案例分享 | 新菱冷热在建筑空调设计中的CFD运用

新菱冷热株式会社

建筑工程公司的设计工程师通过与BIM（建筑信息建模）高效合作，充分利用CFD分析价值。

http://www.shinryo.com/en/index.html

成立时间：1956年2月23日

地点：日本东京新宿

资产：35亿日元

雇员人数：1948人（截至2013年9月底）

    在呼吁解决能源问题的同时，建筑物的生命周期中消耗的能源的减少是不可避免的问题。为此建筑物的空调设计是关键。新菱冷热工业在建筑设备的设计、施工方面有着很高的业绩，通过构建BIM系统并嵌入CFD，设计人员自己进行分析，创造能够设计最适合空调设备的环境。

   

新菱冷热公司是一家在建筑用空调设计和安装方面的领先公司。他们长期为整个城市提供地区供暖和制冷系统，其产品质量受到高度重视。新菱冷热公司的目标是通过实施环境工程技术的进步，实现人类生活和环境的相互可持续性。

新菱冷热公司使用3D-CAD的30年经验是帮助该公司持续生产低成本和高质量服务的主要因素之一。他们开发了自己的BIM兼容软件，S-CAD，基于Syspro的3D-CAD软件设计草稿，这是建筑设计师经常使用的。S-CAD除了制作3D施工图之外，还准备了3D检查、施工模拟、管道等干涉检查、静压、扬程计算和材料统计功能等。另外，利用3D激光扫描仪对现有设备进行3D建模的功能也正在开发中。

来自新菱冷热株式会社的Ken Fukada是研发中心CFD解决方案小组的研究员，他解释说，该公司十年前就开始使用S-CAD。自Fukada加入公司以来，他本人一直在使用CFD。业务中心的S-CAD已经建立了教育体制，新员工在进行了半年的现场研修后，学习了S-CAD的操作和设备设计的基本知识。另外，公司内部考试等可以提高他们的工程技能和知识。

Ken Fukada 新菱冷热

CFD解决方案集团研发中心技术部研究员

   

   

自定义CFD以简化任务

   

    

将S-CAD与Cradle的CFD分析工具scSTREAM连接起来，对空调系统进行流体分析。新菱冷热公司每年进行150 多次CFD分析，其中70%由设计工程师进行。工程师使用分析进行初步设计，并用于建造和推广他们的产品。Fukada透露，提高能源效率是近年来客户最关心的问题之一。

新菱冷热公司报告说，scSTREAM是一种十分有用的热流体软件，因为他们在全国各地应用了20多年，同时为他们的工程师提供了理想的计算环境和硬件，以便有效地进行分析。尽管他们取得了成功，但公司已经意识到了两个日益增长的担忧：第一，设计工程师被赋予了更多的任务，第二，分析结果的准确性可能更多地取决于工程师的技能和经验。为了提高效率和提高分析质量，新菱冷热株式会社重新验证了他们的内部培训计划，并研究了将scSTREAM和S-CAD结合起来的方法。

在2008年，他们建立了CFD推广中心，为分析任务提供更多的支持，然后在2010年在他们的研发中心安装了HPC服务器。这使他们的工程师能够通过网络获取许可证，从不同的基地进行分析。Fukada团队，即研发中心的CFD解决方案小组与这些努力相辅相成。

新菱冷热公司的CFD分析任务结构

他们的工作是编写新的软件，并开发专门知识，处理更复杂的分析。

为了将scSTREAM和S-CAD相结合，CFD解决方案组开发了附加软件S-Pre，方便了S-CAD和scSTREAM之间的数据传输。当处理建筑设施的设计数据时，S-Pre只传输CFD分析所需的数据通过Cradle的VBA，S-CAD到STREAM。工程师可以使用S-CAD 窗口中的自定义工具箱轻松指定CFD设置。

S-Pre的开发始于五年前Fukada加入公司。工程师提供了反馈，将3D-CAD数据直接导入scSTREAM将提供重要的价值。这促成了addin函数的开发以启用模型传输。以前，工程师每次使用scSTREAM进行分析时都必须重新建模。这个增加许多额外的工作，因为工程师必须从原始图纸中提取所有的设计信息。当分析和设计功能由不同的工程师执行时，传输错误经常发生。相反，通过使用S-Pre，所有工程师都可以直接使用S-CAD的数据避免与沟通有关的错误。即使是那些不熟悉操作scSTREAM 的人也可以从S-CAD设置分析条件。

   

   

5种有效CFD分析优化函数

      

S-Pre的主要功能是传输必要的数据S-CAD和scSTREAM。因为不是每个分析都需要所有的CAD数据，S-Pre只能选择性地传输分析所需区域的数据；例如，它甚至可以精确定位和选择房间中的某些家具。

第二个功能作为零件管理器，可以跟踪和组织每个部分的设计信息，如建筑结构、管道和管道。设计是由许多工程师同时在每个部分工作，并随后合并在一起。以前，工程师必须重新创建scSTREAM模型并提取设计信息。然而，有了S-Pre，只有必要的设计部件就能很容易复制，为CFD分析生成一个新的设计。

第三个功能是对建筑设施进行CFD分析的专门接口。接口只提供设计建筑设施所需的分析条件，这是定制的，增强了可操作性。在其他BIM软件中，工程师只能指定

有限数量的输入条件，如材料特性和在空气供应附近产生的热量。使用S-Pre，工程师可以包括更多的信息，如风速、温度、传热系数、热产生量和阻力系数。可以通过选择每个组件查看这些条件的设置窗口。在CAD中，无需激活CFD分析软件。

第四个函数是一个转换函数来简化模型。这个函数有用的一个例子是空气排气，一个模型很难精确地表示。其几何形状和周围物体的简化提高了计算稳定性，并最小化了所需网格的数量。

第五个功能是自动生成网格，使所有工程师能够生成高质量的网格，稳定的网格。公司正在不断改进这一功能，以生产高质量的网格，同时保持足够的网格分辨率。

   

   

鼓励所有工程师探索新的想法

   

    

Fukada解释说，新菱冷热株式会社大幅缩短了审查模型所需的时间。通过结合scSTREAM和BIM。经常评估大规模结构需要很长的时间，但随着S-CAD 直接将三维模型数据传输到分析中的能力，分析时间可减少50%。使用scSTREAM的另一个好处是，鼓励设计工程师包括经验较少的年轻工作人员，分析空调性能，并积极提出更好的想法。“如果工程师知道他们可以通过分析进行测试，就会鼓励他们评估更多的想法。能够查看scSTREAM生成的视觉结果是也有助于加深他们对设计理解。”Fukada说。通过使用scSTREAM，工程师可以开始从分析中识别趋势和模式，这些趋势和模式以前只有在施工现场才能识别。软件还使高级工程师能够检查计算条件和结果，并培训年轻的工程师进行分析。最后，CFD解决方案组中的工程师在升级版本的scSTREAM可用之前，通过用户定义的程序添加新功能。现在可以增加更多的新功能来简单地通过前处理器，使工程师能够设计和使用更复杂的空调分析条件。

无缝协作的BIM兼容S-CAD和scSTREAM

   

   

更容易和更准确的CFD分析

   

    

虽然新菱冷热株式会社已经在设计过程中充分实施了CFD分析，但他们渴望提高工程师的分析能力。公司也想确保他们为更好的分析提供最好的计算硬件。他们的工程师在使用原始CAD数据模型进行CFD分析时，可能会遇到过于复杂的网格问题。为了解决这一问题，新菱冷热公司计划引入建模指南和/或开发算法，将CAD数据转换为CFD分析模型。

他们还计划与日本供暖、空调和卫生工程师协会合作建造一个空气财产图书馆。这将使他们的工程师能够有效地进行分析，并与他们分享所获得的知识和 其他东西。

直到最近，新菱冷热公司一直专注于改进用于分析的输入数据。今后他们也将通过使的工程师使用S-CAD查看分析结果来提高产量。目前，输出结果只能在scSTREAM中查看。Fukada认为这将是一个挑战，因为它涉及到与S-CAD的合作。但他确信一旦工程师可以直接在S-CAD中查看输出结果，他们将更容易切换空调从夏季到冬季模式，并扫描整个任务s-cad。

CFD分析结果示例：机房的气流分析(构建LiveKobe2011)

Fukada热衷于确保分析结果的准确性。这将需要提高公司工程师的个人技能。 新菱冷热公司目前提供一对一的分析培训，但当他们有更多的工程师时，他们担心培训质量。Fukada表示，这将在未来得到更多的关注。

目前，CFD分析主要由工程师进行，但内部反馈表明，施工人员可能希望发展分析技能，因为设计可以在现场更改。如果有足够的网络带宽，能够快速下载分析结果，就可以实现这种能力。

新菱冷热公司在将IT分析工具应用到其设计过程中取得了很大进展，并继续探索新的应用程序。在今天的工业中，减少建筑能耗是一个关键的问题，他们已经作出了巨大的贡献，使用scSTREAM帮助他们设计更有效的空调。