在設計設備或工藝流程時，除了研究系統本身之外，很重要的是還要考慮周圍環境的影響。借助歷史氣象數據對不同時間地點的氣候模式進行深入研究，我們可以確定這方面的影響。讓我們來詳細探討一下這些數據如何協助我們作出更優的設計決策，尤其是在進行傳熱模擬時。

變幻莫測的氣候

如果您像我一樣，經常查看手機上的天氣 App，您可能會發現，之前預報為寒冷、下雨的周末在短短幾天甚至幾小時內，就變得炎熱和晴朗。這種變化相當普遍，有時正好發生在您的眼前，如下圖所示。

晴空中的雨云。

氣候就其本質而言，是一種復雜的、不可預知的力量。研究各種氣候現象很困難，因為分析時需要考慮很多因素，從溫度和降水到濕度和風，不一而足。一種有價值的預測天氣的方法就是參考過去的氣象數據。

美國采暖、制冷與空調工程師學會 (ASHRAE) 等組織收集了全世界 6000 多個氣象站過去多年的歷史數據。這些數據包含與天氣有關的諸多因素，包括溫度、濕度、太陽輻射及典型風速。這些信息有助于我們深入了解不同地點在一年內不同時間點的氣候狀況，基于這些預測信息我們就能作出更精準的設計決策。

讓我們詳細分析一下氣象數據究竟可以用于何處。

歷史氣象數據助力優質設計決策

在建筑設計中，能源效率是一個需要考慮的關鍵因素。節約能源不僅降低了整體成本，同時還能最大限度地減少污染和對自然資源的消耗。在確保房屋居住者熱舒適度的同時確保能源效率，這要求我們充分了解建筑物所承受的熱負荷。建筑物周圍的氣候特點因此成為一個重要的考慮因素，因為它們直接影響熱負荷。

在建筑設計中，從小型建筑到如上圖所示的摩天大樓，能源效率都是一個重要考慮因素。

現在，讓我們將目光轉向嵌入式電子系統，例如交通燈或雷達系統。這些系統的設計初衷都是為了確保安全，但這就要求它們能根據預期設置良好地運轉。如需進行這些測試，就要了解氣候模式是如何影響這些系統的，從標準天氣狀況到更極端的氣候環境都要有所涉及。

交通燈是一個受天氣影響的嵌入式電子系統的例子。

對于以上這些例子，我們了解了設計方案時需考慮的要點。通過參考歷史氣候數據，我們可以更精確地考量建筑物要經受的熱特性，如有必要，變更設計以滿足各自的設置。

氣象數據在傳熱仿真中的價值

那么，氣象數據如何運用到仿真研究中呢？正如我們在這里強調的，氣象數據可以直接作為許多傳熱仿真的輸入。直接獲取這些信息有助于加快建模過程，因為除設計本身外無需再建立一個熱模型，由于氣候的不可預知本質，建立這樣一個熱模型是非常困難的。因此，工程師和研究人員可以針對具體地點和時間點簡單地選擇數據，并運用到分析研究中，從而提高了分析速度和精度。

氣象數據不僅可用于典型天氣狀況下設備的優化設計，還可以使設計人員觀測到設備在極端天氣條件下的運行狀況。例如，可以參考已記錄的極端天氣最大值或最小值。這兩個數據都證明過去幾年的氣象資料比對未來幾天和幾周的天氣預報更有價值。

綜上所述，我們已經探討了傳熱仿真中運用氣象數據的一些優勢。不久，您就可以借助即將發布的、包含最新功能的 COMSOL Multiphysics 簡單地將此類氣象數據運用到您自己的仿真中。