟件中，諸如通過曼徹斯特大學(xué)可以 得到的"SPRINT",以設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器網(wǎng)絡(luò)和/或選擇最小資本成本 熱交換器網(wǎng)絡(luò)。
注意到以下事實(shí)是重要的雖然已經(jīng)在全功能系統(tǒng)的上下文中描述 了本發(fā)明的實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的機(jī)制和/或其 各方面能夠以指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的形式分布，并且無論用于實(shí)際執(zhí) 行該分布的信號(hào)承栽介質(zhì)的具體類型如何，本發(fā)明同樣適用，其中所述指令可以是運(yùn)行在處理器、多個(gè)處理器等上的各種形式。計(jì)算機(jī)可讀介
質(zhì)的例子包括但不限于非易失性硬編碼型介質(zhì)，諸如只讀存儲(chǔ)器 (R0M)、 CD-ROM和DVD-R0M，或電可^察除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)、 可記錄型介質(zhì)，諸如軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器、CD-R/RW、 ,-RAM、 DVD-R/RW、 DVD+R/RW、閃速驅(qū)動(dòng)器和其它較新類型的存儲(chǔ)器，以及傳輸型介質(zhì)，諸 如數(shù)字和模擬通信鏈路。
這種介質(zhì)可以包含與上述方法步驟和能量效用建模程序產(chǎn)品51有 關(guān)的操作指令。例如，能量效用建模計(jì)算機(jī)M可讀的用于優(yōu)化具有多 個(gè)資源流(HI.. Hn， Cl.. Cn)的過程的能量回收的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包 含當(dāng)運(yùn)行時(shí)使計(jì)算機(jī)31執(zhí)行如下操作的指令接收各自定義對(duì)應(yīng)的多 個(gè)熱資源流(例如Hl, H2)中單獨(dú)的一個(gè)流的屬性值的可能范圍的多組屬 性值161、 163、 165(例如參見圖19和20)和各自定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)冷資 源流(例如Cl, C2)中單獨(dú)的一個(gè)流的屬性值的可能范圍的多組屬性值 161、 163、 165。特別地，這些組屬性值161、 163、 165可以包含所述 多個(gè)熱資源流中每一個(gè)和所述多個(gè)冷資源流中每一個(gè)的供應(yīng)溫度(Ts) 的下限和上限值161、所述多個(gè)熱資源流中每一個(gè)和所述多個(gè)冷資源流 中每一個(gè)的目標(biāo)溫度(Tt)的下限和上限值163、以及所述多個(gè)熱資源流 中每一個(gè)和所述多個(gè)冷資源流中每一個(gè)的熱容流率(FCp)的下限和上限 值165。所述操作還可以包括接收所述多個(gè)熱資源流中每一個(gè)的流特定 最小溫距的 一組下限和上限值或間隔(U [L: H]}),或特別賦予的流 特定最小溫距值(AT^i),例如對(duì)于Hl為5。K,對(duì)于H2為15°K，等等。
所述操作還可以包括將一組或多組多個(gè)流特定最小溫距值((ATJ)) 賦給所述多個(gè)熱資源流，其中每組流特定最小溫距值("U))中的至 少兩個(gè)值彼此不同；并且響應(yīng)于接收和賦予操作，確定全局最小加熱 能量效用間隔([Qh (minimum) ，Qh (maximum)])和全局最小冷卻能量效用 間隔([Qc (minimum) ， Qc (maximum)])。
所述操作還可以包括根據(jù)所述多組熱資源流屬性值161、 163、 165 和所述多組冷資源流屬性值161、 163、 165來確定提供定義第一驅(qū)動(dòng)力 分布的最小的全局最小加熱能量效用(Qh(minimuin))的第一組離散過程 條件，并根據(jù)所述多組熱資源流屬性值161、 163、 165和所述多組冷資 源流屬性值161、 163、 165來確定提供定義第二驅(qū)動(dòng)力分布的最小的全 局最小冷卻能量效用(Qc (minimum))的第二組離散過程條件。所述操作還可以包括計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第一組過程條件關(guān)聯(lián)的第一能量 成本要求，計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第二組過程條件關(guān)聯(lián)的第二能量成本要求，響應(yīng) 于確定與第一和第二過程條件關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求，從第一 組和第二組過程條件中選擇提供最小能量成本要求的那組過程條件，響
應(yīng)于選擇的那組過程條件，設(shè)計(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)(HEN)，并且確定與熱交 換器網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的資本成本。
例如，還根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種能量效用建模計(jì)算機(jī)31 可讀的用以優(yōu)化具有多個(gè)資源流的過程的能量回收的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)， 其可以包含當(dāng)運(yùn)行時(shí)使計(jì)算機(jī)31執(zhí)行如下操作的指令接收各自定義 對(duì)應(yīng)的多個(gè)熱資源流(例如H1, H 2)中單獨(dú)的 一 個(gè)流的屬性值的可能范圍 的多組屬性值16K 163、 165(例如參見圖19和20)和各自定義對(duì)應(yīng)的 多個(gè)冷資源流(例如Cl, C2)中單獨(dú)的一個(gè)流的屬性值的可能范圍的多組 屬性值161、 163、 165,并且接收各自定義所述多個(gè)熱資源流中單獨(dú)的 一個(gè)流的流特定最小接近值的可能范圍的多組值("LJ))。
所述操作還可以包括將至少 一 組流特定最小溫距值 (U = [L])到(AL': [U]})賦給多個(gè)熱資源流,其中每組內(nèi)的至 少兩個(gè)值彼此不同；響應(yīng)于賦予該至少一組流特定最小溫距值UA乙。) 的操作，確定全局最小加熱能量效用(Qh(minimum)或(Ql^Qh[L]));并 且響應(yīng)于賦予該至少一組流特定最小溫距值((ATJ))的操作，確定全局 最小冷卻能量效用(Qc (mini國(guó))或(Qc=Qc[L]))。
確定全局最小加熱能量效用(Qh (minimum)的操作還可以包括如下 操作響應(yīng)于給所述多個(gè)熱資源流賦予至少 一組流特定最小溫距值 ({AU)的操作，確定賦給所迷多個(gè)熱資源流的所迷多個(gè)流特定最小 溫距(AT"i)的其中一組的多個(gè)溫階間隔170(例如參見圖22);確定所 述多個(gè)溫階間隔170的最小高輸出值(min[Q，h-,u'])和最小低輸出值 (min[Qs^-。u'pu']);以及響應(yīng)于確定最小高輸出值(min [Qshish-—"'I)和最 小低輸出值(min n一t])的操作，確定全局最小加熱能量效用間隔 (Qh= [Qh (minimum) ， Qh (max imum)〗)。
注意，如在圖22中可能最佳示出的，每個(gè)溫階間隔170可以具有
指示從所述多個(gè)熱資源流中共同提取的熱量的輸入間隔171 (例如輸入
對(duì))、指示共同施加到多個(gè)冷資源流的熱量的輸出間隔173 (Q"p"'-[Qs'。u一"， Qs一—。一't])以及指示可用于所述多個(gè)溫階間隔中下一
33個(gè)的剩余熱量的輸出間隔175 (Q,^-[Qs'。w，一，Qs一-，'D 。還要注 意，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，按照如下計(jì)算，確定全局最小加熱能量效
用間P鬲(Qh=[Qh(ininimum)， Qh(證i畫)]): Qh= [Qh (minimum) ， Qh (maximum)]，' 其中
Qh (minimum) =abs Min{ Min[ q，"u一], o. 0}; QhOrmximum) -ABS Min{ Min[ "], o. 0 };
其中
Q 一-一t =g"_O"一 .
其中
附s
Qs' lus =(2>CdWH^,);并且
"1 /=1
還根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所迷多個(gè)熱資源流可被賦予多組值
((ATJ[L:U])),每一組分別定義所述多個(gè)熱資源流中每一個(gè)的流特定 最小接近值(ATJ)的可能范圍。在上面計(jì)算中所用的那組特定最小溫距 ((AT。,J [L: U]})的第 一值是賦給所述多個(gè)熱資源流中每一個(gè)的該組多個(gè) 流特定最小接近值((ATJL:U]))內(nèi)的每個(gè)值范圍的最低范圍值 (AU[L])。因此，所述操作還包括對(duì)于所接收的其余多個(gè)特定最小 溫距值(ATmJ)中的每一個(gè)，迭代地執(zhí)行確定多個(gè)溫階間隔170、確定最 小高輸出值(Qshigh-nu'put)和最小低輸出值(Qs'M-°u'pul)以及確定全局最小加 熱能量效用間隔(Qh= [Qh (minimum), Qh (max imum)])的操作。
根據(jù)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的這個(gè)實(shí)施例，類似于確定全局最小加熱能 量效用(Qh (minimum))的操作，確定全局最小冷卻能量效用 (Qc (minimum))的操作可以包括確定全局最小冷卻能量效用間隔 ([Qc (minimum), Qc (maximum)])的操作，其還可以包括如下操作首先 確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (m i n i mum), Qh (max i隱)])的對(duì)稱 映像([Qh (maximum) ， Qh (minimum)])，并且響應(yīng)于確定為4吏用前面所迷 的相同級(jí)聯(lián)算法確定([Qc (m i n imum) ， Qc (max i mum)])提供初始輸入(例
34如參見圖23)的對(duì)稱映像([Qh(maxiiTmfri),Qh(minimum)])的操作,確定 賦給所述多個(gè)熱資源流的其中一組所述多個(gè)流特定最小溫距的 多個(gè)溫階間隔170。
所述操作還可以包括確定所述多個(gè)溫階間隔HO中每一個(gè)的最小高 輸出值他一—")和最小低輸出值(Q丌，"1),并且響應(yīng)于確定最小高
輸出值((^一-°一')和最小低輸出值(0，-°一')，確定全局冷卻能量效用 間隔(Qc=[Qc (minimum), Qc (maximum)])。對(duì)于集合{zVLj}內(nèi)的其余多
個(gè)特定最小溫距值中的每一個(gè)，執(zhí)行確定多個(gè)溫階間隔170、確定最小 高輸出值(Qs一-。一')和最小低輸出值(Qs'。w一，"')以及確定全局最小冷卻
能量效用間P鬲(Qc-[Qc(minimum)， Qc (maximum)])的子操作。
所述操作還可以包括根據(jù)所述多組熱和冷資源流屬性值161、 163、 165來確定提供定義第一驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小加熱能量效用 (Qh (m i n imum))的第 一組離散過程條件；以及根椐所述多組熱和冷資源 流屬性值16K 163、 165來確定提供定義第二驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最 小冷卻能量效用(Qc (minimum))的第二組離散過程條件。所述操作還可 以包括計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第一組過程條件關(guān)聯(lián)的第一能量成本要求，計(jì)算與實(shí) 現(xiàn)第二組過程條件關(guān)聯(lián)的第二能量成本要求，響應(yīng)于確定與第一和第二 過程條件關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求，從第一組和第二組過程條件 中選擇提供最小能量成本要求的那組過程條件，響應(yīng)于選擇的那組過程 條件，設(shè)計(jì)或以其他方式提供指令以設(shè)計(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)，并且確定與熱 交換器網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的資本成本。
所述操作還可以包含對(duì)于落入所述多個(gè)熱資源流中每 一 個(gè)的流特 定最小接近值的可能范圍內(nèi)的流特定最小接近值(A乙J)的多個(gè)組合中 的每一個(gè)，迭代地/遞增地確定第一組和第二組離散過程條件，計(jì)算與 之關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求，以及選擇提供最小能量成本要求的 那組過程條件，從而繪制資本與能量成本帕雷托最優(yōu)圖(例如參見圖 21),該圖用于基于資本成本和能量成本之間的折衷來確定適當(dāng)?shù)臒峤?換器網(wǎng)絡(luò)，并且基于該選擇來提供決策者期望的設(shè)施購(gòu)買要求。
本發(fā)明的各種實(shí)施例包含許多優(yōu)點(diǎn)和好處。在優(yōu)選實(shí)施例中，所提 供的程序產(chǎn)品51還可以適于指示當(dāng)使用時(shí)導(dǎo)致所計(jì)算的最優(yōu)能量消耗 總成本值的特定操作屬性的最優(yōu)成本設(shè)置或值。在已經(jīng)進(jìn)行建模以可能優(yōu)化所述過程之后，操作屬性的這些特定設(shè)置或值然后可以用于實(shí)現(xiàn)實(shí) 際過程。
優(yōu)選地，所提供的程序產(chǎn)品51可以適于對(duì)特定過程的能量消耗建 模。 一般地說，所提供的建模操作或工具可以用于調(diào)查研究或分析具體 過程及其能量消耗特性或要求。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所提供的模型或 建模工具可以用于優(yōu)化過程的能量消耗特性，優(yōu)選地最小化所消耗的能 量的量。本說明書通篇提到，本發(fā)明的實(shí)施例用作優(yōu)化過程的能量消耗 的工具，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，如果需要的話，本發(fā)明的實(shí)施例 還可以用作簡(jiǎn)單的解析或分析工具。
而且，本說明書通篇提到的過程可以定義為任何操作或操作組，所 述操作消耗能量，反過來又產(chǎn)生所需的結(jié)果，或可選地產(chǎn)生材料或產(chǎn)品。 過程例如可以從使用家用熱水系統(tǒng)加熱、冷卻或積4戒處理或切割材料的 家庭到工業(yè)(以包含例如發(fā)電系統(tǒng)和車間)的范圍。
結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)其關(guān)聯(lián)的能量消耗建模的過程還可以包含 制造車間、設(shè)備或制造生產(chǎn)線或生產(chǎn)線的集合，其可以產(chǎn)生無關(guān)的產(chǎn)品 或材料。而且，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例考慮的單個(gè)過程還可以由一組子過程 組成或合并一組子過程，它們不一定在一起相關(guān)，在一些情況下，也不 要求所采用的物理裝置或設(shè)備靠近或鄰近所用的其它設(shè)備定位。
然而，本說明書通篇提到，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例建模的過程是特定類 型產(chǎn)品的單個(gè)制造生產(chǎn)線。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，僅為了簡(jiǎn) 化目的，提到這些，而本發(fā)明的實(shí)施例可以應(yīng)用于廣泛范圍和若干不同 類型的各種各樣的過程，如上所迷。
本發(fā)明的實(shí)施例還可以適于對(duì)單個(gè)過程的能量消耗建模。所消耗的 能量可以各種不同的機(jī)械和熱能為形式。然而，為了簡(jiǎn)化起見，本說明 書通篇提到，所消耗的能量最初源自熱能。再者，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理 解，結(jié)合本發(fā)明還可以監(jiān)控其它類型的能量或?qū)ζ浣＃⑶冶菊f明書 通篇對(duì)上面那些的引用絕不應(yīng)視為限制。
此外，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例所提及的消耗的能量一般來說用于加熱和 冷卻材料。然而，再者，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施 例還可以考慮其它能量消耗應(yīng)用，并且僅提到上面那些絕不應(yīng)視為限 制。
36優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例建模的過程可以包含多個(gè)資源流。 一般 地說，資源流可以包括在過程中以某種方式消耗、修改或采用的材料流。 例如，資源流可以包括水流或其它類型的流體或氣體，或可選地兩相或 三相流。壓力作為狀態(tài)變量可以與處理能量和質(zhì)量相同的方式進(jìn)行處 理。
本說明書通篇還提到，使用本發(fā)明實(shí)施例監(jiān)控的和在建模的具體過 程中采用的資源流包含一種或多種類型流體的流。然而，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)理解，結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，還可以采用其它類型的資源并且對(duì) 其建模，并且本說明書通篇僅提到上面那些絕不應(yīng)視為限制。而且，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)理解，資源流不 一 定要由基本上連續(xù)的材料流組 成。例如，在一些情況下，資源流可以由以離散塊定期傳送的供給物或 流或材料組成，如果需要的話。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，資源流可以具有至少一個(gè)與其關(guān)聯(lián)的操 作屬性。操作和/或設(shè)計(jì)屬性可以是與特定流關(guān)聯(lián)的具體特性或參數(shù)， 其又將對(duì)建模的過程所消耗的能量有影響。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解， 結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，可以監(jiān)控各種不同類型的操作屬性，并且對(duì)其建 模，這取決于操作屬性與之關(guān)聯(lián)的資源流的具體類型。例如，在一些情 況下，操作屬性的示例可包含材料溫度、流率、成分、壓力、蒸發(fā)的潛 熱、凝結(jié)的潛熱、升華的潛熱、和/或所有這些屬性的組合。
為了簡(jiǎn)化目的，并且一般地說，本說明書通篇提到，所監(jiān)控和建模 的操作屬性是流體流的溫度、流率和流體流的資源流的比熱。然而，再 者，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可以預(yù)見本發(fā)明的其它配置和實(shí)現(xiàn)，并 且本說明書通篇僅提到上面那些絕不應(yīng)視為限制。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所采用的程序產(chǎn)品可記錄、保持或以其 他方式接收過程中影響過程能量消耗的所識(shí)別資源流的列表。優(yōu)選地， 結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，可監(jiān)控所涉及的所有資源流，并且對(duì)其建模，以 提供所需能量消耗值的最準(zhǔn)確指示或計(jì)算。
在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，沒必要識(shí)別和監(jiān)控過程中采用的所有資 源流。例如，在這種可選實(shí)施例中，可以只監(jiān)控或識(shí)別所選數(shù)量的流， 其是最重要的，或者相對(duì)于過程的能量消耗最重要。這可以提供當(dāng)使用 比較低成本的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或提供能量消耗值的快速近似指示時(shí)所需的 能量消耗值的近似計(jì)算。
37在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于所采用的程序產(chǎn)品或在所采用的程 序產(chǎn)品內(nèi)，還可以識(shí)別所監(jiān)控或建模的資源流的所有相關(guān)操作和/或設(shè) 計(jì)屬性。優(yōu)選地，結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，可以跟蹤對(duì)過程的能量消 耗有影響的所監(jiān)控的流的所有操作和/或設(shè)計(jì)屬性，并且對(duì)其建模。對(duì) 影響能量消耗的每一個(gè)操作和設(shè)計(jì)屬性建模又將提供所建模過程的能 量消耗的準(zhǔn)確計(jì)算。
在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，可能沒必要監(jiān)控每一個(gè)相關(guān)操作和/或 設(shè)計(jì)屬性，或?qū)ζ浣！＠?，在一個(gè)可選實(shí)施例中，結(jié)合本發(fā)明，可 以只監(jiān)控所選數(shù)量的相對(duì)于能量消耗高度相關(guān)或非常重要的屬性，或?qū)?其建模。該程序產(chǎn)品允許嚴(yán)格檢查這種重要性，因?yàn)槠浣换?shù)據(jù)錄入能 力使得能夠在錄入每個(gè)資源流的數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)算能量消耗全局最小值和最 大值。這種方法可以允許計(jì)算快速和近似能量消耗值，或可選地允許本 發(fā)明使用比較低容量的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來運(yùn)作。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所提供的程序產(chǎn)品適于從用戶接收至少 一組屬性值范圍。程序產(chǎn)品的用戶可以是希望建模和可能優(yōu)化特定過程 的能量消耗的個(gè)人或組織。所涉及的用戶可輸入資源流的所選操作或設(shè) 計(jì)屬性的至少一組屬性值范圍，以反過來提供建立所涉及的過程的模型 所需的基本數(shù)據(jù)或信息。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于資源流的一個(gè)或多個(gè)操作屬性，可 以接收至少一組屬性值范圍。這個(gè)信息可以表示能夠改變所涉及過程消 耗的能量的特定橾作和/或設(shè)計(jì)屬性值的可允許范圍。有利的是，通過 提供屬性值范圍，這大大簡(jiǎn)化了為用戶所提供的程序產(chǎn)品的使用，用戶 不需要試驗(yàn)通過能夠被錄入和接收的所有單個(gè)離散值而提供的每一個(gè) 可能情況。
在本發(fā)明的另 一優(yōu)選實(shí)施例中，可以從用戶接收單組屬性值范圍， 并且賦給對(duì)于結(jié)合本發(fā)明監(jiān)控和建模的每一個(gè)資源流所識(shí)別的每一個(gè) 操作和設(shè)計(jì)屬性。所提供的屬性值范圍可給出操作和設(shè)計(jì)參數(shù)，在這些 參數(shù)中，每個(gè)操作屬性都能在流特定最小接近溫度以及要建模的過程的 運(yùn)行中改變或波動(dòng)。
然而，在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，對(duì)于結(jié)合本發(fā)明監(jiān)控和建模的任 何每一個(gè)操作和/或設(shè)計(jì)屬性，不一定要接收單個(gè)屬性值范圍。例如， 在一些可選實(shí)施例中，可為具有多個(gè)屬性的資源流的單個(gè)搡作或設(shè)計(jì)屬性提供單個(gè)操作或設(shè)計(jì)屬性范圍，如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的。而且， 還應(yīng)該理解，可以相對(duì)于單個(gè)操作屬性，接收不止一組屬性值范圍。根 據(jù)這種實(shí)施例，如果需要的話，可以接收幾組連續(xù)的屬性值范圍。
然而，本說明書通篇提到，對(duì)于結(jié)合本發(fā)明監(jiān)控和建模的每一個(gè)資 源流的每個(gè)屬性，所采用的程序產(chǎn)品接收單組屬性值范圍。然而，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可以預(yù)見要提供的程序產(chǎn)品的其它配置和實(shí)現(xiàn)， 并且本說明書通篇僅提到上面那些絕不應(yīng)視為限制。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所提供的程序產(chǎn)品適于使用所接收的屬 性值范圍計(jì)算至少一個(gè)能量消耗值。優(yōu)選地，所計(jì)算的能量消耗值可以 是通過確定或選擇導(dǎo)致最優(yōu)化能量消耗結(jié)果的屬性值的特定集而計(jì)算 的所涉及過程的最優(yōu)值。
在本發(fā)明的另 一優(yōu)選實(shí)施例中，所采用的程序產(chǎn)品可計(jì)算過程所消 耗的全局最小能量或操作和/或設(shè)計(jì)屬性值或設(shè)置的特殊優(yōu)化集合。這 個(gè)計(jì)算然后可以用于微調(diào)要采用的設(shè)備的操作或設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)過程，或
可選地調(diào)整或幫助相對(duì)于現(xiàn)有過程系統(tǒng)要完成的重新設(shè)計(jì)和重新開發(fā) 或改型工作。
在本發(fā)明的另 一優(yōu)選實(shí)施例中，所采用的程序產(chǎn)品可以用于計(jì)算用
于加熱資源流的全局能量效用Qh的值和用于冷卻資源流的全局能量效 用Q。的值。其還可以用于計(jì)算受全局最小冷卻效用影響的最小加熱效用 和受全局最小加熱效用的最小冷卻效用。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所提供的程序產(chǎn)品適于使用唯一的數(shù)學(xué) 公式，計(jì)算任何過程或過程串中熱資源流和冷資源流所需的全局最小能 量消耗值。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，也可以預(yù)見所開發(fā)技術(shù)的其它實(shí)現(xiàn)或方 面，并且本說明書通篇僅提到上面那些絕不應(yīng)視為限制。因此，本發(fā)明 是方法論、自動(dòng)執(zhí)行該方法論的數(shù)學(xué)算法和用戶友好程序產(chǎn)品。程序產(chǎn) 品中的計(jì)算引擎/數(shù)學(xué)算法也是本發(fā)明的另 一個(gè)組成部分，因?yàn)樗梢?由他人用于開發(fā)他們自己的程序產(chǎn)品。
這個(gè)非臨時(shí)申請(qǐng)與美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/816,234有關(guān)，該專利申 請(qǐng)?jiān)诖巳恳胍怨﹨⒖肌?br> 在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型優(yōu)選實(shí)施例，并且盡 管使用了專門術(shù)語，但這些術(shù)語的使用僅是描迷?shī)^義，并不是為了限制的目的。已經(jīng)具體參照這些說明的實(shí)施例，相當(dāng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明。 本發(fā)明并不應(yīng)看作是局限于所公開的具體形式或?qū)嵤├驗(yàn)檫@些被視 為說明性的，而不是限制性的。然而，顯而易見的是，可以在前面說明 書中所描述的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，進(jìn)行各種修改和改變。例如，在
示范性實(shí)施例中，與ATJ有關(guān)的熱交換分析的許多點(diǎn)集中在相對(duì)于冷資 源的熱資源上?？蛇x地，熱交換分析可以針對(duì)相對(duì)于熱資源流的冷資源 流， 并仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種系統(tǒng)(30)，用于優(yōu)化具有各擁有至少一個(gè)操作屬性(161，163，165)的多個(gè)資源流的過程的能量回收，所述系統(tǒng)(30)包括能量效用建模計(jì)算機(jī)(31)，所述能量效用建模計(jì)算機(jī)具有處理器(33)以及耦合到所述處理器(33)以在其中存儲(chǔ)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的存儲(chǔ)器(35)，所述系統(tǒng)(30)的特征在于數(shù)據(jù)庫(kù)，其存儲(chǔ)在所述能量建模計(jì)算機(jī)(31)的所述存儲(chǔ)器(35)中，并具有各自分別定義多個(gè)熱資源流(H1..Hn)中每一個(gè)的至少一個(gè)操作屬性(161，163，165)的值的可能范圍的多組值和各自分別定義多個(gè)冷資源流(C1..Cn)中每一個(gè)的至少一個(gè)操作屬性(161，163，165)的值的可能范圍的多組值；以及能量效用建模程序產(chǎn)品(51)，其存儲(chǔ)在所述能量效用建模計(jì)算機(jī)(31)的所述存儲(chǔ)器(35)中，以優(yōu)化所述過程的能量回收，所述程序產(chǎn)品(51)包含當(dāng)由所述能量效用建模計(jì)算機(jī)(31)運(yùn)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行如下操作的指令接收各自定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)熱資源流(H1..Hn)中單獨(dú)的一個(gè)流的屬性值(161，163，165)的可能范圍的多組值和各自定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)冷資源流(C1..Cn)中單獨(dú)的一個(gè)流的屬性值(161，163，165)的可能范圍的多組值；將多個(gè)流特定最小溫距值({ΔTmini})中的至少一組賦給所述多個(gè)熱資源流(H1..Hn)，每組流特定最小溫距值((ΔTmini})中的至少其中兩個(gè)值(ΔTmini)彼此不同；以及響應(yīng)于接收和賦予操作，確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh(minimum)，Qh(maximum)])和全局最小冷卻能量效用間隔([Qc(minimum)，Qc(maximum)])。
2. 如權(quán)利要求1所迷的系統(tǒng)(30),其中所述能量效用建模程序產(chǎn) 品(51)還包含執(zhí)行如下操作的指令根據(jù)所述多組熱資源流屬性值(161， 163， 165)和所述多組冷資源流 屬性值U61， 163，165)來確定提供定義第一驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小 加熱能量效用(Qh (minimum))的第一組離散過程條件；以及根據(jù)所述多組熱資源流屬性值(161， 163， 165)和所述多組冷資源流 屬性值(161， 163， 165)來確定提供定義第二驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小冷卻能量效用(Qc (minimum))的第二組離散過程條件。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(30)，其中所述能量效用建模程序產(chǎn) 品(51)還包括執(zhí)行如下操作的指令計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第一組過程條件關(guān)聯(lián)的第一能量成本要求；計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第二組過程條件關(guān)聯(lián)的第二能量成本要求；以及 響應(yīng)于確定與第一和第二過程條件關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求，從所述第一組和第二組過程條件中選擇提供最小能量成本要求的那組過程條件。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(30),其中所述能量效用建模程序產(chǎn) 品(51)還包括執(zhí)行如下操作的指令響應(yīng)于選擇的那組過程條件，設(shè)計(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)；以及 確定與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的資本成本。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(30)，其中所述能量效用建模程序產(chǎn) 品(51)還包括執(zhí)行如下操作的指令:接收各自分別定義所述多個(gè)熱資源 流(Hl…Hn)中每一個(gè)的流特定最小接近值的可能范圍("L,J[L:U]))的 多組值。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(30),其中對(duì)于落入所迷多個(gè)熱資源 流(HI. ， Hn)中每一個(gè)的流特定最小接近值的可能范圍((ATJ [L: U]"內(nèi) 的流特定最小接近值的多個(gè)組合中的每一個(gè)，遞增地執(zhí)行確定全局最小 加熱能量效用間隔([Qh (mini麵)，Qh (max imum)])和全局最小冷卻能量 效用間隔([Qc (mi nimum),Qc (maximum)])、確定第一組和第二組離散過 程條件、計(jì)算與之關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求以及選擇提供所述最 小能量成本要求的那組過程條件的操作。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(30)，其中使用級(jí)聯(lián)算法 執(zhí)行確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (mi n imum) ， Qh (max imum)])和 全局最小冷卻能量效用間隔([Qc (minimum), Qc (maximum)])的操作。
8. 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(30),其中所述接收操作 包含如下操作接收所述多個(gè)熱資源流(Hl. . Hn)中每一個(gè)和所述冷資源 流(CI. . Cn)中每一個(gè)的供應(yīng)溫度(Ts)的下限和上限值(161),接收所述 多個(gè)熱資源流(HI. . Hn)中每一個(gè)和所述冷資源流(CI. . Cn)中每一個(gè)的 目標(biāo)溫度(Tt)的下限和上限值(163)，接收所迷多個(gè)熱資源流(HI.. Hn) 中每一個(gè)和所述多個(gè)冷資源流(CI. . Cn)中每一個(gè)的熱容流率(FCp)的下限和上限值(165);以及接收所述多個(gè)熱資源流(Hl. .Hn)中每一個(gè)的流特定最小溫距值的一組下限和上限值(AT"' [L: U])。
9. 如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(30)，其中確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (minimum), Qh (maximum)])的操作包含如下操作響應(yīng)于賦予所述多個(gè)流特定最小溫距值(ATJ)的搡作，確定賦給所述多個(gè)熱資源流(H 1,. Hn)的所述多個(gè)流特定最小溫距值({ATmiJ})的其中一組的多個(gè)溫階間隔(170),每個(gè)溫階間隔(170)具有指示從所述多個(gè)熱資源流(HI.. Hn)共同提取的熱量的輸入間隔(171)、指示共同施加到所述多個(gè)冷資源流(CI. . Cn)的熱量的輸出間隔(173, Qs'c、Qshi8h-°u'put)以及指示可供所述多個(gè)溫階間隔(170)中下一個(gè)之用的剩余熱量的輸出間隔(175， Qs^一。一'， Qs一一s一us);確定所述多個(gè)溫階間隔(170)的最小高輸出值(min[Q，h-—"])和最小低輸出值(min[Q廣-—ul]);以及響應(yīng)于確定所述最小高輸出值(min[Qs— 'P"'])和所述最小低輸出值(min[Q,'。y])的操作，確定所述全局最小加熱能量效用間隔([Qh (minimum) ， Qh (maximum)])。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(30),其中所述多個(gè)流特定最小溫距值((AT^i))的其中一組包含賦給所述多個(gè)熱資源流(Hl..Hn)中每一個(gè)的所述多個(gè)流特定最小接近值({△T』的組內(nèi)的每個(gè)值范圍((AT。,J [L: U〗"的最低范圍值(d[L]));其中所述能量效用建模程序產(chǎn)品(51)還包含執(zhí)行如下操作的指令接收各自分別定義所述多個(gè)熱資源流(Hl..Hn)中每一個(gè)的流特定最小接近值(仏J)的可能范圍的多組值(U [L: U]});以及其中對(duì)于所接收的其余多組特定最小溫距值("U)中的每一個(gè)，執(zhí)行確定多個(gè)溫階間隔(170)、確定最小高輸出值(min[Q，h-"—':i)和最小低輸出值(min[Qs'"-?！?以及確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (minimum) ， Qh (maximum)〗)的操作。
11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)(30),其中第 一溫階(170)使用的所述特定最小溫距((AU )的第 一值最初對(duì)于所有熱資源流(Hl. . Hn)都設(shè)置為0,以建立所述過程的全局理論能量目標(biāo)值(Qh,Qc)。
12. 如權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(30),其中確定所述全局最小冷卻能量效用間隔([Qc (minimum) ，Qc (maximum)])的操作包含如下操作確定所述全局最小加熱能量效用間隔([Qh (minimum) ，Qh (maximum)]) 的 對(duì) 稱 映 像([Qh (max imum) ， Qh (minimum)]);響應(yīng)于確定所述對(duì)稱映像([Qh (max imum), Qh (m i ni睡)])的操作，確定賦給所述多個(gè)熱資源流(H1. . H n)的所述多個(gè)流特定最小溫距值()的其中 一組的多個(gè)溫階間隔(17 0),每個(gè)溫階間隔(17 0)具有指示從所述多個(gè)熱資源流(Hl.,Hn)共同提取的熱量的輸入(171)、指示共同施力口到所述多個(gè)冷資源流(Cl..Cn)的熱量的輸出(173， Q，-—u'， Qshw一。^")以及指示可供所述多個(gè)溫階間隔(170)中下一個(gè)之用的剩余熱量的輸出(175， Qs'"-。"put， Q,gh一s—"s>;確定所述多個(gè)溫階間隔(170)的最小高輸出值(min[Qs一-。"'p"'])和最小低輸出值(min [Q"-。'一]);以及響應(yīng)于確定所述最小高輸出值(min[Q;^-?！?])和所述最小低輸出值(min[Qs'。w-一"']),確定所述全局冷卻能量效用間隔([Qc (minimum)，Qc (maximum)〗)。
13. 如權(quán)利要求12所迷的系統(tǒng)(30)，其中對(duì)于多組特定最小溫距值()中的每一個(gè)，執(zhí)行響應(yīng)于確定所述全局最小冷卻能量效用間隔([Qc (minimum) ，Qc (maximum)])的操作，確定多個(gè)溫階間隔(170)、確定最小高輸出值(min [Qs一-,u'])和最小低輸出值(min [q)以及確定全局最小冷卻能量效用間隔([Qc (minimum), Qc (max imum)])的子操作。
14. 一種系統(tǒng)(30),用于優(yōu)化具有各擁有至少一個(gè)操作屬性(161,163， 165)的多個(gè)資源流0^1..化，(:1..(:11)的過程的能量回收，所述系統(tǒng)(30)包括能量效用建模計(jì)算機(jī)(31),所述能量效用建模計(jì)算機(jī)具有處理器(33)以及耦合到所述處理器(33)以在其中存儲(chǔ)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的存儲(chǔ)器(35)，所述系統(tǒng)(30)特征在于能量效用建模程序產(chǎn)品(51),其存儲(chǔ)在所述能量效用建模計(jì)算機(jī)(31)的所迷存儲(chǔ)器(35)中，以優(yōu)化所述過程的能量回收，所述程序產(chǎn)品(51)包含當(dāng)由所迷能量效用建模計(jì)算機(jī)(31)運(yùn)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行如下操作的指令將至少 一 組流特定最小溫距值()賦給多個(gè)熱資源流(H 1. . Hn),至少 一組()中的每組內(nèi)的至少其中兩個(gè)值(U)彼此不同；以及，響應(yīng)于賦予所述至少一組流特定最小溫距值((AU)的操作，確定全局最小加熱能量效用(Qh (minimum))。
15. 如權(quán)利要求14所迷的系統(tǒng)(30),其中所迷能量效用建模程序產(chǎn)品(51)還包括執(zhí)行如下操作的指令響應(yīng)于賦予所述至少一組流特定最小溫距值((AU)的操作，確定全局最小冷卻能量效用(Qc (mini麵));根據(jù)多組熱資源流屬性值(161 ， 163， 165)和多組冷資源流屬性值(161, 163， 165)來確定提供定義第一驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小加熱能量效用(Qc (minimum))的第一組離散過程條件；以及根據(jù)所述多組熱資源流屬性值(161 ， 163， 165)和所述多組冷資源流屬性值(161， 163, 165)來確定提供定義第二驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小冷卻能量效用(Qc (minimum))的第二組離散過程條件。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(30),其中所述能量效用建模程序產(chǎn)品(51)還包括執(zhí)行如下操作的指令計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第一組過程條件關(guān)聯(lián)的第一能量成本要求；計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第二組過程條件關(guān)聯(lián)的第二能量成本要求；以及響應(yīng)于確定與第一和第二過程條件關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求，從第一組和第二組過程條件中選擇提供最小能量成本要求的那組過程條件。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)(30),其中所述能量效用建模程序產(chǎn)品(51)還包括執(zhí)行如下操作的指令響應(yīng)于選擇的那組過程條件，設(shè)計(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)；以及確定與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的資本成本。
18. 如權(quán)利要求15或16所述的系統(tǒng)(30),其中所述能量效用建模程序產(chǎn)品(51)還包含執(zhí)行如下操作的指令接收各自定義所述多個(gè)熱資源流(H 1. . Hn)中單獨(dú)的 一個(gè)流的流特定最小接近值(ALJ)的可能范圍的多組值((ATJ [L:im)。
19. 如權(quán)利要求18所迷的系統(tǒng)(30)，其中對(duì)于落入所述多個(gè)熱資源流(HI.. Hn)中每一個(gè)的流特定最小接近值({ATJ [L: )的可能范圍內(nèi)的流特定最小接近值(AT"5)的多個(gè)組合中的每一個(gè)，遞增地執(zhí)行確定全局最小力。熱能量效用(Qh (minimum))和全局最小冷卻效用(Qc (minimum))、確定第一組和第二組離散過程條件、計(jì)算與之關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要求以及選擇提供所述最小能量成本要求的那組過程條件的操作。
20. 如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所迷的系統(tǒng)(30),其中使用級(jí)聯(lián)算法，執(zhí)行確定全局最小加熱能量效用(Qh (minimum))和全局最小冷卻能量效用(Qc (minimum))的操作。
21. 如權(quán)利要求14-20中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(30),其中所述能量效用建模程序產(chǎn)品(51)還包含執(zhí)行如下操作的指令接收各自定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)熱資源流(Hl. . Hn)中單獨(dú)的一個(gè)流的屬性值(161， 163, 165)的可能范圍的多組值(161， 163, 165)和各自定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)冷資源流(C1. .Cn)中單獨(dú)的 一 個(gè)流的屬性值(161， 163， 165)的可能范圍的多組值(161,163,165)。
22. 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)(30),其中所述接收操作包含如下操作接收所述多個(gè)熱資源流(H1.. Hn)中每一個(gè)和所述冷資源流(C1. . Cn)中每一個(gè)的供應(yīng)溫度(Ts)的下限和上限值(161),接收所述多個(gè)熱資源流(HI. . Hn)中每一個(gè)和所述冷資源流(C1. . Cn)中每一個(gè)的目標(biāo)溫度(Tt)的下限和上限值(163)，接收所述多個(gè)熱資源流(Hl. .Hn)中每一個(gè)和所述多個(gè)冷資源流(Cl. . Cn)中每一個(gè)的熱容流率(FCp)的下限和上限值(165);以及接收所述多個(gè)熱資源流(HI. . Hn)中每一個(gè)的流特定最小溫距值的一組下限和上限值(U [L: U])。
23.如權(quán)利要求14-22中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(30)，其中確定全局最小加熱能量效用(Qc (minimum))的操作包含如下操作響應(yīng)于將至少 一組流特定最小溫距值()賦給所述多個(gè)熱資源流(Hl.. Hn)的操作，確定賦給所述多個(gè)熱資源流(Hl.. Hn)的所述多個(gè)流特定最小溫距值(ATJ)的其中一組的多個(gè)溫階間隔(170)，每個(gè)溫階間隔(170)具有指示從所述多個(gè)熱資源流(Hl. . Hn)共同提取的熱量的輸入間隔(171)、指示共同施加到多個(gè)冷資源流(C1.. Cn)的熱量的輸出間隔(173， q"-一'"， q""—。，')以及指示可供所述多個(gè)溫階間隔(170)中下一個(gè)之用的剩余熱量的輸出間隔(175， Qs'。"—'， Qs一—確定所迷多個(gè)溫階間隔U70)的最小高輸出值(min[Qshigh-一u'])和最小低輸出值(min[Q^-°utpul]);以及響應(yīng)于確定所迷最小高輸出值(m i n [Qsh"h-，"'})和所述最小低輸出值(min [Qs'°w-°utput])的操作，確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (minimum) ， Qh (maximum) I)。
24. 如權(quán)利要求2 3所述的系統(tǒng)(30),其中所述多個(gè)特定最小溫距值((AU )的其中 一組包含賦給所述多個(gè)熱資源流(H1.. Hn)中每一個(gè)的所述多個(gè)流特定最小溫距值({ALJ})的組內(nèi)的每個(gè)值范圍的最低范圍值((線J [L]});其中所述能量效用建模程序產(chǎn)品(51)還包含執(zhí)行如下操作的指令接收分別定義所述多個(gè)熱資源流(Hl..Hn)中每一個(gè)的流特定最小接近值(Ai;J)的可能范圍的多組值({AT ini [L: U]});以及其中對(duì)于多組特定最小溫距值("U)中的每一個(gè)，執(zhí)行確定多個(gè)溫階間隔(17 0)、確定最小高輸出值(mi n [Q,g "])和最小低輸出值(mi n [Q"一一t])以及確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (mi n imum)，Qh (maximum)〗)的操作。
25. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)(30),其中第一溫階使用的所迷特定最小溫距(ATfflin')的第 一值最初對(duì)于所有熱資源流(HI.. Hn)都設(shè)置為0,以建立所迷過程的全局理論能量目標(biāo)值。
26. 如權(quán)利要求23-25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(30)，其中根據(jù)如下計(jì)算，確定所述全局最小加熱能量效用間隔Qh= [Qh (mi n i mum) ， Qh (max i mum)];其中Qh (minimum) =ABS Min{ Min[ Qs ul]， 0.0};Qh (maximum) =ABS Min{ Min[ Qs'~]， o. 0 };其中<formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 9</formula>
27. 如權(quán)利要求23-26中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(30),其中所述能量效用建模程序產(chǎn)品(51)還包含執(zhí)行確定所述全局最小冷卻能量效用間隔([Qc (minimum), Qc (maximum)])的操作的指令，其還包含如下操作確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (minimum) ， Qh (maximum)])的對(duì)稱映像([Qh (maximum) ， Qh (minimum)]);響應(yīng)于確定所述對(duì)稱映像([Qh(maximum) ，Qh(minimum)])的操作，確定賦給所述多個(gè)熱資源流(Hl. .Hn)的所述多個(gè)流特定最小溫距值')的其中 一組的多個(gè)溫階間隔u 7 0)，每個(gè)溫階間隔(17 0)具有指示從所述多個(gè)熱資源流(Hl.. Hn)共同提取的熱量的輸入(171)、指示共同施加到所述多個(gè)冷資源流(Cl..Cn)的熱量的輸出(173， Qs"w-°utPu'， Q，h_。>uPUl)以及指示可供所述多個(gè)溫階間隔(170)中下一個(gè)之用的剩余熱量的輸出(175， qs'm-， qs """);確定所述多個(gè)溫階間隔(170)的最小高輸出值(min[Q，h-n一'])和最小低輸出值(min [Qs'""一]);以及響應(yīng)于確定所述最小高輸出值(min[Qsh"""一])和所迷最小低輸出值(min[Qs'°w-°u'pu']),確定所述全局冷卻能量效用間隔([Qc (minimum),Qc (maximum)])。
28. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)(30),其中對(duì)于多組特定最小溫距值((AU)中的每一個(gè)，執(zhí)行響應(yīng)于確定所述全局最小冷卻能量效用間隔([Qc(minimum),Qc(maximum)])的操作，確定多個(gè)溫階間隔(170)、確定最小高輸出值(min[Qs—-—"'])和最小低輸出值(min [Qs'。y'])以及確定全局最小冷卻能量效用間隔的操作。
29. —種用于對(duì)過程的能量消耗建模的方法，所述過程使用多個(gè)資源流(HI. . Hn， CI,. Cn)，其中每個(gè)資源流(HI. . Hn， CI. . Cn)具有至少一個(gè)操作屬性(161， 163， 165),所述方法的特征在于如下步驟接收所迷過程使用的至少一個(gè)所述資源流(HI. , Hn, CI. . Cn)的至少一個(gè)屬性(161， 163, 165)的至少一組屬性值(161， 163， 165)范圍;接收至少一組流之間的流特定最小接近溫度值UAU)，所述至少一組流特定最小溫距值({AT^i})中的至少其中兩個(gè)值(f)彼此不同;以及使用所接收的至少一組屬性值U61, 163， 165)范圍和該至少一組流特定最小接近溫度值UATJ))計(jì)算所述過程的至少一個(gè)能量消耗值。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征還在于如下步驟識(shí)別在要建模的過程中使用的一個(gè)或多個(gè)資源流。
31. 如權(quán)利要求29或30所述的方法，其特征還在于如下步驟識(shí)別在所述過程中使用的影響所述過程的能量消耗的資源流(Hl. . Hn, Cl. . Cn)的一個(gè)或多個(gè)操作屬性(161， 163， 165)。
32. 如權(quán)利要求29-31中任一項(xiàng)所述的方法，其特征還在于如下步驟從導(dǎo)致所計(jì)算的期望能量消耗值的所提供的接收范圍指示特定屬性值(161， 163， 165)。
33. 如權(quán)利要求29-32中任一項(xiàng)所述的方法，其中所計(jì)算的所述能量消耗值選自由如下項(xiàng)組成的組對(duì)熱資源流(Hl. .Hn)消耗的全局最小能量Qh (minimum)、對(duì)冷資源流(Cl.. Cn)消耗的全局最小能量Qc (minimum)、對(duì)熱資源流(H 1.. Hn)消耗的全局最大能量Qh (max i mum)和對(duì)冷資源流(C1. , Cn)消4毛的全局最大能量Qc (maximum)。
34. 如權(quán)利要求29-33中任一項(xiàng)所述的方法，其中每個(gè)資源流(HI. .Hn，Cl. .Cn)都具有至少三個(gè)用戶定義的操作屬性(161， 163, 165),每個(gè)屬性都具有至少一組屬性值U61, 163， 165)范圍。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述至少三個(gè)用戶定義的操作屬性(161, 163, 165)包括所述資源流(HI.. Hn， Cl. . Cn)的供應(yīng)溫度(161, Ts)、所述資源流(HI. . Hn, Cl.. Cn)的目標(biāo)溫度(163, Tt)以及所述資源流(Hl.. Hn， Cl. . Cn)的熱容流率(165， FCp)。
36. —種程序產(chǎn)品(51),其存儲(chǔ)在有形計(jì)算機(jī)介質(zhì)中，用以對(duì)過程的能量消耗建模，所述過程使用多個(gè)資源流(Hl..Hn，Cl..Cn),其中每個(gè)資源流具有至少一個(gè)操作屬性(161， 163， 165),所述程序產(chǎn)品(51)包含當(dāng)由計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行其特征如下的操作的指令接收所述過程使用的至少一個(gè)資源流(HI. . Hn， Cl. . Cn)的至少一個(gè)屬性(161， 163, 165)的至少一組屬性值(161， 163， 165)范圍;接收至少一組流之間的流特定最小接近溫度值((AU),所述至少一組流特定最小溫距值((U))中每組內(nèi)的至少其中兩個(gè)值(U)彼此不同；以及使用所接收的至少一組屬性值(161, 163， 165)范圍和該至少一組流 特定最小接近溫度值((AU)，計(jì)算所述過程的至少一個(gè)能量消耗值。
37. 如權(quán)利要求36所述的程序產(chǎn)品(51),所述操作的特征還在于識(shí) 別在要建模的過程中使用的 一個(gè)或多個(gè)資源流(H 1. Hn, C1. Cn)。
38. 如權(quán)利要求36或37所述的程序產(chǎn)品(51),所述操作的特征還在于 識(shí)別在所述過程中使用的影響所述過程的能量消耗的資源流 (HI. .Hn，Cl. .Cn)的一個(gè)或多個(gè)操作屬性(161， 163， 165)。
39. 如權(quán)利要求36-38中任一項(xiàng)所述的程序產(chǎn)品(51),所述操作的特征 還在于從導(dǎo)致所計(jì)算的能量消耗值的所提供的接收范圍指示特定屬性 值(161, 163, 165)。
40. 如權(quán)利要求36-39中任一項(xiàng)所述的程序產(chǎn)品(51),其中所計(jì)算的所 述能量消耗值選自由如下項(xiàng)組成的組對(duì)熱資源流(Hl.. Hn)消耗的全局 最小能量Qh (minimum)、對(duì)冷資源流(C1.. Cn)消耗的全局最小能量 Qc (minimum)、對(duì)熱資源流(Hl. . Hn)消耗的全局最大能量Qh (max imum)和 對(duì)冷資源流(Cl.. Cn)消耗的全局最大能量Qc (maximum)。
41. 如權(quán)利要求36-40中任一項(xiàng)所述的程序產(chǎn)品(51),其中每個(gè)資源流 (HI.. Hn， Cl.. Cn)都具有至少三個(gè)用戶定義的操作屬性(161, 163, 165), 每個(gè)屬性都具有至少一組屬性值(161， 163， 165)范圍。
42. 如權(quán)利要求41所述的程序產(chǎn)品(51),其中所述至少三個(gè)用戶定義 的操作屬性(161,163， 165)包括所述資源流(HI.. Hn， Cl.. Cn)的供應(yīng)溫 度(161,Ts)、所述資源流(Hl..Hn，Cl. .Cn)的目標(biāo)溫度(163， Tt)以及所 述資源流(HI. . Hn, Cl. . Cn)的熱容流率(165, FCp)。
43. —種計(jì)算機(jī)(31)可讀的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用以優(yōu)化具有多個(gè)資源 流(HI. . Hn, Cl. . Cn)的過程的能量回收，所述計(jì)算才幾可讀介質(zhì)包括一組 指令，所述指令當(dāng)由所述計(jì)算機(jī)(31)運(yùn)行時(shí)，使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行其 特征如下的操作接收各自定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)熱資源流(HI.. Hn)中單獨(dú)的 一個(gè)流的屬 性值(161 ， 163， 165)的可能范圍的多組值和各自定義對(duì)應(yīng)的多個(gè)冷資源 流(Cl..Cn)中單獨(dú)的一個(gè)流的屬性值(161， 163, 165)的可能范圍的多組值；將多個(gè)流特定最小溫距值((厶TJ))中的至少一組賦給所迷多個(gè)熱 資源流(H 1. . Hn),每 一組流特定最小溫距值((ALJ))中的至少其中兩個(gè)值(厶TJ)彼此不同；以及響應(yīng)于接收和賦予操作，確定全局最小加熱能量效用間隔 ([Qh (mi n i mum) ，Qh (maximum)])和全局最小冷卻能量效用間隔 ([Qc (minimuin) ， Qc (max imum)])。
44. 如權(quán)利要求43所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述操作的特征還在于根椐所述多組熱資源流屬性值(161， 163， 165)和所述多組冷資源流 屬性值(161， 163， 165)來確定提供定義第一驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小 加熱能量效用(Qh(minimum))的第一組離散過程條件；以及根據(jù)所述多組熱資源流屬性值(161, 163， 165)和所述多組冷資源流 屬性值(161， 163， 165)來確定提供定義第二驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小 冷卻能量效用(Qc (minimum))的第二組離散過程條件。
45. 如權(quán)利要求44所迷的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述操作的特征還在于計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第一組過程條件關(guān)聯(lián)的第一能量成本要求； 計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第二組過程條件關(guān)聯(lián)的第二能量成本要求； 響應(yīng)于確定與第一和第二過程條件關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要 求，從第一組和第二組過程條件中選擇提供最小能量成本要求的那組過程條件；響應(yīng)于選擇的那組過程條件，設(shè)計(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)；以及 確定與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的資本成本。
46. —種計(jì)算機(jī)(31)可讀的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用以優(yōu)化具有多個(gè)資 源流的過程的能量回收，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括一組指令，所述指令 當(dāng)由所述計(jì)算機(jī)(31)運(yùn)行時(shí)，使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行其特征如下的操 作將至少一組流特定最小溫距值({ATJ})賦給多個(gè)熱資源流 (Hl..Hn),每組內(nèi)的至少其中兩個(gè)值彼此不同；以及響應(yīng)于賦予所述至少一組流特定最小溫距值((Ai;J))的操作，確定 全局最小加熱能量效用(Qh (minimum))。
47. 如權(quán)利要求46所迷的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中每個(gè)熱資源流具有 定義相應(yīng)熱資源流(HI. . Hn)的屬性(161， 1"， 165)的屬性值 (161， 163， 165)可能范圍的一組值，所迷計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還包括一組指令，所述指令當(dāng)由計(jì)算機(jī)(31)運(yùn)行時(shí)，使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行如下操作響應(yīng)于賦予所述至少一組流特定最小溫距值((AU)的操作，確定 全局最小冷卻能量效用(Qc (minimum));根據(jù)所述多組熱資源流屬性值(161 ， 16 3 ， 16 5)和多組冷資源流屬性 值(161, 163, 165)來確定提供定義第一驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小加熱 能量效用(Qc (minimum))的第一組離散過程條件；以及根據(jù)所述多組熱資源流屬性值(161， 163, 165)和所述多組冷資源流 屬性值(161, 163， 165)來確定提供定義第二驅(qū)動(dòng)力分布的最小全局最小 冷卻能量效用(Qc (min imum))的第二組離散過程條件。
48.如權(quán)利要求47所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述操作的特征還在于計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第一組過程條件關(guān)聯(lián)的第一能量成本要求； 計(jì)算與實(shí)現(xiàn)第二組過程條件關(guān)聯(lián)的第二能量成本要求；響應(yīng)于確定與第一和第二過程條件關(guān)聯(lián)的第一和第二能量成本要 求，從第一組和第二組過程條件中選擇提供最小能量成本要求的那組過程條件；響應(yīng)于選擇的那組過程條件，設(shè)計(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)；以及 確定與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的資本成本。
49. 如權(quán)利要求47或48所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述操作的特征還在 于接收各自定義所述多個(gè)熱資源流(H1.. H n)中單獨(dú)的 一 個(gè)流的流特定 最小接近值(ATmin!)的可能范圍的多組值((ATJ [L: U]})。
50. 如權(quán)利要求49所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中對(duì)于落入所述多個(gè)熱 資源流(HI. . Hn)中每 一 個(gè)的流特定最小接近值的可能范圍 ((AU [L: U]})內(nèi)的流特定最小接近值U)的多個(gè)組合中的每一個(gè)， 遞增地執(zhí)行確定全局最小加熱能量效用(Qh (minimum))和全局最小冷卻 效用(Qc (minimum))、確定第一組和第二組離散過程條件、計(jì)算與之關(guān) 聯(lián)的第一和第二能量成本要求以及選擇提供所述最小能量成本要求的 那組過程條件的操作。
51. 如權(quán)利要求46-50中任一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中確定 全局最小加熱能量效用(Qc (minimum))的操作包含如下操作響應(yīng)于將所述至少 一組流特定最小溫距值({ALJ})賦給所述多個(gè) 熱資源流(HI.. Hn)的操作，確定賦給所述多個(gè)熱資源流(HI. . Hn)的所述多個(gè)流特定最小溫距值(ATJ)的其中 一組的多個(gè)溫階間隔0 70)，每個(gè) 溫階間隔(170)具有指示從所述多個(gè)熱資源流(Hl, . Hn)共同提取的熱量 的輸入間隔(ni)、指示共同施加到多個(gè)冷資源流(Cl..Cn)的熱量的輸 出間隔(！73，Qs^-。"'p"'，Q，h-。、'w)以及指示可供所述多個(gè)溫階間隔(170) 中下一個(gè)之用的剩余熱量的輸出間隔(175， Qs^-。非'，Q"h—;確定所述多個(gè)溫階間隔(170)的最小高輸出值(min [Qshigh-—])和最 小低輸出值(min[Q廣-°u'pul]);以及響應(yīng)于確定所述最小高輸出值(min[Qs一」u一])和所述最小低輸出 值(min [Qslnw-n、ltput])的操作，確定全局最小加熱能量效用間隔 ([Qh (minimum) ， Qh (maximum)])。
52. 如權(quán)利要求51所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中根椐如下計(jì)算確 定戶斤述全局最小力口熱能量效用間隔[Qh (minimum) ， Qh (maximum)]:Qh= [Qh (minimum), Qh (maximum)〗； 其中Qh (minimum) -abs Min{ Min[ q，"一1], o. 0}; Qh (maximum) =ABS Min{ Min[ Qj。-。"，] ， 0.0); 其中0 high-output = —ow/pw/ + g^g/ _Sw/p/iii',其中怖s'A=l >=
53. 如權(quán)利要求51或52所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述多個(gè)流特定最小溫距值()的其中 一組包含賦給所 述多個(gè)熱資源流(H1. . H n)中每 一 個(gè)的所述多個(gè)流特定最小接近值 (H )的組內(nèi)的每個(gè)值范圍的最低范圍值({ATBin' [L]});其中所述操作的特征還在于接收各自分別定義所迷多個(gè)熱資源流 (Hl..Hn)中每一個(gè)的流特定最小接近值(ATJ)的可能范圍的多組值 ({△Tmi i[L:U〗});以及其中對(duì)于多組流特定最小溫距值()中的每一個(gè)，執(zhí)行確定多 個(gè)溫階間隔(17 0)、確定最小高輸出值On i n [Q,一-一'])和最小低輸出值(mi n [Qs'。"—。一':i)以及確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (min imum)， Qh (maximum))的操作。
54.如權(quán)利要求51-53中任一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述操作 的特征還在于確定所述全局最小冷卻能量效用間隔([Qc (minimum), Qc (maximum)]),其還包含如下操作確定全局最小加熱能量效用間隔([Qh (minimum), Qh (maximum)])的 對(duì)稱映像([Qh (maximum) ， Qh (minimum)〗)；響應(yīng)于確定所述對(duì)稱映像([Qh (max imum) ， Qh (m i n i卽m)])的操作， 確定賦給所述多個(gè)熱資源流(HI.. Hn)的所述多個(gè)流特定最小溫距值 ()的其中 一組的多個(gè)溫階間隔(170),每個(gè)溫階間隔(170)具有指 示從所述多個(gè)熱資源流(Hl,.Hn)共同提取的熱量的輸入(171)、指示共 同施加到所述多個(gè)冷資源流(CI.. Cn)的熱量的輸出 (173， Q,y", Qs,_DU'PUt)以及指示可供所迷多個(gè)溫階間隔(170)中下一 個(gè)之用的剩余熱量的輸出(175， Qs' -，u'， Qs一一^一)；確定所述多個(gè)溫階間隔(170)的最小高輸出值(min[Qs一-。一'])和最 小低輸出值(min[Q/。'-?！?]);以及響應(yīng)于確定所迷最小高輸出值Onin[Q，y"])和所述最小低輸出 值(mi n [Qs^ ])，確定所迷全局冷卻能量效用間隔([Qc (minimum), Qc (maximum)])。
55.如權(quán)利要求54所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中對(duì)于多組特定最小溫 距值((ATJ))中的每一個(gè)，執(zhí)行響應(yīng)于確定所迷全局最小冷卻能量效用 間隔([Qc (minimum) ， Qc (maximum) l)的操作，確定多個(gè)溫階間隔(170)、 確定最小高輸出值(mi n [Q"h-一u'])和最小低輸出值(m i n [Q，_,"])以 及確定全局最小冷卻能量效用間隔([Qc (minimum), Qc (maximum)])的操 作。
全文摘要
提供一種系統(tǒng)(30)、方法和用戶友好程序產(chǎn)品(51)，以同時(shí)而非枚舉地在所有可能過程改變和流特定最小溫距值(ΔT_minⁱ)下，對(duì)于過程或過程串，計(jì)算全局能量效用目標(biāo)并且定義最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布。除了識(shí)別最優(yōu)操作條件之外，程序產(chǎn)品(51)可以利用流特定最小溫距值(ΔT_minⁱ)，作為最優(yōu)化參數(shù)，而不是當(dāng)前使用的單個(gè)全局ΔT_min，其中上標(biāo)i表示特定熱流。程序產(chǎn)品(51)可以定義熱量回收系統(tǒng)中的最優(yōu)過程條件和最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分布，并且可以為任何能量回收系統(tǒng)產(chǎn)生顯示能量成本和資本成本之間嚴(yán)格折衷的最優(yōu)帕雷托曲線。
文檔編號(hào)G05B17/00GK101512448SQ200780031224
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者A·S·阿西里, M·B·諾雷爾丁 申請(qǐng)人:沙特阿拉伯石油公司;阿拉姆科服務(wù)公司