軌道車輛變頻空調(diào)節(jié)能試驗及舒適性研究

王　釗　魏婉娜　陳　亮（.廣州中車軌道交通空調(diào)裝備有限公司　廣州　5085；.華車（北京）交通裝備有限公司　北京　00038）

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軌道車輛變頻空調(diào)節(jié)能試驗及舒適性研究

王釗1魏婉娜1陳亮2
（1.廣州中車軌道交通空調(diào)裝備有限公司廣州510285；2.華車（北京）交通裝備有限公司北京100038）

【摘要】在軌道車輛上安裝變頻空調(diào)，與既有定頻空調(diào)進行運營對比試驗。試驗結(jié)果表明變頻空調(diào)全年節(jié)能率達到27.58%。安裝變頻空調(diào)的客室內(nèi)溫度控制精度高，溫度波動范圍小，舒適性提高。變頻空調(diào)機組在軌道車輛上具有良好的經(jīng)濟效益和應用前景。

【關鍵詞】軌道車輛；變頻空調(diào)；節(jié)能試驗；舒適性

作者（通訊作者）簡介：王釗（1986-），男，碩士研究生，從事列車空調(diào)設計研發(fā)工作，E-mail：Zhao.Wang@zrjc.com

0　引言

軌道車輛空調(diào)使用環(huán)境沖擊和振動大、全年氣候環(huán)境多變、車輛熱負荷變化快。目前的軌道車輛空調(diào)機組大多使用定頻壓縮機，空調(diào)機組的制冷調(diào)節(jié)能力較差，對負荷變化范圍大的使用環(huán)境適應力不好，只能通過控制壓縮機的啟停數(shù)量來實現(xiàn)制冷能力調(diào)節(jié)，導致車廂內(nèi)溫度波動較大，空調(diào)機組的制冷能力產(chǎn)生浪費[1]，最終產(chǎn)生能耗損失。

變頻空調(diào)采用變頻壓縮機，通過變頻器調(diào)節(jié)壓縮機運行頻率來滿足車內(nèi)不同載客量、環(huán)境溫度變化時的制冷需求，實現(xiàn)對車內(nèi)溫度的精確控制[2,3]，減少啟動電流對電網(wǎng)的沖擊[4]，達到減少空調(diào)機組的能耗，實現(xiàn)節(jié)能的目的[5]。

變頻空調(diào)在軌道車輛上已經(jīng)有部分的使用，如CRH2型動車組[6]、重慶單軌項目等，但其目的不是用于節(jié)能，而是滿足軌道車輛惡劣的使用環(huán)境、如高溫、低溫制冷狀態(tài)等。通過在深圳某地鐵車輛上安裝變頻空調(diào)，裝車運行后，對變頻空調(diào)機組的節(jié)能效果進行考核，從實際用電量數(shù)據(jù)和車廂內(nèi)溫度舒適性方面研究變頻空調(diào)機組的節(jié)能能力和實際達到的溫度舒適性指標。

1　試驗方法

在深圳某地鐵線路的運營車輛上，使用編號130的列車進行變頻空調(diào)節(jié)能試驗改造。130車第01、02、03車上每節(jié)車使用兩臺原車定頻空調(diào)；第04、05、06車上每節(jié)車上安裝兩臺新造變頻空調(diào)。車輛編組方式和空調(diào)安裝示意圖如下圖1所示。

圖1　空調(diào)安裝示意圖Fig.1 Air-conditioning installation diagram

在車輛空調(diào)控制柜內(nèi)安裝電能表，實時記錄每臺空調(diào)機組運行消耗的電量；在車廂內(nèi)安裝溫濕度記錄儀，實時記錄車廂內(nèi)部的溫濕度數(shù)據(jù)。

定頻空調(diào)和變頻空調(diào)機組的額定制冷量均為42kW，送風量5000m3/h，新風量1600m3/h，使用R407C制冷劑，定頻空調(diào)機組使用谷輪ZR94KTE -TFD型壓縮機；變頻空調(diào)機組使用ZRHV72KJETFD型壓縮機?？照{(diào)機組外形尺寸除壓縮機位置外，其余接口與原車輛接口均保持一致。變頻空調(diào)機組使用原車空調(diào)的控制邏輯，每臺變頻空調(diào)機組內(nèi)部設置壓縮機變頻控制裝置，根據(jù)車內(nèi)外溫度狀態(tài)自動控制壓縮機運行頻率和起停。除壓縮機控制邏輯不同外，空調(diào)其它功能均保持一致。

2　節(jié)能試驗用電量數(shù)據(jù)分析

自2013年5月開始進行變頻空調(diào)節(jié)能試驗的裝車調(diào)試工作，期間根據(jù)客室內(nèi)實測溫度數(shù)據(jù)和車內(nèi)溫度設定值，逐漸調(diào)節(jié)變頻空調(diào)的運行狀態(tài)，使安裝定頻空調(diào)和變頻空調(diào)的客室內(nèi)溫度趨于一致。節(jié)能試驗選用數(shù)據(jù)為2013年7月31日至2014年7月29日時間段內(nèi)。

表1　空調(diào)用電量數(shù)據(jù)Table 1 Power consumption data of Air-conditioning

根據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)，自2013年7月31日至2014年7月29日，130車定頻空調(diào)總用電量為207479.5kWh；變頻空調(diào)的總用電量為150263.7kWh。變頻空調(diào)相比于定頻空調(diào)總計節(jié)能57215.8kWh，總的節(jié)能比率為27.58%。

從圖2中可知，130車變頻空調(diào)的單月節(jié)能率最小為20.96%，最大為34.51%，年平均節(jié)能率達到27.58%。

2013年11月、12月、2014年1月份共3個月中，變頻空調(diào)節(jié)能率均在22%左右，處于全年的節(jié)能率最低值。此時深圳地區(qū)環(huán)境溫度低，新風熱負荷很小，車廂內(nèi)的制冷需求不大，空調(diào)制冷使用率較低。而且環(huán)境溫度較低時空調(diào)自身冷凝換熱效果好，定頻和變頻空調(diào)能效比都比較高，導致變頻空調(diào)節(jié)能率在此時偏低。

在過渡季節(jié)如2013年10月份、2014年3月份，節(jié)能率達到峰值。此時全天溫度變化范圍較大，空氣含濕量大，空調(diào)制冷除濕負荷大，車內(nèi)熱負荷因載客量變化劇烈，車輛開關門引起的冷空氣損失等因素[7]，導致定頻壓縮機頻繁啟停，而變頻壓縮機通過調(diào)節(jié)運行頻率，減少了壓縮機的啟停次數(shù)，達到減少空調(diào)用電量的目的。

變頻空調(diào)機組的主要節(jié)能能力來自于非滿負荷時空調(diào)機組更高的能效比，在滿負荷及以上情況時，變頻空調(diào)和定頻空調(diào)均要求在滿狀態(tài)運行，定頻空調(diào)壓縮機全冷運行，變頻壓縮機工作在設定的高頻率滿負荷運行。此時二者的能效比處于同一等級。變頻空調(diào)機組在車廂低負荷狀態(tài)時，通過降低壓縮機運行頻率，減少制冷系統(tǒng)中循環(huán)的制冷劑質(zhì)量流量，減少壓縮機輸入功率，提高換熱器換熱效果，最終提升能效比[8]。在車輛總的熱負荷一致的情況下，能效比越高，消耗功率越小。

圖2變頻空調(diào)月度節(jié)能率Fig.2 Monthly energy saving rate of inverter air-conditioning

3　客室溫度及舒適性分析

車輛客室內(nèi)部安裝溫濕度采集儀，實時記錄客室內(nèi)部的溫度和濕度值，通過對比安裝定頻空調(diào)和變頻空調(diào)車輛的內(nèi)部實測溫度值，調(diào)整空調(diào)的運行參數(shù)，使整列車的溫度設定值和舒適度達到一致，使空調(diào)機組工作狀態(tài)一致，節(jié)能試驗更加準確有效。

圖3　第1301車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)變化曲線Fig.3 Interior temperature data curve of 1301 carriage

圖3為2014年3月31日實時記錄的車內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)。運營車輛自早上06:25分上線運行，晚上00:00分回庫停車。全天制冷運行時間約17.5小時。01車內(nèi)最高溫度26.3℃，最低溫度為21.9℃，全天平均溫度為23.5℃，溫度波動范圍為±2.2℃，平均相對濕度78%。06車內(nèi)最高溫度26.3℃，最低溫度23.3℃，全天平均溫度值24.4℃，溫度波動范圍為±1.5℃，平均相對濕度74.9%。

圖4　第1306車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)變化曲線Fig.4 Interior temperature data curve of 1306 carriage

圖5　月度車內(nèi)平均溫度數(shù)據(jù)曲線Fig.5 The average monthly interior temperature data curve of the carriage

每車每月的車內(nèi)平均溫度曲線如圖5所示。

對比安裝定頻空調(diào)車廂和變頻空調(diào)車廂內(nèi)的溫度波動曲線，可知安裝變頻空調(diào)車廂內(nèi)的溫度波動范圍小，波動幅度小，車內(nèi)空氣相對濕度有一定改善，舒適性更高。

130車各車廂內(nèi)溫度自2013年8月起，安裝定頻空調(diào)的車廂和安裝變頻空調(diào)的車廂內(nèi)溫度波動趨勢一致，車內(nèi)溫度平均數(shù)值基本一致。全年安裝變頻空調(diào)車廂內(nèi)溫度比安裝定頻空調(diào)車廂內(nèi)溫度平均高出0.26℃，且安裝變頻空調(diào)車廂內(nèi)年度平均溫度均小于26℃。可知變頻空調(diào)控溫功能滿足車輛使用要求。

4　結(jié)論

變頻空調(diào)機組在2013年7月至2014年7月全年的試驗期內(nèi)，空調(diào)機組運行狀態(tài)良好，變頻空調(diào)相比于定頻空調(diào)總計節(jié)能57215.8kWh，平均節(jié)能率為27.58%，車廂內(nèi)平均溫度值達到要求，溫度波動小于安裝定頻空調(diào)的車廂，節(jié)能試驗達到預期目的。試驗表明，變頻空調(diào)機組在軌道車輛上具有良好的應用，特別適合熱負荷變化快的軌道車輛，節(jié)能能力具有較大優(yōu)勢，具有優(yōu)秀的應用前景。

參考文獻：

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Research on Energy Saving Experiment and
Comfortableness of Inverter Air-conditioning for Railbound Vehicles

Wang Zhao1Wei Wanna1Chen Liang2
( 1.Guangzhou Zhongche Railway Vehicles Air Conditioning Co., Ltd, Guangzhou, 510285；2.China Railway (BEIJING) Vehicles Equipment Co., Ltd, Beijing, 100038 )

【Abstract】Installation of inverter air-conditioning on railbound vehicles, contrasting experiment with the existing fixed frequency air-conditioning. The experiment results show that the annual energy saving rate reached 27.58% of inverter air-conditioning. The temperature control precision is high in the passenger compartment installation of inverter air-conditioning, temperature fluctuation range is small, the comfortableness is improved. Inverter air conditioning unit has good economic benefits and application prospect in railbound vehicle.

【Keywords】railbound vehicles; inverter air-conditionging; energy saving experiment; comfortableness

中圖分類號U270.38+3

文獻標識碼A

文章編號：1671-6612（2016）01-099-05

收稿日期：2015-03-02