暖房、冷房、気候変動

効率的で手頃な価格の新世代の消費者向けHVACソリューションを設計することは極めて重要ですが、非常に難しいです。

地球人口の約1％が毎年危険な暑さにさらされています。現在の地球温暖化の傾向を踏まえると、この数字は今世紀末までに20％に跳ね上がり、20億人が居住不可能な暑さにさらされることになります。一方、加速する北極圏の温暖化は、テキサス州や亜熱帯の日本で記録的な雪と寒さをもたらし、以前は温暖だった地域で極端な寒冷気象を引き起こします。

長期的には、エネルギーシステムを脱炭素化し、地球規模の気候変動に歯止めをかけなければなりません。短期的には、手頃な価格で効果的な冷暖房システムへのアクセスを増やさなければなりません。

新しい冷暖房ソリューションを市場に投入するには、多くの場合、時間とコストがかかります。HVAC業界のエンジニアは、システム性能を正確かつ精密に予測するために、マルチフィデリティ・ソフトウェア・モデリング・ツールへのアクセスを増やす必要があります。そのため、コストのかかる物理的なプロトタイプを何度も使用してシステム設計をテストすることになります。一方、環境に優しい作動流体や冷媒に対するますます厳しくなる規制の期待に応えるには、多くのエンジニアリング時間が必要です。

このような課題を踏まえて、手頃な価格で低炭素なHVAC冷暖房ソリューションに迅速かつグローバルに軸足を移すにはどうすればよいのでしょうか。

モデロンがどのように動的モデリングを活用して、これらの課題に取り組むのサーマルエンジニアをサポートしているのかをご紹介します。

概要 – HVAC設計による気候変動への対応

冷暖房システムは、気候変動や地球温暖化において重要な役割を果たしています。

気候変動は、世界のエネルギー需要とともに増加する温室効果ガスの排出によって引き起こされます。現在の使用レベルでは、世界で生産される全エネルギーのおよそ4分の1が、住宅や商業ビルの暖房や空調に使用されています。気候の変化に伴い、その割合は確実に増加し、2050年までに、空調機器の設置台数だけでも世界全体で3倍になると予想されています。

ヒートポンプはその解決策の一部です。現世代のヒートポンプは、従来の電気やガスによる暖房ソリューションやACユニットを上回る性能を発揮することができます。新しい設計は、短期的には空調へのアクセスを拡大し、手頃な価格の暖房を提供する可能性を提供し、現在は電力需要を減少させ、最終的には将来的には冷暖房に関連する二酸化炭素や温室効果ガスの排出をなくします。

ヒートポンプの普及はもっと早いかもしれません。初期の設計では、従来の電気やガス機器の性能レベルに達しないものもありました。さらに、消費者は新しい技術を信用するのが苦手であり、特に使い慣れた既存のソリューションよりも高価な場合はなおさらです。

適切なツールがあれば、エンジニアはより優れたヒートポンプをより早く、消費者にとってはより低コストで、全体としてはより環境負荷の少ない形で市場に投入することができる。

ビジネスケース – HVACシステムに包括的な物理ベースのモデリングを使用

より包括的な物理ベースの動的モデルを採用することで、エンジニアは地球温暖化による気候変動の中で快適性を確保しながらエネルギー需要を削減する、費用対効果が高く信頼性の高い冷暖房システムの開発など、より野心的な課題に取り組むことができます。これまでは、エンジニアが規制の要求（冷媒の環境負荷低減など）を満たしながら、設計を改善してコストを削減し、躊躇する消費者を引きつけることは困難でした。

こうした困難の一因は、適切なツールの必要性にあります。既存のHVACシステムが、同様の冷媒を使用しながら、特定の設定された温熱快適性設定点を維持できることを確認するような、狭義の作業には、「封筒の裏」計算や単純化された定常状態モデルで十分です。しかし、これらのツールは、複雑さが増すにつれて物足りなくなります。単純なツールでは、動的な周囲条件に対応することはできませんし、現実の条件下で住宅や商業施設の冷暖房に作用する動的な物理現象や複雑な現象を把握することもできません。動的シミュレーションは、システム設計の制約を取り除き、新たな可能性を開きます。

ソリューション – HVAC技術開発のためのModelon Impact

Modelon Impactは、モデルベース設計を用いて物理システムを設計、シミュレーション、解析するためのクラウドプラットフォームです。これは、包括的なヒートポンプとHVAC固有のテンプレートモデル、チュートリアル、およびカスタマイズ可能な商業的に検証されたコンポーネント（冷媒を含む）を提供します。さらに重要なこととして、Modelon Impactは、HVACエンジニアがワークフローに定常および動的物理ベースモデルを迅速に追加することを容易にし、提案されたシステムが現実世界の様々な条件下でどのように動作するかの全体的な見通しを得ることができます。これにより、市場投入までの時間を短縮し、さまざまな暖房、冷凍、空調システム設計のプロトタイピングにかかるコストを削減することができます。

付属のライブラリ、ツール、コンポーネントは、多くのHVACシステムシミュレーションに適していますが、もし冷暖房プロジェクトがさらなるカスタマイズを必要とする場合、私たちのHVACと冷凍の専門家が、お客様のチームをサポートします。

オープンプラットフォームとして、Modelon Impactは、企業全体（非専門家やエンジニアリングやプログラミングの経験の浅い人を含む）で簡単に共同作業を行うことができます。包括的で動的な物理ベースのモデリングアプローチにより、時間の経過や条件の変化に伴うシステム性能を正確かつ精密に予測することを可能にする忠実度の高いモデルを構築し、さらなる洞察を楽しむことができます。

使用例 – 現場での物理ベースの動的モデリング

HVAC業界のエンジニアは、すでにModelon Impactを使用して、より短時間で大きな進歩を遂げています。例えば、ヒートポンプメーカーは現在、Modelon Impactの動的モデリング物理ライブラリを使用して、熱交換器の形状、新しい空対水ヒートポンプ設計、さまざまな動的条件下での可変速ファン、可変速コンプレッサー、冷媒のさまざまな組み合わせの性能を調査しています。

私たちが協力することで、より効率的で低コストのヒートポンプと空調を、より迅速に市場に投入することができます。

リソース

お使いのエンジニアリングスタックに新しいツールを導入するのは大変かもしれません。そのため、当社は定期的にModelon Help Centerで簡単なチュートリアルやガイドをリリースしています。

私たちの専門家は、お客様のチームが前進し続けるために、細かいサポートも提供しています。

過去20年にわたり、私たちは卓越したサービスと専門知識を提供することによって私たち自身を際立たせ、多くの業界で信頼できるパートナーとしての評判を得てきました。お客様の成功は、常に私たちの最優先事項です。