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

专业技术文章：聚焦HVACR系统的设计与优化


项目背景

在全球暖通空调和制冷行业（HVACR）中，持续的科技驱动与环境意识的提升，对设备设计提出了新篇章的要求。面对90%时间在室内度过的人们对健康、舒适度的更高需求，以及突发健康危机如COVID19对洁净空气和空气循环的重视，HVACR系统的设计趋势在性能、可持续性、智能互联以及绿色运营方面发生了显著变化。同时，建筑环境的全球温室气体排放占39%，促使行业在低碳与可持续发展上力求突破。此外，旨在优化制冷效率的建筑法规推动了HVACR系统设计的创新。

技术设计挑战与考量

能源与性能：为了减少能源消耗和碳排放，提高HVACR系统的冷却性能与效率成为核心设计目标，通过小型化设计提升性能比。

降噪与高效系统：减少风扇、冷凝器等组件的噪音，注重系统整体的稳定性和低功耗运行。

耐用与疲劳性：增强成本效益，提高压缩机管道、风扇支架、管道系统的耐用性和抗击疲劳能力。

适应技术进步：随着电子元件的普及，确保设备有效冷却，防止电子过热，并降低潮湿风险。




技术案例与优化实例

风扇性能优化：通过使用Cradle CFD仿真技术，松下的通用通风风扇在设计时优化了轴功率以实现更高效率、更低噪音，实验证实其性能在所有参数上均优于现有产品。以更佳的效率和舒适性，实现噪音减少近2.5分贝，总压力效率提升2.5%。

热交换器设计：面对难题——同时优化传热、最小化压力损失和冷凝冷量，Boost HEAT采用高效Cradle CFD仿真加速20次的关键设计迭代，实现温度和压力的极大优化，满足高效能需求。

紫外线消毒技术：新冠疫情下，空气净化与消毒成为关键。Ecokaku以其京都研发中心，通过Cradle CFD仿真技术，精确模拟UVC光空气净化设备的设计参数，精确计算辐射照度分布，助力优化空间内的消毒效率与气流布局。

热舒适性的明确量化：ANSI/ASHRAE标准55提供了对人体舒适环境中热平衡的规则框架，采用CFD模拟，更精确地评估室内环境的热感觉并实现节能潜力。

整合CFD于可持续设计：Shinryo Corporation通过将Cradle CFD集成到BIM系统中，显著缩短了仿真时间高达50%，为优化空调系统提供了专业设计工具，提高了整体能源效率。

电子产品冷却管理：Cradle CFD得益于其scSTREAM模块基于结构化网格进行热流体分析，为复杂电子设备的冷却需求提供了准确的温度预测模型，减少了原型测试所需的时间与成本。