Масштабная программа 3D-печати в области систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в Университете Мэриленда знаменует собой поворотный момент

Центр экологической энергетической инженерии (CEEE) Университета Мэриленда незаметно создал одну из самых всеобъемлющих и практичных программ аддитивного производства, ориентированных на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиК). Их работа выходит далеко за рамки тестовых образцов. Она охватывает реальные системы, реальные здания и реальные эксплуатационные ограничения. Что еще важнее, она охватывает множество технологий ОВиК, а не только одно узкоспециализированное применение.

Работа CEEE демонстрирует, что 3D-печать для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) больше не является экспериментальной технологией. Она становится перспективной технологией для критически важной с точки зрения энергоснабжения инфраструктуры, начиная с центров обработки данных.

Технология Один: центры обработки данных и передовые системы управления тепловым режимом.

В настоящее время центры обработки данных являются одной из самых быстрорастущих групп потребителей энергии в мире. На охлаждение может приходиться от 30 до 40 процентов от общего энергопотребления объекта, а иногда и больше. Любое улучшение эффективности воздушного потока или теплообмена оказывает немедленное и измеримое воздействие.

CEEE уделяет большое внимание этой проблеме, используя 3D-печать для производства современных теплообменников, направляющих воздушного потока и компонентов системы охлаждения, которые просто невозможно изготовить традиционными методами.

Традиционные компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха ограничены возможностями оснастки, возможностями механической обработки и требованиями к сборке. Аддитивное производство устраняет многие из этих ограничений. Становится возможным создание сложных внутренних каналов, изменяемой геометрии и топологически оптимизированных структур. Это напрямую приводит к улучшению теплопередачи и снижению перепадов давления.

Ключевым аспектом этой работы является использование композитных материалов. Как мы подробно рассматривали в предыдущих статьях, композиты приобретают все большее значение в аддитивном производстве, поскольку они сочетают в себе прочность, тепловые характеристики и долговечность. В средах центров обработки данных, где компоненты должны выдерживать непрерывную работу и повышенные температуры, использование композитов имеет практическое значение.

Печатные компоненты CEEE не просто легче или сложнее. Они разработаны для улучшения тепловых характеристик при одновременном снижении расхода материалов. Такое сочетание имеет значение при масштабировании на тысячи охлаждающих установок в гипермасштабных производственных комплексах.

Технология два: «скрытые» центры обработки данных и проектирование, ориентированное на надежность.

Стремление к созданию «темных» центров обработки данных — объектов, предназначенных для работы с минимальным количеством персонала или без него, — еще больше повышает планку требований. В таких условиях надежность не подлежит обсуждению. Компоненты должны стабильно работать в течение длительного времени без технического обслуживания.

Подход CEEE к аддитивному производству поддерживает эту модель несколькими способами.

Во-первых, компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, изготовленные методом печатной платы, могут быть адаптированы к конкретным планировкам помещений и схемам циркуляции воздуха. Вместо того чтобы использовать стандартные детали в неоптимальных конфигурациях, проектировщики могут подбирать компоненты в соответствии с фактическими тепловыми нагрузками. Это уменьшает образование зон перегрева и снижает нагрузку на оборудование.

Во-вторых, аддитивное производство позволяет быстро создавать итерации. Если требуется внести изменения в конструкцию, детали можно обновить и изготовить без задержек, связанных с переоснащением оборудования. Это особенно актуально для центров обработки данных, где стратегии охлаждения развиваются вместе с плотностью серверов и архитектурой процессоров.

Энтони Палумбо недавно подробно исследовал эти тенденции в центрах обработки данных в нескольких статьях Fabbaloo, в частности, растущие потребности в инфраструктуре, обусловленные искусственным интеллектом и высокоплотными вычислениями. Работа, проводимая в CEEE, идеально вписывается в эту концепцию. По мере увеличения плотности вычислительных ресурсов системы охлаждения должны развиваться столь же быстро. Аддитивное производство обеспечивает такую ​​гибкость.

В центрах обработки данных с ограниченным доступом к данным меньшее количество сбоев не просто желательно, а крайне необходимо. Компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, оптимизированные с помощью 3D-печати, играют незаметную, но критически важную роль в обеспечении бесперебойной работы этих объектов без вмешательства человека.

Технология три: системы осушителя и усовершенствованные системы теплообмена.

Еще одно важное направление работы CEEE связано с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на основе осушителей и передовыми теплообменниками. Эти системы часто используются в высокоэффективных зданиях, где контроль влажности и рекуперация энергии имеют решающее значение.

Традиционно осушительные колеса и теплообменники имеют сложную геометрию, производство которых обходится дорого и сложно оптимизировать. Аддитивное производство меняет эту ситуацию.

Исследователи из CEEE продемонстрировали, что 3D-печать позволяет точно контролировать внутренние структуры, влияющие на воздушный поток, поглощение влаги и теплопередачу. Вместо того чтобы полагаться на плоские или однородные конструкции, они могут создавать внутренние каналы, максимально повышая производительность.

Это имеет прямые последствия для коммерческих зданий и многоэтажного жилого строительства. Энергетические нормы ужесточаются, и системы отопления, вентиляции и кондиционирования должны обеспечивать большую эффективность при меньшем потреблении энергии. Постепенных улучшений уже недостаточно.

Благодаря возможности применения совершенно новых подходов к проектированию, 3D-печать позволяет инженерам, работающим в сфере отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, переосмыслить принципы функционирования этих систем. Результатом являются не только улучшенные компоненты, но и более совершенные системы в целом.

Технология номер четыре: сотрудничество с промышленностью и лаборатория Daikin

Пожалуй, одним из наиболее важных аспектов программы CEEE является сотрудничество с промышленностью, в частности, в рамках работы с компанией Daikin.

Daikin — один из крупнейших в мире производителей систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, и его участие свидетельствует о том, что к аддитивным технологиям относятся серьезно на самом высоком уровне отрасли. Лаборатория Daikin в Университете Мэриленда служит связующим звеном между академическими исследованиями и коммерческим внедрением.

В этой лаборатории компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования, изготовленные с помощью 3D-печати, не являются теоретическими разработками. Они тестируются, проверяются и оцениваются по реальным показателям производительности. Это включает в себя долговечность, тепловую эффективность и технологичность производства в больших масштабах.

Ранее мы уже рассказывали об интересе Daikin к передовым технологиям производства, включая аддитивные процессы. Примечательно в партнерстве с CEEE то, что оно ориентировано на практическую интеграцию. Цель состоит не в том, чтобы полностью заменить традиционное производство, а в том, чтобы использовать 3D-печать там, где это наиболее целесообразно.

Это часто означает мелкосерийное производство сложных деталей. Это также подразумевает быстрое прототипирование и циклы тестирования, которые были бы нецелесообразны при использовании традиционных методов. Со временем эти возможности напрямую способствуют разработке коммерческой продукции.

Почему это важно для отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Работа, проводимая в Университете Мэриленда, представляет собой сдвиг в подходах к проектированию и изготовлению систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Вместо того чтобы адаптировать проекты к производственным ограничениям, инженеры теперь могут проектировать, ориентируясь в первую очередь на производительность.

Это важно не только для энергоэффективности, но и для контроля затрат, устойчивого развития и повышения отказоустойчивости. Здания становятся все сложнее, и их энергетические системы должны соответствовать этому уровню.

Аддитивное производство — это не панацея. Оно не заменит листовые металлические воздуховоды или компоненты массового производства в одночасье. Но, как показала выставка CEEE, оно преуспевает в областях, где пересекаются сложность, индивидуализация и производительность.

Для центров обработки данных это пересечение уже наступило. Для коммерческих и высотных жилых зданий оно стремительно приближается.

По вопросам 3d печати, 3d сканированию, обучению в Краснодаре писать сюда:

телеграм — https://t.me/fidller

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/fidller_com
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
https://t.me/pechat3dkrd