Home
Technology Tendency
Mô phỏng HVAC giúp nâng cao an toàn trong các tòa nhà và khu vực công cộng như thế nào

Mô phỏng HVAC giúp nâng cao an toàn trong các tòa nhà và khu vực công cộng như thế nào

2021-01-06 ---

Trong thế giới ngày nay, các kỹ sư và kiến trúc sư ngày càng sử dụng mô phỏng kỹ thuật để thiết kế không gian công cộng có thể đáp ứng các mục tiêu an toàn, tiết kiệm năng lượng và bền vững trong các tiến trình nghiêm ngặt của dự án.

Phần mềm mô phỏng được áp dụng để tạo một nguyên mẫu ảo, qua đó tính toán hiệu suất sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) của một tòa nhà hoặc không gian. Phương pháp nghiên cứu thiết kế tòa nhà ảo này giúp cho:

Nghiên cứu nhanh chóng về các trường hợp thiết kế thay thế.
Hiểu rõ hơn các yếu tố có thể cải thiện hiệu suất.
Cải tiến các giải pháp thiết kế tòa nhà sáng tạo hơn

Mô phỏng HVAC thậm chí còn trở nên quan trọng hơn trong năm qua vì đại dịch toàn cầu đã ảnh hưởng đến mọi người và các công ty trên toàn thế giới.

Khi COVID-19 lan rộng, các nỗ lực giảm thiểu lây lan đại dịch gia tăng và các doanh nghiệp không thiết yếu phải đóng cửa. Virus rất dễ lây truyền chủ yếu theo ba cách:

Hạt trong không khí.
Giọt từ ho hoặc hắt hơi.
Chạm vào bề mặt có các hạt bị nhiễm.

Các không gian công cộng phải xem xét nhiều chiến lược khác nhau để giảm thiểu sự lây lan của các bệnh qua đường không khí để chúng ta trở lại với thói quen hàng ngày bình thường. Bạn có thể đã đọc về điều này trong một trong những blog trước đây của chúng tôi, nơi một chủ sở hữu phòng tập thể dục CrossFit phải cải thiện hệ thống thông gió trước khi mở cửa an toàn.

Ansys cung cấp các giải pháp khác nhau, chẳng hạn như Ansys Discovery và Ansys Fluent, để thực hiện mô phỏng tính toán động lực học chất lưu HVAC (CFD), tùy thuộc vào mức độ trung thực cần thiết để giúp đáp ứng các hướng dẫn và tiêu chuẩn HVAC.

Giải pháp mô phỏng HVAC của Ansys: Phân tích các ý tưởng thiết kế ngay từ đầu

Discovery có thể được sử dụng để thử nghiệm nhiều ý tưởng và mô hình thiết kế khác nhau, trước khi cố gắng đạt được thiết kế cuối cùng, được tối ưu hóa hoặc xây dựng các nguyên mẫu vật lý. Discovery có ba khả năng chính

Chuẩn bị hình học (Geometry preparation)
Khám phá, phân tích thiết kế (Design exploration)
Xác minh thiết kế (Design verification)

Mô phỏng tấm chắn giúp bảo vệ khách hàng khỏi virus trong không khí

Ansys Discovery có thể giúp đánh giá và chứng minh hiệu quả của các tấm chắn mới được thiết kế nhằm mục đích che chắn và bảo vệ khách hàng khỏi các vi rút có thể có trong không khí.
Bạn có thể xem xét hệ thống thông gió hiện có và vị trí khoảng cách giữa các bàn.

Chuẩn bị hình học trong Discovery cho phép bạn nhanh chóng tạo và chuẩn bị mô hình của mình để mô phỏng hoặc tạo các biến thể thiết kế để nghiên cứu. Chỉ với một cú nhấp chuột, bạn có thể chuyển sang phần khám phá thiết kế, nơi bạn có thể nhanh chóng khám phá nhiều ý tưởng thiết kế với mô phỏng tương tác, thời gian thực.

Sau khi khoanh vùng được các ý tưởng thiết kế, cuối cùng bạn có thể chuyển sang chế độ tinh chỉnh để xác minh thiết kế.

Tất cả các biên, vật liệu và các điều kiện khác đã được chỉ định trong chế độ khám phá sẽ được lưu và chuyển sang chế độ tiếp theo. Một lưới sẽ tự động tạo và cho phép bạn tinh chỉnh toàn bộ lưới hoặc thậm chí thêm vào tinh chỉnh cục bộ cho các khu vực quan tâm.

Khi bạn đã sẵn sàng chạy giải, chế độ tinh chỉnh sẽ sử dụng trình giải Ansys Fluent để cung cấp cho bạn kết quả có độ trung thực cao hơn.

Khi cần nhiều khả năng hơn cho mô phỏng HVAC của bạn, chỉ việc chuyển dữ liệu của bạn sang Fluent chỉ bằng một cú nhấp chuột. Thanh Ribbon có nút chuyển sẽ chuyển trực tiếp mô hình, lưới và điều kiện vào Fluent để xác minh và tối ưu hóa thêm.

Tối ưu hóa và xác thực thiết kế

Fluent có thể thực hiện mô phỏng HVAC độ chính xác cao cho toàn bộ các thành phần và cả hệ thống. Nó sẽ giúp làm giảm xác suất phải thực hiện các sửa đổi thiết kế tại hiện trường. Đối với bất kỳ không gian trong nhà bạn đang mô phỏng, các tính năng hàng đầu trong ngành của Fluent sẽ giúp bạn tối ưu hóa các điều kiện sau:

Mô hình dòng chảy
Các vùng đình trệ (Stagnant regions – Vùng không có không khí lưu thông)
Vị trí thông gió
Giảm thiểu phân tán mầm bệnh

Hai ví dụ dưới đây sẽ cho thấy Fluent được sử dụng như thế nào để đánh giá các phương án thiết kế thay thế và tối ưu hóa hệ thống thông gió của phòng áp suất âm (NPR). NPR được sử dụng để giúp chứa các chất gây ô nhiễm có hại trong cùng phòng với bệnh nhân bị nhiễm bệnh, ngăn chặn việc không khí chứa mầm bệnh phát tán ra bên ngoài.

Căn phòng được duy trì ở áp suất thấp hơn các khu vực xung quanh. Điều này đạt được bằng cách sử dụng hệ thống thông gió thải nhiều không khí hơn lượng không khí được cung cấp vào không gian. Sự chênh lệch về tốc độ dòng chảy được thêm vào với sự kết hợp của dòng khí thải ra theo kế hoạch và/hoặc không theo kế hoạch tùy thuộc vào độ kín khí của phòng.

Giữ chất gây ô nhiễm bên trong một đơn vị cách ly

Mặc dù, các nhân viên trong NPR mang thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE), nhưng việc thiết kế hệ thống thông gió sẽ thuận lợi để giảm thiểu mức độ hòa trộn và lưu thông chất ô nhiễm từ bệnh nhân. Ba thiết kế với các vị trí đầu vào khác nhau đã được đánh giá để xem thiết kế nào hút tốt nhất các chất ô nhiễm của bệnh nhân qua ống thải.

Lỗ thông hơi phía trên cửa
Cửa hút gió thẳng hàng với giường
Cửa thông hơi phía trên cửa và thẳng hàng với giường

Lưu lượng thông gió tương đương với 12 lần thay đổi không khí mỗi giờ (ACH), phù hợp với các hướng dẫn và tiêu chuẩn. Kết quả Fluent cho thấy rằng việc đặt lỗ thông hơi vào thẳng hàng với giường sẽ tạo ra luồng không khí giống như một hành động quét, giúp đẩy hiệu quả các chất gây ô nhiễm của bệnh nhân vào hệ thống thải.

Mô phỏng thông gió HVAC

Mô phỏng này cho thấy một hành động giống như quét để giúp thải chất ô nhiễm của bệnh nhân trong một phòng áp lực âm.

Đảm bảo thiết kế phòng áp lực âm

Fluent cũng có thể được sử dụng để đánh giá thiết kế NPR tổng thể để hiển thị tuổi trung bình của không khí (MAA). Đây là một dấu hiệu về độ trong lành của không khí và có thể liên quan đến hiệu quả thông gió. MAA cũng có thể được sử dụng để giúp xác định các vùng không khí bị ngưng trệ hoặc tuần hoàn trong không gian được thông gió.

Hai trường hợp có cùng kích thước và điều kiện phòng đã được kiểm tra để tìm ra hướng cửa gió và các kiểu luồng gió tối ưu. Trường hợp 1 có cửa gió hướng không khí thẳng xuống, trong khi trường hợp 2 có cửa gió hướng không khí về phía giường bệnh nhân.

Kết quả cho thấy rằng trường hợp 1, nơi các cửa gió hướng luồng không khí đi thẳng xuống, là lựa chọn ưu tiên. Hai hình ảnh dưới đây cho thấy các dòng chảy và kết xuất thể tích, trong đó màu đỏ cho biết các vùng có thời gian lưu trú không khí cao hơn.

Các trường hợp mô phỏng thông gió HVAC

Trường hợp 1 (trái) là phương án thông gió tối ưu hơn trường hợp 2 (phải).
Việc có các cửa gió hướng luồng không khí đi thẳng xuống làm giảm thời gian lưu trú của không khí, được hiển thị bằng màu đỏ.

Fluent đã được sử dụng trong nhiều mô hình mô phỏng HVAC khác để giúp phân tích sự di chuyển của chất gây ô nhiễm, bao gồm nhà hàng, cửa hàng bán lẻ, tòa nhà văn phòng và cabin máy bay.

Xem hội thảo trên web Mô phỏng Hệ thống HVAC an toàn với Ansys Fluent để tìm hiểu chi tiết về các nghiên cứu điển hình đó và cách bạn có thể sử dụng Fluent để thiết kế hệ thống HVAC an toàn hơn.