设计仿真 | 优化暖通空调(HVACR)系统的设计以应对新时代的挑战-数控专题

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设计仿真 | 优化暖通空调(HVACR)系统的设计以应对新时代的挑战

时间:2024-02-02 作者: 来源:中国工控网

此外，鉴于建筑环境产生了全球温室气体排放量的39%，对可持续性发展和低碳的日益关注使专注于绿色/高效的暖通空调运营。此外，围绕建筑规范的法规旨在通过确保“全民制冷优化”来减少能源匮乏，这也影响了HVACR系统的设计。

工业4.0，数字化转型和可持续性。

设计挑战

当今HVACR系统必须满足的各种需求，HVACR系统的设计考虑因素必须优先考虑以下参数：

能源与性能

Energy & performance

优化的通风设计，可改善整个室内环境的热舒适度/空气质量

包括多种功能，可实现香气、气流、湿度、净化控制

保持室内空气质量（IAQ），以防范病原体和其他空气污染物

设计案例

计算流体动力学（CFD）或热流体分析软件广泛用于模拟和分析复杂的热/流体现象，对于提高工程理解很有价值，同时提供了将这些知识传达给非专家的工具。例如，MSC Cradle CFD是Hexagon最先进的仿真软件，为制造领域的工程师提供支持已超过38年。

使用海克斯康的CradleCFD软件进行无缝且全面的多物理场计算流体动力学（CFD）仿真有助于优化HVACR系统设计。室内环境和室内空气质量的热舒适预测CFD模拟也支持绿色建筑认证项目，如LEED和BREEAM。

优化暖通空调风扇性能

在设计换热器的同时优化/最大化传热并最大限度地减少压力损失和结露冷凝具有挑战性。同时为了精确预测换热器性能，需要对沸腾/相变等复杂的物理现象进行仿真，而此类复杂物理模型的求解需要很长时间。几何结构的复杂性，在传统的仿真软件中导致高内存消耗和以及大量的计算时间。

Boost HEAT的创新锅炉设计使用燃气（天然或丙烷）燃烧产生的能量来运行压缩机。BoostHEAT的再生式热压缩机在斯特林循环的基础上有效地将气体与热泵循环融合在一起，与上一代传统冷凝锅炉相比，效率高达200%。

Cradle CFD仿真在BoostHEAT的设计探索过程中发挥了关键作用，以优化热通量，锅炉系统在最短的时间内响应不断变化的行业需求。

借助 Cradle CFD 的高效scFLOW 模块，助推完成了20次关键的锅炉设计仿真迭代，创建了他们的“数字孪生”。CFD 预测根据满足法规遵从性所需的物理测试进行了验证。在每个开发阶段，增压热都实现了更高的温度和更高的压力，与物理测试的相关性越来越高。

紫外线消毒

人的热舒适性是基于身体的热平衡的函数评估，并受到各种参数的影响，如表面温度、空气温度、空气速度、湿度、人体代谢率和衣服。根据全球公认的ANSI/ASHRAE标准55，热舒适性公认为“对热环境表示满意并通过主观评估的心理状态”。

工程师可以根据ANSI/ASHRAE标准55和ISO7730标准，通过计算PMV（predicted ean vote）、PPD（predicted percentage dissatisfied）和SET（standard effective temperature）等指标来评估室内环境中的热舒适度。然而，这些多变量热舒适指数在三维室内空间的计算是非常困难的，依赖于工程师的经验和传统估计方法的适用性。

CFD模拟可以更容易地分析和优化室内环境中的热感觉，并发现可能的节能。到目前为止，由于与BIM数据的连通性差、学习周期长专业知识和大量计算时间等问题，CFD模拟在热舒适设计中的应用一直很少。

Shinryo Corporation提供空调系统，给排水系统以及其他工程服务。为了解决能源效率问题，该公司引入了一种将Cradle CFD纳入其BIM系统的方法。这有助于将仿真时间缩短多达 50%。符合BIM标准的一个关键功能包括数据传输、管理部件和组织设计信息、定义分析条件的自定义接口、自动模型简化和自动高质量网格生成。这为他们的工程师配备了优化空调系统所需的设计工具。

在当今的行业中，降低建筑能耗是一个关键问题，Cradle CFD 帮助 Shinryo 工程师设计了更高效的空调。

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