沈小成++臧建彬

摘 要：當前國內制冷站的工程管理模式主要采用各設備公開招標采購，暖通、機械、電氣等各專業(yè)工種分別進行安裝的形式。由于沒有按照整個工程系統(tǒng)來操作，所以造成制冷站占地面積過大，施工質量、設備運行管理以及制冷站的整體性能都不甚理想。文章以實際工程案例的集成式制冷站為研究對象，將制冷站當成一個整體系統(tǒng)來操作。整個制冷站從設計、采購、制造、測試、安裝、調試皆由一家單位來主導，系統(tǒng)集成化操作，避免了傳統(tǒng)制冷站各工種各自為政，各部件兼容性差而帶來的問題，從而提高能源的利用率。

關鍵詞：集成式 制冷站 水力計算 有限元分析

中圖分類號：TU243 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0092-02

當前在我國中央空調系統(tǒng)的設計及運行管理中，必要的引導和管理有所缺乏，在運行效率方面我國的中央空調系統(tǒng)總體不高，有比較嚴重的浪費[1]。

1 集成式制冷站的系統(tǒng)設計

1.1 設計參數及安裝現場分析

在項目前期，充分地與設計院溝通，從而得到有關制冷站的詳細技術要求。查閱該建筑物的土建圖紙，以及到現場勘察，熟悉集成式制冷站的安裝現場。在充分與設計院溝通后，確定集成式制冷站可安裝在該建筑屋頂，施工方會預留安裝平臺。

1.2 設備的最優(yōu)選型

在確定了制冷站的設計參數及安裝方式后，可繪制出集成式制冷站的系統(tǒng)原理圖并對其部件進行選型。集成式制冷站并不是簡單地將各部件進行拼裝，而是充分考慮設計院的要求和各部件的性能進行選型匹配，以達到整體最優(yōu)的效果。

（1）冷水機組。采用兩臺開利高效螺桿機組，該冷水機組在保證高效穩(wěn)定的前提下，做到了結構緊湊，占地面積較小。

（2）吸入導流器及多功能閥。傳統(tǒng)制冷站為保證水泵運行平穩(wěn)高效以及檢修方便，水泵兩端需安裝過多的系統(tǒng)部件。該項目通過采用吸入導流器及多功能閥的方式，整合傳統(tǒng)水泵兩端各部件的功能，做到結構簡單緊湊，安裝方便。

（3）冷卻塔。該項目中集成式制冷站安裝在屋頂且上面無任何障礙物遮擋，故選擇某公司生產的開式冷卻塔作為集成式制冷站的冷卻系統(tǒng)。

（4）水泵。集成式制冷站可視為模塊化產品，充分收集各部件的技術參數，可以比較準確地計算出冷凍、冷卻水系統(tǒng)的壓降，從而有利于選擇出最合適的水泵型號。

1.3 集成式制冷站的技術參數

設計完成集成式制冷站的系統(tǒng)原理圖，選定了系統(tǒng)各主要部件的型號及充分考慮設計院的技術要求后，集成式制冷站的相關技術參數也就確定了下來。

2 集成式制冷站的整體結構設計

在完成集成式制冷站系統(tǒng)設計的基礎上，利用系統(tǒng)集成化的概念對集成式制冷站進行整體結構設計，主要包括系統(tǒng)部件布局、管道排布、底座及支吊架的設計、模塊劃分、節(jié)能控制系統(tǒng)布置。最后，根據設計結果，利用三維仿真技術對制冷站進行三維模擬和優(yōu)化，避免各部件之間的碰撞，以達到制冷站布局合理、結構緊湊、占地面積小的目的。

3 集成式制冷站的結構仿真校核

管道支架是集成式制冷站的主要受力部件，故應該對該部件的強度、剛度以及模態(tài)進行計算分析，并充分考慮到制冷站將會進行模塊化運輸，故支架運輸過程中的受力情況也要進行計算分析。

3.1 支架的受力分析

（1）建立有限元模型。在建立有限元模型之前，必需對支架的三維模型進行簡化，如去除一些裝配孔和圓角，因為這些特征對計算結果的影響微乎其微，移除能加快計算速度。

（2）劃分網格。將支撐架的三維模型導入到ANSYS中，采用Solid185單元對模型進行網格劃分。一般構造三維固體結構采用Solid185單元，通過使用8個節(jié)點就可以來定義這個單元，這8各節(jié)點每一個都有3個互相垂直方向的自由度，單元具有大變形、大應變、超彈性、蠕變和應力鋼化的能力。

（3）載荷邊界條件。支架所受最主要的荷載為管路的重量及管路中水的重量以及運輸過程中水平方向的加速度。假設管路跟水泵、冷機等部件的連接點是自由的，即管路所有重量都附加在支撐架上，這樣便能計算出加載在支架上的力。查閱相關資料，得出運輸過程中水平方向的加速度。

（4）位移邊界條件。由于支撐架的底部與底板采用螺栓緊固的連接方式，為計算方便，假定支撐架的底腳全部為剛性連接，即支架下端全面約束。

（5）位移邊界、載荷的施加及計算。將載荷邊界條件和位移邊界條件加載到支架有限元模型上并啟動計算功能，得出計算結果。

（6）強度剛度評定。根據以上步驟計算結果，支架運輸過程中的最大位移量為13.468 mm，所受的最大應力343.075 MPa，滿足剛度強度的要求。

3.2 支架的模態(tài)分析

根據設計要求，為研究支架的動態(tài)性能，以防其自身的固有特征頻率與運輸過程中的激擾頻率及工作頻率接近而造成的疲勞破壞，因此需對此管道支架進行模態(tài)計算分析，以便求出管道支架的固有頻率和振型。此次分析計算了管道支架的前20階模態(tài)，結果良好。

4 集成式制冷站的工廠預制生產及運行結果

集成式制冷站與傳統(tǒng)制冷站相比，還有一個大的區(qū)別就是可以在工廠內預制生產。集成式制冷站經過優(yōu)化設計、設備的最優(yōu)選型、整體結構設計以及受力的仿真校核，已經具備了生產加工的條件。在制造的過程中，可以進一步發(fā)現設計時沒有考慮周全的地方，為以后完善產品設計提供參考。

在工廠完成預制生產后，可先行對集成式制冷站進行強度試驗、嚴密性試驗和運行測試。待制冷站通過這些測試后，將制冷站分模塊運輸到現場，因為在結構設計時已考慮到模塊化安裝[2]。這樣可以大大減少現場安裝及調試時間，避免各專業(yè)工種交叉作業(yè)，降低施工難度，提高工作質量，從而有利于制冷站的整體性能。

待集成式制冷站正常運行后，可對其運行狀態(tài)進行監(jiān)測，得到檢測數據后可得出結論運行狀況滿足制冷站的設計要求。制冷站的檢測數據如表1所示。

綜上所述，集成式制冷站擁有以下幾點優(yōu)勢。

（1）節(jié)能高效。系統(tǒng)整體化設計，部件最優(yōu)化選型，提高系統(tǒng)各部件兼容性，使制冷站整體高效運行。

（2）節(jié)省空間。通過三維仿真技術及結構仿真校核，優(yōu)化制冷站的整體布局，減少安裝現場的占地面積和材料的浪費，靈活適應現場安裝要求。

（3）縮短安裝調試周期。集成式制冷站已在工廠預制生產并通過了相關測試及檢測。在現場可快速地完成安裝調試工作，避免了傳統(tǒng)制冷站交叉施工，調試周期長的問題。

（4）方便維護。通過節(jié)能控制系統(tǒng)及智能控制技術實現了自動控制和遠程監(jiān)控，操作簡單，及時發(fā)現問題，降低系統(tǒng)運行成本和維護難度。

5 結語

該文主要討論了將制冷站各部件整合起來，當成一個系統(tǒng)性的產品來設計，以達到提高效率、節(jié)能減排的目的。采用理論分析、優(yōu)化設計、仿真計算、測試試驗相結合的方法對集成式制冷的可行性進行了討論，實際應用中效果良好。

參考文獻

[1] 馬娟麗.中央空調系統(tǒng)的最優(yōu)化運行[D].西安科技大學，2006.

[2] 楊丹，宗文波，范志遠，等.集成制冷站系統(tǒng)集成技術與工程應用[J].暖通空調，2014（3）：89-92.