市域動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于玉超+丁大龍+張萌

摘要：介紹了某市域動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究背景、工作方式、主要組成及工作原理，對市域動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考及借鑒意義。

關(guān)鍵詞：市域動(dòng)車組；空調(diào)系統(tǒng)；加熱；制冷

1 背景介紹

隨著國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通市場對市域動(dòng)車組的需求呈現(xiàn)明顯上升趨勢，并將在短期內(nèi)形成發(fā)展規(guī)模。市域動(dòng)車組主要連接城郊（如城市外環(huán)、衛(wèi)星城、城市遠(yuǎn)郊）、相鄰的城市或地區(qū)（如旅游景點(diǎn)、機(jī)場等）。市域動(dòng)車組以載客量大、快速起停等特點(diǎn)得到越來越多的關(guān)注。

本文以某時(shí)速160公里城際動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)方案為例對市域動(dòng)車組的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 工作方式

客室空調(diào)系統(tǒng)工作方式如下：

（1）新風(fēng)經(jīng)過空調(diào)機(jī)組上新風(fēng)口吸入，并進(jìn)行初步過濾。

（2）回風(fēng)主要通過車廂內(nèi)邊頂區(qū)域的縫隙吸入，經(jīng)邊頂上部與車頂之間的回風(fēng)空間進(jìn)入客室空調(diào)機(jī)組。

（3）回風(fēng)和新風(fēng)在空調(diào)機(jī)組內(nèi)的混合腔中混合，經(jīng)過空調(diào)機(jī)組內(nèi)部的蒸發(fā)器或電加熱器的處理，即經(jīng)過制冷劑蒸發(fā)制冷或電加熱器加熱處理。

（4）經(jīng)過處理的氣體通過送風(fēng)道系統(tǒng)送到需要調(diào)節(jié)的客室。

（5）廢氣是通過車頂內(nèi)裝縫隙，再經(jīng)車頂上的自然通風(fēng)器排出車外。

（6）車內(nèi)的輔助加熱器為客室區(qū)域補(bǔ)充供暖。

（7）司機(jī)室通風(fēng)單元通過內(nèi)部的調(diào)速風(fēng)機(jī)和加熱器，分別為司機(jī)室進(jìn)行增壓供風(fēng)和補(bǔ)充供暖。

（8） 系統(tǒng)控制由位于通過臺間壁內(nèi)的空調(diào)控制柜進(jìn)行。空調(diào)控制柜內(nèi)的控制器通過讀取新風(fēng)溫度傳感器、回風(fēng)溫度傳感器、送風(fēng)溫度傳感器的溫度值，控制各部件的運(yùn)行。

（9）主回路供電失效時(shí)，由應(yīng)急逆變器給空調(diào)機(jī)組通風(fēng)機(jī)供電，關(guān)閉回風(fēng)門，為車內(nèi)提供足夠新風(fēng)。

3 系統(tǒng)功能及組成

空調(diào)系統(tǒng)具有如下功能：預(yù)冷、預(yù)熱、通風(fēng)、制冷、加熱、緊急關(guān)閉、客室溫度調(diào)節(jié)功能。

空調(diào)系統(tǒng)主要由以下部件組成：

3.1 客室空調(diào)機(jī)組

空調(diào)機(jī)組為單元式結(jié)構(gòu)，安裝在客室兩端車頂框架內(nèi)，通過8個(gè)減震器與車體連接?？照{(diào)機(jī)組送風(fēng)口和回風(fēng)口均在機(jī)組兩前端面，冷風(fēng)通過風(fēng)道與客室內(nèi)部相通，通過車體兩側(cè)縫隙進(jìn)行回風(fēng)。

機(jī)組箱體從結(jié)構(gòu)上分為室內(nèi)蒸發(fā)腔、室外冷凝腔兩部份。離心式通風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、電加熱器等安裝在室內(nèi)蒸發(fā)腔；軸流式冷凝風(fēng)機(jī)、冷凝器、壓縮機(jī)等安裝在室外冷凝腔。主要部件包括全封閉渦旋式壓縮機(jī)2臺、離心式通風(fēng)機(jī)2臺、軸流式冷凝風(fēng)機(jī)2臺、冷凝器2臺、蒸發(fā)器2臺，電加熱器2臺等。機(jī)組內(nèi)設(shè)有混合風(fēng)濾塵網(wǎng)，打開機(jī)組小蓋板，可進(jìn)行清洗、拆換等操作，簡單方便。

空調(diào)機(jī)組選用全封閉渦旋制冷壓縮機(jī)，以R407C為制冷劑，毛細(xì)管為節(jié)流元件。每臺機(jī)組由兩個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)系系統(tǒng)組成，能夠根據(jù)車內(nèi)熱負(fù)荷的情況調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)組的冷量。

3.2 司機(jī)室送風(fēng)單元

司機(jī)室設(shè)置一臺送風(fēng)單元，保證司機(jī)室內(nèi)的通風(fēng)和制熱功能。

司機(jī)室送風(fēng)單元是用于軌道車輛司機(jī)室的增壓換氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)型式為單元式，安裝在司機(jī)室車頂部，將處理過的空氣經(jīng)送風(fēng)口送入司機(jī)室。送風(fēng)單元耐振動(dòng)、抗沖擊，能適應(yīng)地面及地下隧道等不同的運(yùn)行環(huán)境。

司機(jī)室送風(fēng)單元的外罩采用不銹鋼板材質(zhì)，送風(fēng)單元主要由離心風(fēng)機(jī)、電加熱器、變壓器等組成，可以實(shí)現(xiàn)制熱和通風(fēng)功能，通過司機(jī)臺的選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)模式調(diào)節(jié)。司機(jī)室送風(fēng)單元通過離心風(fēng)機(jī)由進(jìn)風(fēng)口從客室主風(fēng)道引入經(jīng)空調(diào)處理后的空氣，由出風(fēng)口送入司機(jī)室。司機(jī)室內(nèi)送風(fēng)的方向由通風(fēng)單元出風(fēng)口導(dǎo)向器進(jìn)行控制，可根據(jù)司機(jī)喜好調(diào)整送風(fēng)角度，從送風(fēng)口送出的空調(diào)風(fēng)能直接吹到司機(jī)座位區(qū)域。司機(jī)室內(nèi)安裝有電加熱器，可通過調(diào)節(jié)模式開關(guān)來實(shí)現(xiàn)制熱模式。

3.3 供風(fēng)道

在每一節(jié)車廂端部設(shè)有一組送風(fēng)道，用于對車內(nèi)空氣的輸送和分配。送風(fēng)道采用鋁板，內(nèi)部粘貼保溫材料。風(fēng)道具有良好的密封性，車門關(guān)閉時(shí)能有效地隔熱、隔聲。

由于空調(diào)機(jī)組采用頂置前出前回，兩端送風(fēng)的型式，風(fēng)道布置采用對送式送風(fēng)?？褪宜惋L(fēng)道安裝在車頂?shù)捻敯迳戏剑陧敯迳嫌型ㄩL的送風(fēng)格柵沿車體兩側(cè)分布，通過格柵向客室送風(fēng)，這樣的分布保證客室區(qū)域的空氣流動(dòng)比較均勻。當(dāng)一臺空調(diào)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，另一臺空調(diào)機(jī)組處理后的空氣也能送入整個(gè)車廂。

軟風(fēng)道連接客室風(fēng)道與司機(jī)室風(fēng)道，將處理后的新風(fēng)通過軟風(fēng)道引入司機(jī)室。軟風(fēng)道材料為氯丁橡膠，風(fēng)道的防火要求符合DIN5510的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，阻燃等級執(zhí)行4級。

3.4 回風(fēng)道

在客室風(fēng)道下方布置有回風(fēng)道，回風(fēng)道與客室送風(fēng)道集成在客室送風(fēng)道上，這樣既節(jié)省了安裝空間，又保證客室內(nèi)的空氣循環(huán)再利用，通過客室空調(diào)機(jī)組這個(gè)介質(zhì)完成送回風(fēng)功能。

3.5 排風(fēng)裝置

在每個(gè)頭車車頂外設(shè)置8個(gè)排風(fēng)裝置，中間車車頂外設(shè)置6個(gè)排風(fēng)裝置。

排風(fēng)裝置屬于自然通風(fēng)器，用于向車外換氣和應(yīng)急通風(fēng)。排風(fēng)裝置能調(diào)節(jié)車內(nèi)氣壓，其調(diào)節(jié)風(fēng)門根據(jù)車內(nèi)壓力變化而動(dòng)作。當(dāng)車內(nèi)無正壓時(shí)，排風(fēng)裝置的調(diào)節(jié)風(fēng)門保持關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)車內(nèi)有正壓時(shí)，排風(fēng)裝置的調(diào)節(jié)風(fēng)門打開；根據(jù)車內(nèi)正壓的大小，排風(fēng)裝置的調(diào)節(jié)風(fēng)門打開角度不同，正壓越大，開度也越大，從而保證車內(nèi)壓力相對恒定。在應(yīng)急通風(fēng)時(shí)，調(diào)節(jié)風(fēng)門開度為最大，從而保證車內(nèi)有足夠的廢氣排出。

3.6 電加熱器

在每一節(jié)車廂的客室座椅下部，布置了兩種規(guī)格的電加熱器。電加熱器采用不銹鋼外殼和不銹鋼繞片式加熱管，每組加熱器分兩組進(jìn)行控制。

電加熱器工作時(shí)，不僅給車廂提供舒適的溫度，還為乘客腿部提供必須的熱量，以滿足乘客對于溫度的需求，保證客室區(qū)域的舒適性。？？

3.7應(yīng)急逆變器

每輛車車下設(shè)有一臺應(yīng)急逆變器，用于主回路供電失效時(shí)給通風(fēng)機(jī)供電，保證車內(nèi)的新風(fēng)供應(yīng)。

4工作原理

車廂內(nèi)的空氣通過回風(fēng)口吸入空調(diào)機(jī)組內(nèi)，在蒸發(fā)器前與外界新風(fēng)混合，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾后，在通風(fēng)機(jī)的作用下，經(jīng)過蒸發(fā)器，被冷卻、干燥后，通過主風(fēng)道均勻地送到車內(nèi)。

制冷系統(tǒng)連續(xù)工作，使車內(nèi)溫度逐漸降低，從而達(dá)到制冷、除濕的目的。通過設(shè)置在車內(nèi)的回風(fēng)溫度傳感器和新風(fēng)口的新風(fēng)傳感器，可實(shí)現(xiàn)對車內(nèi)空氣溫度按照曲線自動(dòng)控制。同時(shí)，配合回風(fēng)閥和新風(fēng)閥的控制，空調(diào)機(jī)組能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)冷、制冷和通風(fēng)功能。

在交流輔助電源設(shè)備故障情況下，應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)立即自動(dòng)投入工作，向客室、司機(jī)室輸送新風(fēng)。當(dāng)交流輔助電源供電正常時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。

5性能分析

市域動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)的布置，滿足旅客對客室舒適性的要求。

在司機(jī)室，有專門為司機(jī)室通風(fēng)和取暖的通風(fēng)單元。在司機(jī)臺上，通過旋鈕可以調(diào)節(jié)司機(jī)室的風(fēng)量大小和通風(fēng)單元內(nèi)電加熱器對客室的暖風(fēng)需求。

每輛車各設(shè)置兩臺客室空調(diào)機(jī)組，無論是車輛在定員還是超員的情況下，都能滿足乘客對于新風(fēng)和采暖的需求。通過客室中頂板送風(fēng)格柵向客室輸送新風(fēng)，滿足乘客對通風(fēng)的需求。在車廂的頂部，有廢排裝置，客室內(nèi)的空氣通過車內(nèi)的正壓通過驅(qū)動(dòng)廢排裝置的風(fēng)門打開，已達(dá)到往外排風(fēng)的效果。

6 總結(jié)

此市域動(dòng)車組已經(jīng)生產(chǎn)制造完成，在進(jìn)行整車靜止試驗(yàn)及運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，車廂內(nèi)的溫度、濕度、微風(fēng)速等舒適性參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。此市域動(dòng)車組型式試驗(yàn)的成功對于后續(xù)市域動(dòng)車組的研發(fā)具有一定的參考性和借鑒意義。