优化暖通空调(HVACR)系统的设计以应对新时代的挑战

高效可持续HVACR系统设计与优化：面向智能建筑与工业4.0


项目背景与挑战

在当今社会，人类大约有90%的时间在由HVACR系统操控的室内环境中度过，这一系统对于维护健康的建筑环境以及优化人类的认知功能和健康具有关键作用。COVID19大流行进一步推动了人们对清洁室内空气和高效空气循环的关注，进而加强了对HVACR系统性能的要求。考虑到建筑环境领域的温室气体排放占全球总量的39%，可持续性发展和低碳经济成为行业聚焦点，促使HVACR系统向绿色高效转型。现有建筑规范及其相关法规旨在通过“全民制冷优化”策略，进一步减少能源浪费，这对外部HVACR设计提出了更多约束条件。此外，随着数字技术的进步和智能建筑的兴起，以及气候变化带来的极端天气考验，HVACR系统的效率和可靠性成为焦点，促使行业在低能耗冷却标准、自动化与分区HVACR系统等方面不断创新。




技术创新与挑战

能量与性能设计优化 面对能源效率和减碳的需求，HVACR系统的能耗和二氧化碳排放量需显著降低，同时冷却性能需有所增强，系统的小型化成为可能的发展路径。噪音控制和降低风扇、冷凝器的震动成为设计重要考量，材料疲劳分析对于关键部件如压缩机管道和支架的持久性和可靠性至关重要。电子设备的普及推动了对HVACR系统冷却效率和安全稳定的迫切需求。

舒适性和安全性 对热舒适度的精细化管理以及室内空气质量的维持成为设计的关键部分。通过CFD仿真优化通风系统设计，提升室内环境的热舒适度和空气质量。安全性和预防性疾病传播的需求通过紫外线消毒技术在较紧凑的空间内实现高效的空气消毒。

绿色建筑认证与智能设计 通过CFD仿真，实现绿色建筑认证标准如LEED和BREEAM的性能预测。芯片级热管理与散热设计同时满足能源效率、散热与环境影响的最小化，强化产品的竞争力。

创新案例与挑战解决

风扇与热源优化 松下生态系统使用Cradle CFD软件进行无缝多物理场CFD仿真，针对通用通风风扇设计进行了优化，实现了降低轴功率和提高风扇效率及减小噪音。通过优化设计变量如弦长、前倾角和进口角，不仅提高了产品效能，还提升了用户舒适度与降低噪音效果。

高效热交换器设计 短时间内进行沸腾/相变等复杂物理现象的精确仿真对换热器设计提出了挑战。Boost HEAT通过Cradle CFD即使在几何结构复杂的情况下，也成功优化热通量传递，快速响应行业需求变化。

紫外线消毒技术 Ecokaku株式会社利用Cradle CFD对UVC光空气净化设备中的辐射分布和流场进行模拟优化，确保了有效病毒消除和高效消杀，加强了现代建筑中对清洁室内空气质量的需求响应。

热舒适性与节能 结合ANSI/ASHRAE标准和CFD仿真，实现了基于三维室内环境热舒适度的更高精度预测和优化，这一先进的建模能力不仅减少了人因误差，还强化了能量效率优化的可能空间。

十年技术创新 深圳市优飞迪科技有限公司作为国家级高新技术企业，其在数字孪生、工业软件包括仿真技术与物联网领域的贡献，为客户提供具有全球竞争优势的集成解决方案。