HVAC 系统——打造您的舒适区

这个夏天充满了各种极端天气。我们遭受了夏威夷和西伯利亚的山火，德国和意大利的冰雹，以及中欧、土耳其和利比亚的洪水。极端天气事件的数量不断增加，影响着世界的各个角落。

世界气象组织数据显示，2023 年夏季是有史以来最炎热的夏天。2023 年 6、7、8 这三个月比地球上其他任一季度都要炎热得多。

如何在超过 40°C（或 100°F）的高温下保持凉爽？或者说，如何在严寒袭来时进行保暖？HVAC 系统有助于提高生物舒适性吗？

电动汽车的兴起

这一趋势不可逆转：汽车、卡车和公共汽车（甚至农用拖拉机）中以燃油为动力的内燃机 (ICE) 正在被电池供电和混合动力发动机的各种组合所取代。我们正处于这个替代曲线的早期阶段。尽管如此，政府（例如，加利福尼亚州到 2035 年将禁止销售新的汽油车、SUV 和轻型卡车）、行业和消费者需求的力量表明，削弱汽油在所有交通方式中的主导地位已是大势所趋。显然，在宣布汽油和柴油发动机正式退出历史舞台之前，我们还需经历几十年的时间，燃油船取代帆船和轮船也经历了同样的过渡期，但毋庸置疑，电动汽车惠及人人的那一天将在本世纪到来。

目前电动汽车市场采纳的一大技术挑战就是续航里程。目前，电动汽车续航里程远低于普通汽油车。您完全不用担心无法在方便的距离内找到加油方案，除非您位于确实异常偏远的地区，或者存在忽略燃油表的情况。另一方面是里程焦虑，经充分研究，这是电动汽车采纳真正的障碍。 里程焦虑的根源是对在电量耗尽和没有可用电池充电方案的情况下陷入困境的恐惧/担忧。

在这段视频中，美联社描述了在寒冷天气下电动汽车续航里程面临的挑战。视频中的电动校车因极端热环境而变得成本高昂。能量管理仿真可以降低成本，这即便是在寒冷的天气条件下也同样适用。西门子与世界各地的汽车主机厂和电池供应商合作，改进电池包和车辆的整车能量与热管理，旨在提高续航里程和乘员舒适性，同时降低总体成本。

电动汽车的热舒适性

电动汽车续航里程受多种因素影响，其中包括拓扑结构。此外，人类对尽可能提高舒适性（尤其是在驾驶时）的基本意愿也会对其产生影响。

电动汽车与内燃机汽车的 HVAC 挑战

座舱热舒适性对电动汽车的续航有很大影响，这也是电动汽车工程师决心要解决的一大挑战。对于电动汽车设计师而言，相较于内燃机汽车设计师，他们在确保汽车座舱舒适温暖或凉爽上面临着迥然不同的暖通空调 (HVAC) 挑战。差异显著：

1.极端天气会影响电动汽车电池

电动汽车电池中的化学和物理反应受温度影响。化学反应速率随着温度的升高而加快。温度越高，反应越快，产生能量的速度就越快。随着温度计数值下降，电动汽车电池中的物理和化学反应会减慢，电动汽车的功率也会随之降低。天气严寒的时候，电池用于加热内部的消耗量会超过驱动公共汽车沿其路线行驶所需的能量。

2.内燃机自然会产生大量热量

在夏季，内燃机所产生的热量会被浪费掉。在冬天，这些热量可轻松转化为座舱舒适性。

3.电动汽车所产生的可用热量很少 

电动汽车发动机所产生的少量热量通常用于加热电池。没有额外的“天赐”能量可用于座舱加热。

4.电动汽车加热所需的能量远超空调

加热电动汽车座舱所需的电池消耗量远大于冷却座舱所需的能量。

5.电动汽车座舱舒适性是一种平衡行为

为电动汽车开发节能型 HVAC 系统是一项工程挑战，需要对多种因素进行权衡取舍，而这些因素往往相互冲突。

可应对所有驾驶条件的节能型 HVAC 系统

幸运的是，对于我们大多数人而言，我们并不生活在 9 月至 4 月冬季的严酷现实中。我们大部分人在一整年中都享受着更为温暖的季节。

对于试图解决电动汽车座舱舒适性挑战并推动节能型 HVAC 系统性能发展的企业而言，西门子仿真和分析软件套件新推出的功能改进值得研究。

解决设计问题

这些工具已经产出了重要的时间和成本节约投资回报率，并解决了无数设计问题：

尽可能减少 HVAC 系统的能耗

确保乘员舒适性和最长电池寿命需要进行大量研究。这些工具使工程师能够不受限制地畅想和设计。

热权衡评估

正确的软件工具可以缩短实现控制开发和设计权衡所需的时间。虽然“比实时更快”听起来有点像工程幻想，但这就是如今使用西门子软件套件、使用先进的自动嵌入式 CFD 到 1D 耦合技术的工程师的现实体验。如果您尚未成为其中一员，请花些时间学习如何解答所有设计和分析问题，同时降低计算复杂性，您将从中受益匪浅。有关更多信息，请阅读博文：在系统仿真和控制开发中使用 3D-CFD 来掌握座舱舒适性的艺术。

助力创新

迭代是创新的基石。Simcenter STAR-CCM+ 和 Simcenter Amesim 等分析软件采用虚拟测试来评估可降低驾驶员和乘员舒适性和能耗的全新创新硬件，以此帮助各大企业取得进步。这些区域包括加热座椅、方向盘和采用辐射加热的座舱面板。

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如果您想了解更多有关西门子软件如何影响节能型 HVAC 系统研究的信息，我们邀请您观看我们近期的点播式网络研讨会：设计节能型 HVAC 系统，提高乘员热舒适性。