Progetta Sistema di Climatizzazione più Performanti, con la Simulazione 0D/1D

Lug 5, 2019 | Simcenter Amesim, Simulation Software

Il mercato del HVAC sta crescendo esponenzialmente, attirando molti nuovi player sul mercato.

Per mantenere la propria fetta di mercato, i produttori devono:

  • differenziarsi con tecnologie innovative
  • tenersi al passo con normative sempre più stringenti di emissioni ed efficienza
  • rispondere alla crescente domanda di sistemi HVAC interconnessi, smart e controllati in remoto con sistemi IoT.

Gli uffici tecnici dei produttori si confrontano con problemi ingegneristici nuovi, e la fretta di raggiungere soluzioni ottimali prima della competizione.

Fondamentale quindi l’utilizzo di strumenti ingegneristici e metodi che permettono di snellire e semplificare il processo di sviluppo di un nuovo prodotto, garantendo fin dalle prime fasi di progettazione la bontà del design, risparmiando tempo prestazioni e l’efficienza del nuovo design.

Vediamo oggi come Simcenter Amesim, software di simulazione dinamica 0D/1D e model-based, della Siemens Industry Software, supporta l’ottimizzazione di sistemi HVAC in ottica prestazioni e consumo energetico.

Analisi del Ciclo Termodinamico di un Sistema Clima

 

Andiamo a rappresentare il ciclo termodinamico del sistema di climatizzazione in Simcenter Amesim.
Lo sketch Amesim è un assemblato di icone grafiche che rappresentano gli elementi del sistema. Le icone, o elementi di modellazione, sono completamente parametrici e disponibili all’interno del software per essere utilizzati dall’utente, che preleva quelli di suo interesse e li connette l’uno con l’altro per rappresentare lo schema (sketch) che più si avvicina alla fisica del suo prodotto.
Vediamo rappresentati in questo sketch tutti gli elementi del loop: il compressore, condensatore, evaporatore e scambiatore connessi tra loro da pipes. Il modello include anche una logica di controllo.
Notiamo inoltre l’icona del fluido refrigerante in alto a sinistra: Simcenter Amesim contiene infatti un database di fluidi completo per applicazioni HVAC, tabellati e completamente caratterizzati.
Possiamo utilizzare questo tipo di modello per:
  • valutare l’impatto di un cambio componente sulle prestazioni (compressor, TXV, heat exchangers…)
  • testare virtualmente la resa di tecnologie e layout differenti tipo multi- evaporator, pompa di calore, sorgenti di caldo e freddo
  • ottimizzare la strategia di controllo

modello Amesim ci permetterà di simulare i transitori di funzionamento dell’impianto clima e il cooling power generato, che saranno influenzati dalle caratteristiche dei componenti inseriti nel ciclo, e dalle rispettive prestazioni e dalle proprietà del fluido refrigerante utilizzato, carica, ecc.

Passiamo a guardare i risultati delle simulazioni.

Nel primo grafico il profilo di velocità del compressore in un determinato lasso di tempo.

Nel secondo grafico valutiamo l’evoluzione della temperatura all’evaporatore che il modello prevede, confrontata con quella target desiderata.

Studio di un sistema Clima per Edificio: Prestazioni ed Efficienza Energetica

Analizziamo ora la capacità del Sistema di climatizzazione di controllare la temperatura di un determinato ambiente, all’interno di un edificio, al variare delle condizioni ambientali e operative.
modello sono inseriti l’indoor unit e l’outdoor unit, in aggiunta troviamo ora, nella parte sinistra dello sketch, degli elementi di modellazione termica dei materiali, che rappresentano la capacità termica della struttura dell’edificio.
Notiamo che l’utente ha scelto di utilizzare degli elementi di modellazione differenti in questo sketch passando da icone “funzionali” a una rappresentazione dettagliata e geometrica degli elementi del sistema (evaporatore, condensatore, HEX..).
La scelta del metodo di modellazione dipende dai dati a disposizione dell’utente e la volontà di analizzare le prestazioni all’interno del componente stesso, oltre a quelle del componente nel sistema. 

Un modello Simcenter Amesim così costituito permette, come vediamo dai risultati, di simulare in maniera predittiva gli scostamenti di temperatura del sistema di climatizzazione rispetto al target e il consumo energetico dell’impianto al variare temperatura target, in un’analisi di trade off tra performance e consumi. 

 

Notiamo che l’utente ha scelto di utilizzare degli elementi di modellazione differenti in questo sketch passando da icone “funzionali” a una rappresentazione dettagliata e geometrica degli elementi del sistema (evaporatore, condensatore, HEX..).
La scelta del metodo di modellazione dipende dai dati a disposizione dell’utente e la volontà di analizzare le prestazioni all’interno del componente stesso, oltre a quelle del componente nel sistema. 

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