王 劍 劉海波 耿興春

(中國北車集團唐山軌道客車有限責任公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，河北 唐山 063035)

自鐵路第6 次大提速以來，陸續(xù)推出了200km/h、250km/h及以上若干速度等級的高速列車。速度的提升對空調(diào)系統(tǒng)的要求指標也隨之提升，不同于普通客車的空調(diào)系統(tǒng)，高速車必須考慮到列車高速運行時氣流、壓力、振動等因素的影響，因而對于空調(diào)機組的結(jié)構(gòu)、安裝、換氣裝置的設(shè)置、氣流組織、控制等都有特殊的要求。本文簡述適應(yīng)我國大部分地區(qū)的350km/h 高速智能化列車中一等座車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)。

1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計概述

1.1 采用單元式空調(diào)機組

單元式空調(diào)機組，相對而言結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，同時考慮到國內(nèi)各線路運營環(huán)境，新風口位置應(yīng)盡量遠離地面，因此采用車頂單元空調(diào)機組較為合理。雖然可能提高車輛中心，但通過合理配置其它設(shè)備，這一點可以忽略。為適應(yīng)限界及空氣動力學(xué)要求，半埋入車體中并在空調(diào)機組兩端安裝導(dǎo)流罩以達到降阻的目的，總體上與車頂融為一體，形成流暢的氣動力布局。

1.2 采用合理的氣流組織

隨著我國經(jīng)濟水平的提高，高速車的發(fā)展，人們對乘坐舒適性提出了更高的要求，要在有限的空間內(nèi)達到舒適的乘車感受，必須通過合理的氣流組織來實現(xiàn)，采用按照冷熱空氣流通特點設(shè)置的流場，見圖1 和圖2。通過風道內(nèi)部調(diào)節(jié)裝置分配冷熱風的數(shù)量這種方式增加了乘客舒適度。

圖1 夏季流場

1.3 采用壓力保護系統(tǒng)

研究表明，當列車行駛時，車體四周會形成一個負壓的附面層。車速越高，該附面層內(nèi)的壓力越低，當車速高于160Km/h 時，負壓區(qū)的存在會影響車內(nèi)換氣。當兩車交會或過隧道時，高速列車表面會產(chǎn)生較大的壓力變化，它會波及車內(nèi)，造成乘客不適。壓力保護系統(tǒng)能有效防止外界的壓力波傳入車內(nèi)。

1.4 溫度控制標準

圖2 冬季流場

按國際鐵路聯(lián)盟標準UIC553:2004《客車通風、采暖和空調(diào)》規(guī)定的溫度調(diào)節(jié)曲線調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度。一等座車空調(diào)系統(tǒng)采用以上結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計后，提高了旅客的舒適度，并獲得良好的裝飾效果。該車在四方車輛研究所熱工試驗室進行的靜置熱工試驗高速運行試驗中均達到令人滿意的效果。

2 空調(diào)機組參數(shù)及設(shè)計說明

2.1 空調(diào)機組參數(shù)

制冷量44 kW制熱量35 kW總風量 制冷 4，500m3/h制熱 2，500m3/h新鮮空氣流量(制冷) 1，600m3/h回風量(制冷) 2，880m3/h制冷劑R407C交流電源 AC440V，60Hz，3相直流電源 DC110V (77～135V)

2.2 空調(diào)機組設(shè)計說明

空調(diào)機組與鋁合金車體上的安裝框之間進行連接和密封?？照{(diào)機組兩端車頂上各安裝有一個導(dǎo)流罩，這個罩的形狀應(yīng)依據(jù)設(shè)計要求和空氣動力學(xué)載荷進行最優(yōu)化設(shè)計。

客室空調(diào)機組采用單級蒸汽壓縮式制冷方式，R407C 環(huán)保制冷劑，有兩套完全獨立的制冷系統(tǒng)組成;制熱采用不銹鋼電阻式加熱管。

冷凝空氣由機組兩側(cè)吸入，通過冷凝器并經(jīng)冷凝風機垂直向上排出;混合空氣從空調(diào)機組兩側(cè)面吸入，經(jīng)過空氣過濾裝置、蒸發(fā)器、電熱器后，由通風機向空調(diào)機組的前面吹出。

空調(diào)機組殼體由鋁合金材料和不銹鋼材料混合制造。壓縮機通過減震元件與機組框架相連，這種連接可以削弱傳遞到車體上的振動和結(jié)構(gòu)噪音。制冷管路最大程度采取冗余和密封措施，為盡可能避免泄漏，管路選擇銅焊連接。

3 空調(diào)系統(tǒng)的組成及布置

客室空調(diào)系統(tǒng)主要由客室空調(diào)機組、新風格柵、混合氣箱、送風道系統(tǒng)、多孔客室頂板、廢排風道系統(tǒng)、廢排單元、溫度和壓力波傳感器、空調(diào)控制系統(tǒng)等組成。

新風格柵安裝車體的新風開口法蘭上，包括鋁材質(zhì)迷宮格柵、氣動保護風門、新風溫度傳感器等。混合氣箱安裝在新風格柵與客室空調(diào)機組之間，用于新風和回風的混合。送風道系統(tǒng)主要包括過渡風道、消音風道、主送風道、支風道和軟風道等，主要用于風量的調(diào)節(jié)和分配。風道主體材質(zhì)為鋁板和保溫材，消音風道中還有風道再熱器、送風溫度傳感器、風量調(diào)節(jié)風門。通過風量調(diào)節(jié)門實現(xiàn)制冷和采暖模式下的氣流分配。多孔客室頂板采用薄鋁板經(jīng)沖壓后制作，多孔送風均勻性好?？褪覐U排風道和車下廢排風道，風道主體材質(zhì)為鋁板和保溫材，主要用于廢氣的收集和排出。廢排單元包括廢排風機、風量調(diào)節(jié)風門、壓力波保護風門、應(yīng)急逆變器等組成，主要用于客室廢氣的排出，同時提供應(yīng)急通風的電源和進行應(yīng)急通風。

4 空調(diào)系統(tǒng)的控制

司機室操作臺設(shè)置整列車空調(diào)開啟集控開關(guān)，通過車輛硬連線連接到每節(jié)車廂的空調(diào)控制器中，控制整列車空調(diào)系統(tǒng)的啟停;在司機室設(shè)置一個司機室客室空調(diào)功能選擇器，控制單車司機室空調(diào)的運行模式，工作模式有:通風、手動制冷、手動制暖、自動、關(guān)閉位;在每節(jié)車廂設(shè)置一個客室空調(diào)功能選擇器，控制單車客室空調(diào)的運行模式，工作模式有:通風、手動半冷、手動全冷、手動半暖、手動全暖、自動、關(guān)閉位。在選擇手動模式時，空調(diào)機組可以根據(jù)選擇的工作模式開啟相應(yīng)的空調(diào)部件來進行客室內(nèi)溫度調(diào)節(jié);在選擇自動模式時，空調(diào)機組根據(jù)環(huán)境溫度及客室內(nèi)部溫度情況自動選擇工作方式來調(diào)節(jié)客室內(nèi)溫度。

空調(diào)機組在新風口和廢排口設(shè)置壓力保護裝置，當外界壓力產(chǎn)生波動時，及時關(guān)閉新風口，提高客車的舒適性。

［1］UIC553:2004，客車通風、采暖及空調(diào)［S］.

［2］UIC651:2002，機車、動車、動車組和帶司機室客車的司機室結(jié)構(gòu)［S］.

［3］詹耀立.客車空調(diào)裝置［M］，北京:中國鐵道出版社，1999.

［4］孫毅剛.鐵路客車空調(diào)控制技術(shù)綜述［J］.鐵道車輛，1998，36(3):15-16.

［5］四方車輛研究所.國外高速客車空調(diào)通風系統(tǒng)及車內(nèi)氣壓控制系統(tǒng)概況［R］.1997.