列車檢修庫局部空調(diào)送風參數(shù)研究

許力方 雷 波

?

列車檢修庫局部空調(diào)送風參數(shù)研究

許力方 雷 波

（西南交通大學機械工程學院 成都 610031）

以局部空調(diào)環(huán)境下的列車檢修庫工作區(qū)為研究對象，選取PMV-PPD指標作為熱舒適評價標準，得到滿足作業(yè)人員熱舒適的空氣參數(shù)。以成都列車檢修庫為例，校核實際作業(yè)區(qū)空氣參數(shù)并計算局部送風參數(shù)及空調(diào)負荷。

檢修庫；局部空調(diào)；PMV-PPD；送風參數(shù)；空調(diào)負荷

0 引言

列車檢修庫是車輛停放、檢查、整備、運用及修理的管理中心，擔負著各工藝設(shè)備的維修、檢測、管理工作。檢修庫內(nèi)作業(yè)人員、檢修設(shè)備及車輛本身會產(chǎn)生大量的熱量，同時檢修庫內(nèi)并未設(shè)置機械排風，夏季氣溫較高時，工人作業(yè)環(huán)境較為惡劣，影響作業(yè)安全和檢修質(zhì)量。

列車檢修庫屬于高大工業(yè)建筑，工人作業(yè)區(qū)域不定且空間有限，宜采用移動式局部空調(diào)改善作業(yè)環(huán)境。本文分析作業(yè)區(qū)環(huán)境參數(shù)、空調(diào)送風參數(shù)和空調(diào)負荷，為移動式局部空調(diào)設(shè)計提供參考。

1 列車檢修庫工作特點

列車檢修庫主要包括臨修庫、不落輪鏇庫和檢查庫。臨修庫主要是對影響運行舒適度、平穩(wěn)度以及運營安全等情況進行臨時、突發(fā)性故障檢修，主要對動車組轉(zhuǎn)向架及走行部、受電弓、空調(diào)、制動等大部件檢查或更換檢修，以及對車內(nèi)設(shè)備、車外其他機械或電氣部分進行故障檢查或更換檢修。不落輪鏇庫主要是對車輪進行不解體鏇修加工。檢查庫主要對列車進行一、二級修，主要通過車載設(shè)備和地面設(shè)備對動車組技術(shù)狀態(tài)進行檢查與檢測，更換易損易耗件和故障件，及時消除各類設(shè)備故障，同時對全列車進行客運整備作業(yè)，保證動車組設(shè)備完好地投入上線運營。

通過現(xiàn)場調(diào)研，臨修庫作業(yè)全部需要工人手動操作，為輕度或中度體力勞動；工人作業(yè)時間較長，通常在6小時以上；列車單側(cè)檢修人員2～3人，工人主要活動區(qū)域長5m，最小寬度1.4m，最大寬度2.7m，移動式空調(diào)送風距離2m。不落輪鏇庫車輪單側(cè)工作人員1人，作業(yè)人員大多數(shù)時間可靜坐休息，整個工作段內(nèi)活動量小，工作時間持續(xù)1～2個小時；工人主要活動區(qū)域長3m，寬1m，作業(yè)人員可根據(jù)使用習慣任意放置移動式空調(diào)，送風距離不固定。檢查庫與不落輪鏇庫類似，工人作業(yè)區(qū)域阻擋較少，機組可任意放置。

2 列車檢修庫作業(yè)區(qū)環(huán)境參數(shù)

2.1 列車檢修庫熱舒適評價模型

預測平均投票數(shù)和預測不滿意百分數(shù)（）評價指標是應用最廣泛的熱舒適性指標，并被編入國際標準ISO7730，它是在大量實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合人體的熱舒適方程，提出的表征人體熱舒適的一個較為客觀的指標。該指標綜合考慮了人體活動程度、衣服熱阻、空氣溫度、平均輻射溫度、空氣濕度和空氣流動速度等六個因素，并從心理、生理學主觀熱感覺的等級為出發(fā)點，是迄今為止，考慮人體熱舒適感諸多因素最全面的評價指標。

Fanger教授提出了基于當人體蓄熱率=0時的預測平均評價的關(guān)系式[1]：

=[0.303exp(-0.036)+0.0275]（1）

式（1）中，為人體的新陳代謝率，W/m2；為人體熱負荷，W/m2。可按下式計算：

=--3.05[5.733-0.007(-)-P]-0.42(--58.2)-0.0173(5.867-P)-0.0014(34-t)-3.96×10-8f[(t+273)4-(+273)4]-fh(t-t) （2）

式中：為人體向外所做的機械功，W/m2；P為水蒸氣分壓力，kPa；t為空氣干球溫度，℃；f為服裝的面積系數(shù)，(m2·℃)/W；t為衣服外表溫度，℃；為環(huán)境平均輻射溫度，℃；h為對流換熱系數(shù)，W/(m2·℃)。

根據(jù)參考文獻[3]，將、等參數(shù)代入到方程式（1）中，得到檢修庫熱環(huán)境下以P、t、t為自變量的預測平均評價方程：

=0.0325×{51.66+5.022P+0.1596t-4.0788×10-8[(t+273)4-(t+273)4]-12.463(t-t)}（3）

指標代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的感覺，但是人與人之間存在生理差別，因此指標并不能夠代表所有個人的感覺。Fanger又提出了預測不滿意百分比（Predicted Percentage Dissatisfied）指標來表示人群對熱環(huán)境不滿意的百分數(shù)，并給出了它與的定量關(guān)系[2]：

=100-95exp[-(0.033534+0.21792)] （4）

2.2 列車檢修庫熱舒適度等級

根據(jù)《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[4]，將熱舒適度劃為兩個等級，Ⅰ級夏季0≤0.5，≤10%；Ⅱ級0.5≤≤1，10%≤≤27%?？紤]到節(jié)能和作業(yè)時間，可將檢修庫作業(yè)區(qū)的舒適度等級定為Ⅱ級。計算出列車檢修庫夏季舒適度等級為Ⅱ級時的檢修庫工作區(qū)的風速，溫度t，相對濕度，見表1。

圖1 檢修庫工作區(qū)舒適度隨風速(v)、溫度(ta)、相對濕度(RH)的變化曲線

表1 0.5≤PMV≤1時的空氣參數(shù)

續(xù)表1 0.5≤≤1時的空氣參數(shù)

Table 1 Air parameters under 0.5≤PMV≤1

圖1給出了部分隨風速、溫度、相對濕度的變化曲線圖，從圖中可知風速對的影響比溫度大，相對濕度對的影響最小。

2.3 列車檢修庫作業(yè)區(qū)空氣參數(shù)

成都夏季通風室外計算溫度28.6℃，相對濕度70%，含濕量17.5g/kg。通過EnergyPlus軟件模擬得到成都地區(qū)檢修庫自然通風下室內(nèi)溫度為29.7℃，室內(nèi)含濕量與室外含濕量相等，均為17.5g/kg，室內(nèi)相對濕度66.4%，空氣焓值74.58kJ/kg，此為局部空調(diào)空氣處理前參數(shù)。

經(jīng)過指標計算得到的作業(yè)點環(huán)境參數(shù)（表1），通過局部射流公式[5]和卷吸公式[6]分別得到的送風溫度、送風速度和送風含濕量，采用這樣的計算方法，送風溫度和送風濕度不存在耦合。但是移動式局部空調(diào)在沒有再熱或加濕的情況下，實際空調(diào)送風溫度與送風濕度（相對濕度）是密切耦合的，二者不能同時滿足設(shè)計要求。通常情況下，先滿足作業(yè)區(qū)設(shè)計溫度的要求，為了獲得相同的熱舒適性（），采用改變作業(yè)區(qū)風速的方法來解決。

以作業(yè)區(qū)環(huán)境溫度27℃，相對濕度70%，風速1m/s為例進行計算。利用局部射流公式[5]得到送風溫度22.6℃，送風速度3.2m/s。送風溫度22.6℃時，露點送風含濕量16.4g/kg，經(jīng)射流卷吸，作業(yè)區(qū)相對濕度變成76.7%，為達到相同熱舒適性（），風速從1m/s提高到1.05m/s。同理，當作業(yè)點環(huán)境溫度27℃，相對濕度80%，風速1m/s時，經(jīng)校核，實際作業(yè)區(qū)環(huán)境參數(shù)為：27℃，相對濕度76.7%，風速0.95m/s。

當作業(yè)區(qū)23～26℃時，送風溫度較低，空調(diào)負荷較大，在此區(qū)間內(nèi)的工作區(qū)參數(shù)并無太大實際意義。針對成都列車檢修庫，提出作業(yè)區(qū)27～29℃時的空氣參數(shù)，見表2。

表2 實際作業(yè)區(qū)空氣參數(shù)

作業(yè)區(qū)相對濕度由送風含濕量、周圍空氣含濕量共同決定。當列車檢修庫地理位置確定后，列車檢修庫周圍空氣參數(shù)確定；當作業(yè)區(qū)的設(shè)計溫度一經(jīng)確定，送風溫度、送風含濕量隨之確定；然后在相同下確定工作區(qū)風速，最后確定送風速度。表2說明，作業(yè)區(qū)相對濕度與作業(yè)區(qū)溫度一一對應，在這種情況下，人體熱舒適（）取決于風速。

3 列車檢修庫局部空調(diào)送風參數(shù)及空調(diào)負荷

3.1 送風參數(shù)和空調(diào)負荷計算方法

為實現(xiàn)機組統(tǒng)一，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，確定單個工位局部空調(diào)作業(yè)區(qū)送風距離為2m，送風寬度0.7m。根據(jù)參考文獻[5]的局部送風射流計算公式，選擇直徑150mm風口，當送風距離為2m時，求得作業(yè)區(qū)有效寬度為0.73m，滿足設(shè)計需求。根據(jù)表2給出的作業(yè)區(qū)溫度、風速并結(jié)合射流公式，求得送風溫差及送風速度，從而進一步求得送風溫度、送風風量。

局部空調(diào)負荷包括顯熱和潛熱兩部分，計算公式如下：

式中，為空調(diào)全熱負荷，kW；1為空調(diào)顯熱負荷，kW；2為空調(diào)潛熱負荷，kW；為空氣質(zhì)量，kg/s；1為空氣處理前焓值，kJ/kg；2為空調(diào)送風焓值，kJ/kg；為空氣定壓比熱，kJ/(kg·K)；1為空氣處理前溫度，K；2為空調(diào)送風溫度，K。

3.2 局部空調(diào)送風參數(shù)及空調(diào)負荷

以成都地區(qū)列車檢修庫為例，對單個工位計算得到列車檢修庫局部空調(diào)的送風參數(shù)及空調(diào)負荷，結(jié)果見表3。當作業(yè)區(qū)溫度高于27℃時，局部空調(diào)采用非露點送風，此時送風含濕量與檢修庫內(nèi)環(huán)境空氣含濕量相同，無潛熱負荷，局部空調(diào)負荷較小。

表3 列車檢修庫局部空調(diào)送風參數(shù)及空調(diào)負荷

3.3 作業(yè)區(qū)溫度、風速對空調(diào)負荷影響

為了研究作業(yè)區(qū)溫度、風速對局部空調(diào)負荷的影響，選擇作業(yè)區(qū)溫度分別為25、26、27、28、29℃，風速分別為0.5、1.0、1.5m/s時的局部空調(diào)負荷作為研究對象，分析結(jié)果見圖2。

（a） （b）

圖2 局部空調(diào)負荷隨溫度、風速變化圖

Fig.2changing withtand

圖2（a）中，工作區(qū)溫度在25～27℃時，負荷由潛熱和顯熱組成。當作業(yè)區(qū)溫度每升高1℃時，潛熱負荷下降比例比顯熱負荷大，且各負荷下降比例均不相同；當工作區(qū)溫度在27～29℃時，作業(yè)區(qū)溫度每升高1℃，顯熱負荷均下降58.8%；當只有顯熱負荷時，空調(diào)負荷與溫度成線性關(guān)系。

圖2（b）中，當風速從0.5m/s變化到1m/s，風速增大一倍，局部空調(diào)顯熱負荷與潛熱負荷均增加100%；當風速從1m/s變化到1.5m/s，風速增加50%，顯熱及潛熱負荷均增加50%，由此可知局部空調(diào)負荷與風速呈正比例關(guān)系。

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場調(diào)研，明確了列車檢修庫的現(xiàn)場環(huán)境和工人作業(yè)特點并計算得到滿足工人熱舒適性要求的空氣參數(shù)。以成都列車檢修庫為例，計算分析了列車檢修庫單個工位移動式局部空調(diào)送風參數(shù)及空調(diào)負荷，分析了作業(yè)區(qū)溫度和風速對空調(diào)負荷的影響，其結(jié)果可作為移動式局部空調(diào)設(shè)計參考。

[1] ASHRAE Standard 62.1.Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality[S]. Atlanta: American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers, Inc, 2004.

[2] Fanger P O. Thermal comfort[M]. Copenhagen: Dan ish Technical Press, 1970.

[3] 朱穎心.建筑環(huán)境學[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[4] GB/T 50736-2012,民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[5] 王漢青.通風工程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.

[6] 廉樂明.工程熱力學[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2002.

Research on the Local Air Conditioning Air Supply Parameters in Train Service Shop

Xu Lifang Lei Bo

( School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, 610031 )

This thesis is based on the air parameters condition which meets the thermal comfort for personnel working in train service shop under local air conditioning. With the selection of PMV-PPD index as the thermal comfort standard, we got the air parameters satisfying personnel’s thermal comfort. In the case of Chengdu train service shop, we checked the actual operating area air parameters, and obtained the air supply parameters and air conditioning load of local air conditioning.

Train service shop; Local air conditioning; PMV-PPD; Air supply parameters; Air conditioning load

1671-6612（2016）06-630-04

TU831.1

A

許力方（1990.12-），女，在讀碩士研究生，E-mail：303734754@qq.com

雷 波（1961.05-），男，教授，博導，E-mail：lbswjtu@163.com

2015-06-11