基于25B型高原工務淋浴車改造設計

李 曦

（中國鐵路南寧局集團有限公司 柳州機車車輛有限公司，工程師，廣西 柳州 545007）

目前國內(nèi)的工務工程改造車主要以宿營車為主，為沿線工作者提供住宿，由于宿營車空間有限，只提供休息場所及單個廁所，洗漱不便且缺少生活娛樂設施，設計改造一輛具備淋浴、生態(tài)廁所、建身休閑于一體的淋浴車，改善沿線工作者的生活環(huán)境。結(jié)合中國鐵路青藏局集團有限公司所處的高原環(huán)境提出了基于25B型高原工務淋浴車改造設計方案，具備在高原環(huán)境下循環(huán)淋浴、廁所污染物零排放、健身、生活于一體等功能，有效提升工務沿線工作者的生活質(zhì)量。

1 整車設計需求

高原工務淋浴車是在25B型客車基礎(chǔ)上加裝改造。25B 型客車車體長度25500mm、車體寬度3105mm、車體高度（自重下）4433mm；原車布局為兩端設通過臺；一位端設小走廊、鍋爐、乘務室、廁所等；二位端設置廁所、小走廊等；車輛中部設包間及大走廊或硬座。

1.1 功能需求

淋浴車是針對工務沿線工作者定向開發(fā)的，能在戶外環(huán)境下滿足工人淋浴、休閑、健身要求，具備高原環(huán)境下淋浴循環(huán)制熱，廁所污物生態(tài)降解等特性，并具有過濾凈化、影視、健身、按摩、通風換氣等功能的工務工程列車。

1.2 淋浴用水量需求

由于工務沿線施工時，人員較多，為提高淋浴效率，淋浴車需要容納幾個人同時淋浴。據(jù)調(diào)研，1個人淋浴用水量約為35L，綜合考慮供電、載重等問題，設計定義4個人同時淋浴，車上水箱裝滿水可供50人淋浴，所需總用水量至少為1.75t。

1.3 加熱方式

目前市面上用水的加熱方式通常有電熱水器加熱、空氣能加熱、蒸汽鍋爐加熱三種方式，其優(yōu)缺點比較如下。

①電熱水器可實現(xiàn)即開即用，不需要預熱，具備自動調(diào)溫功能，但電功率較大，溫度較低的環(huán)境水溫不高。

②空氣能加熱具有高效節(jié)能的特點，其節(jié)能效果是電熱水器的4倍，但冬天易結(jié)霜、使用時需進行預熱。

③蒸汽鍋爐加熱，耗能大且存在結(jié)水垢問題，增加設備維護成本。

綜上分析，結(jié)合青藏高原環(huán)境及經(jīng)濟性，擬采用空氣能+電加熱器的淋浴組合系統(tǒng)循環(huán)制熱。

1.4 加水方式

考慮整車連掛，結(jié)合車內(nèi)布置，設置貫通水管，保證全列車貫通注水，一位端兩側(cè)各設置一個注水口，并安裝凈水裝置，過濾雜質(zhì)，減少水垢。

1.5 廁所污物處理方式

目前工務工程列車的廁所是采用真空集便的方式，污物集中在車下污物箱存儲，后續(xù)到車站進行統(tǒng)一處理，由于工務在沿線工作時間長，一般三個月以上，沒有辦法定期到車站卸污，造成使用不方便，為解決這一困境，引進生物降解技術(shù)，建立生態(tài)廁所，使用適應高原的菌種對廁所污物進行降解，實現(xiàn)污物零排放。

1.6 淋浴污水處理方式

淋浴污水一般情況下是采用直排方式，但考慮青藏的高原環(huán)境，存在凍土，為防止淋浴污水直排沖壞軌道路基，決定在車下設置一個3t 的污水箱，收集淋浴污水，定期使用排水管引排到軌道路基外。

1.7 健身休閑方式

結(jié)合日常生活需求，配置衛(wèi)星影視系統(tǒng)、綜合訓練器、動感單車、按摩椅、咖啡機等設備，打造健身休閑于一體的場所

1.8 整車結(jié)構(gòu)

綜上，高原工務淋浴車整車結(jié)構(gòu)為下部加裝3t污物箱、空調(diào)外機，管路系統(tǒng)重新布置，上部設置淋浴系統(tǒng)、洗衣機、影視系統(tǒng)、健身器材、電力系統(tǒng)、生態(tài)廁所。

2 整車結(jié)構(gòu)設計

2.1 整車布局設計

根據(jù)整車設計需求及空間結(jié)構(gòu)，從一位端依次布置1 個設備間、4 個淋浴間、1 個洗衣間、1 個活動間、1個生態(tài)廁所、1個配電間，整車布局圖見圖1。

圖1 整車布局圖

2.2 水箱設計

2.2.1 車上水箱設計 為有效利用空間和平衡整車配重，提高整車穩(wěn)定性和安全性，將水箱設置在車頂（平頂板上方）。一位端設備間平頂板上方設置2個水箱供淋浴使用，二位端通過臺上方設置1 個水箱供洗衣及廁所用水。

考慮到每次4 人淋浴，車輛裝滿水一次需滿足50 人淋浴，每人用水量約3.2L，所需總用水量約1.75t。鐵路客車的橢圓水箱容量約為1t，所以在設備間上方設置2個淋浴用水箱。洗衣及廁所用水按常規(guī)設置1個1t水箱，由于空間限制，鐵路客車用的橢圓水箱尺寸過大，要保證容量不變，把該水箱設置成2000mm*1200mm*400mm 的方水箱，布置在通過臺上方。

2.2.2 車下污物箱設計 車下污物箱是用來收集車上淋浴及洗衣污水，根據(jù)50 人淋浴用水標準，一天產(chǎn)生污水約2t 左右，且車上配置3t 水箱，為了保持配重平衡，在車下枕內(nèi)二位側(cè)配置3t 的污物箱，整體結(jié)構(gòu)參照客車集便器污物箱，安裝1 個溫度傳感器，控制加熱管工作，當箱內(nèi)溫度低于3℃時，加熱管開始工作，水溫上升到8℃后，加熱管停止工作，具有防止傳感器失效時的保護功能；各管及閥須采取防凍措施，保證能正常使用。

2.3 淋浴系統(tǒng)設計

2.3.1 淋浴系統(tǒng)工作原理 該淋浴系統(tǒng)主要由空氣能、電加熱水箱、熱循環(huán)泵、增壓泵及管路組成。為克服空氣能在高原低溫環(huán)境工作效率下降的弊端，采用電加熱水箱替代空氣能常規(guī)配置的冷水箱，通過單獨電氣柜自動控制，使空氣能和電加熱水箱相互輔助工作，當環(huán)境溫度底于5°C時，電熱水箱通電加熱制熱水；當環(huán)境溫度高于5°C時，空氣能熱泵主機啟動循環(huán)制熱水模式，對水箱里的水進行加熱，如熱泵主機工作1 個小時后，水箱中的水溫仍未能達到設定值53°C時，那么電控系統(tǒng)會自動跳轉(zhuǎn)接通電熱水箱繼續(xù)加熱工作，加速整個制熱水過程，實現(xiàn)循環(huán)供水，淋浴控制系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2 淋浴控制系統(tǒng)原理圖

2.3.2 淋浴系統(tǒng)的選型 考慮到高原環(huán)境下戶外作業(yè)溫差較大，且需要淋浴人員較多，為保證淋浴車保持在40℃左右。通過查閱相關(guān)資料，空氣能功率需不低于3匹，電加熱水箱功率不低于12kW。經(jīng)綜合考慮，選擇格力空氣能（型號為KFRS-20ZM/C2S），巨浪電熱水箱（型號為BVE-120-12）。

2.4 生態(tài)廁所設計

生態(tài)廁所是指糞便排泄物采用微生物降解技術(shù)進行處理，糞便不需水沖、不向外排放。廁所廁具的糞便入口用活動閘板封堵起來，用來阻止人體排泄物臭味及封堵廁具洞孔，達到阻止臭氣外溢和避免產(chǎn)生視覺污染，進入處理器的糞便在微生物菌處理下，不會產(chǎn)生臭味外溢，免水沖，無須外接化糞池，負壓除臭，無二次污染。

本次采用的生態(tài)廁所是屬于車載式，直接安裝在車廂內(nèi)部，無需懸掛在車下，尺寸為700mm*700mm*400mm，配置大便器、小便器、洗手池，可適用-30°C～50°C 的氣溫條件，日處理量達100 人次/天。該工作原理是利用微生物新陳代謝原理，將一定優(yōu)化配置的降解菌種加入到菌床載體（鋸末或刨花等蓬松體）置入產(chǎn)品的主反應器中，當排泄物進入主反應器后經(jīng)攪拌器工作使之與菌床充分混合，生長在載體上的好氧菌等有效菌種分別能產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶等，使排泄物分解成被微生物利用的低分子物質(zhì)，降解微生物攝取這些低分子物質(zhì)后將其轉(zhuǎn)化成二氧化碳（CO2）、水（H2O）等，以氣體形式分離出來排放到空氣中，無其他污染物排放，降解菌種還有專門消除臭味的微生物，保障空氣清新。

2.5 管路設計

通過管路改造，一位端設備間水箱的水供淋浴使用，二位端通過臺上方水箱供洗衣及廁所用水，水路原理圖見圖3。

圖3 水路原理圖

2.6 其他輔助功能設計

2.6.1 衛(wèi)星天線選型 由于工作環(huán)境是高原地區(qū)，且在鐵路沿線，無法接入網(wǎng)線聯(lián)網(wǎng)看電視節(jié)目，要實現(xiàn)該功能，只能采用衛(wèi)星天線。從歷年改造車中使用衛(wèi)星天線發(fā)現(xiàn)，普通衛(wèi)星天線在高原地區(qū)無法使用，接收信號較差，為此選用一款適用高原地區(qū)使用的衛(wèi)星天線，型號為：AC200V 車載動中通V9 系列，經(jīng)測試滿足使用要求。

2.6.2 健身器材配置 根據(jù)日常生活需求，在活動間配置綜合訓練器、動感單車、電動按摩椅、仰臥板、45kg啞鈴套裝、體脂稱等，合理布局，滿足日常健身需求。

3 電氣系統(tǒng)改造設計

3.1 整車電氣改造設計

①全車加裝AC380V 貫通線和本車交流支線，在車體兩端加裝連接器插座；取消車底、車端DC48V供電線管及線路；設置應急電源柜。

②安裝電加熱器：側(cè)走廊設嵌入式電加熱器4組；活動室設嵌入式電加熱器11 組；每個淋浴房更衣室內(nèi)設單元式電加熱器1 組；衛(wèi)生間設單元式電加熱器1 組；所有電加熱器分全暖半暖由照明電源柜內(nèi)的電加熱器控制開關(guān)單獨控制。

③安裝空調(diào)機組：活動室兩端間壁上各設1.5P壁掛式空調(diào)1臺，主機安裝在車下，做好固定防盜。

④原車底電瓶箱取消，加裝應急電瓶箱。

⑤全車布線采用整體布線方式，符合《鐵道客車配線布線規(guī)則》。不同電壓制式電纜分開布線及穿管，并采取防鼠措施。

⑥活動間統(tǒng)一布設衛(wèi)星電視配置衛(wèi)星電視電源、信號線、配套自動天線機頂盒及電視，安裝位置在間壁上。

3.2 整車功率分配及線徑選擇

淋浴車需要供電的設備較多，主要有淋浴系統(tǒng)、空調(diào)、浴霸、電加熱器、車內(nèi)照明燈，在客車供電三相平衡原則下，整車線路設計充分考慮整車功率分配及線徑選擇。依據(jù)《鐵路客車用電線電纜》（QC/R814-2021）標準、功率P=UI 及載流量Icorr=k1×k2×k3×k4×Icable，（Icable為參考載流量，Icorr為電纜使用時的載流量，k1：環(huán)境溫度系數(shù)，k2：敷設修正系數(shù)，k3：壽命折算系數(shù)，k4：工作制系數(shù)。）對整車線徑進行載流量核算，見表1 淋浴車三相功率分配及線徑載流量核算。

表1 淋浴車三相功率分配及線徑載流量核算

4 結(jié)論

25B型高原工務淋浴車的改造設計借鑒了國內(nèi)先進淋浴系統(tǒng)技術(shù)、生態(tài)廁所技術(shù)，并充分考慮車輛運行條件、維修條件和使用習慣等因素，具備在高原環(huán)境下循環(huán)淋浴、廁所污染物零排放、健身、生活于一體等功能的特點，有效提升了工務沿線工人的生活質(zhì)量。