李劍

廣州地鐵4號(hào)線車輛空調(diào)系統(tǒng)

李劍

介紹廣州地鐵4號(hào)線車輛空調(diào)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)、控制方式，并介紹空調(diào)機(jī)組、通風(fēng)系統(tǒng)等的主要結(jié)構(gòu)。

廣州地鐵；4號(hào)線；地鐵車輛；空調(diào)系統(tǒng)；技術(shù)參數(shù)；控制方式

廣州地鐵4號(hào)線車輛是我國(guó)首次使用直線電機(jī)的車輛，車輛按照廣州地鐵與聯(lián)合體確定的技術(shù)條件生產(chǎn)，列車為4輛編組，每輛車安裝2臺(tái)車頂單元式空調(diào)機(jī)組及1臺(tái)排氣裝置，車內(nèi)設(shè)有靜壓式送風(fēng)道、風(fēng)口及操作控制面板等，空調(diào)控制柜安裝在車體底架下。

空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮地鐵車輛的運(yùn)用條件，并采用很多新技術(shù)，特點(diǎn)如下。

（1）制冷量可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)能量調(diào)節(jié)，舒適性及節(jié)能效果明顯；

（2）新風(fēng)量可根據(jù)載客量自動(dòng)調(diào)節(jié)，在滿足舒適性條件下起到節(jié)能的效果；

（3）送風(fēng)道為靜壓式均勻送風(fēng)道，使送風(fēng)更均勻；

（4）客室內(nèi)采用沿頂板兩側(cè)縱貫全車的條縫式送風(fēng)口，無送風(fēng)死角；

（5）空調(diào)系統(tǒng)采用微機(jī)控制并具有故障診斷功能，工作可靠穩(wěn)定；

（6）具有緊急通風(fēng)功能，當(dāng)車輛交流供電失效后，蓄電池通過緊急通風(fēng)逆變器向通風(fēng)機(jī)及排氣風(fēng)機(jī)供電，向車內(nèi)輸入新鮮空氣并排出廢氣，保障乘客健康和安全；

（7）制冷劑采用R407C，符合環(huán)保要求；

（8）司機(jī)室風(fēng)量和送風(fēng)方向可以人工調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同人員的需要。

1 空調(diào)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

1.1 車內(nèi)空氣參數(shù)

客室和司機(jī)室設(shè)計(jì)最高溫度為26 ℃，相對(duì)濕度最大為65%?？褪业臏囟仍O(shè)定可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為19～26 ℃，調(diào)節(jié)方法有如下兩種。

（1）通過列車監(jiān)控系統(tǒng)在司機(jī)室設(shè)定，調(diào)節(jié)范圍為19～26 ℃；

（2）通過每節(jié)車空調(diào)控制系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定，遵循UIC 553標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 車外空氣計(jì)算參數(shù)

計(jì)算溫度：地面33．5 ℃，隧道35 ℃，相對(duì)濕度67%。

太陽(yáng)輻射強(qiáng)度：按廣州當(dāng)?shù)?4：00的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。

1.3 其他參數(shù)

當(dāng)空調(diào)機(jī)組運(yùn)行且所有車門關(guān)閉時(shí)，客室內(nèi)的正壓為30～50 Pa。整車通風(fēng)量為8 000 m3/h，緊急通風(fēng)量保證每節(jié)車的新風(fēng)量不低于最大載荷下每人10 m3/h（即總3 520 m3/h）。乘客停留區(qū)的平均微風(fēng)速為0．4～0．5 m/s。司機(jī)室通風(fēng)機(jī)風(fēng)量分3檔?？褪覂?nèi)任意兩點(diǎn)間沿高度和長(zhǎng)度方向的溫度差不大于3 ℃。

2 通風(fēng)

正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每節(jié)車總風(fēng)量不低于8 000 m3/h。每節(jié)車的新風(fēng)量及廢排風(fēng)量分檔控制，空調(diào)控制器接收列車監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的載客量信號(hào)，調(diào)節(jié)新風(fēng)閥和廢排風(fēng)閥的開度，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量分檔調(diào)節(jié)。

中間車的通風(fēng)風(fēng)道見圖1，新風(fēng)通過新風(fēng)過濾器進(jìn)入空調(diào)機(jī)組內(nèi)，與從客室來的通過回風(fēng)過濾器的循環(huán)空氣混合，經(jīng)空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)器冷卻后，由通風(fēng)機(jī)送入主風(fēng)道。主風(fēng)道的空氣通過側(cè)壁的條縫進(jìn)入兩側(cè)的均壓風(fēng)道，再通過條縫式送風(fēng)口送入客室內(nèi)，條縫式送風(fēng)口見圖2。在客室頂板空調(diào)機(jī)組下部設(shè)有格柵式回風(fēng)口，在排氣裝置下部設(shè)有格柵式排風(fēng)口，送入客室的空調(diào)風(fēng)一部分由回風(fēng)口回到空調(diào)機(jī)組進(jìn)行再循環(huán)，一部分通過排氣裝置排到車外，新風(fēng)、廢排風(fēng)量匹配，以維持車內(nèi)的正壓。

頭車的通風(fēng)風(fēng)道與中間車基本相同，僅在靠近司機(jī)室的空調(diào)風(fēng)道端部有1支風(fēng)道通向司機(jī)室頂部，送風(fēng)由司機(jī)室通風(fēng)機(jī)可調(diào)節(jié)風(fēng)量及送風(fēng)方向的風(fēng)口進(jìn)入司機(jī)室，送風(fēng)量3檔可調(diào)，司機(jī)室回風(fēng)通過司機(jī)室與客室隔門下部的格柵式風(fēng)口進(jìn)入客室，以進(jìn)行再循環(huán)。

圖1 中間車空調(diào)通風(fēng)風(fēng)道布置

圖2 條縫式送風(fēng)口

車輛設(shè)有緊急通風(fēng)功能，當(dāng)車輛交流供電失效后，蓄電池通過緊急通風(fēng)逆變器向通風(fēng)機(jī)及排氣風(fēng)機(jī)供電，向車內(nèi)輸入新鮮空氣并排出廢氣。

風(fēng)道采用鋁合金板制成，為減小風(fēng)道通風(fēng)噪聲，保溫材料粘貼在風(fēng)道內(nèi)部，風(fēng)道連接處采用彈性密封墊，確保風(fēng)道連接處的密封性能。

3 空調(diào)機(jī)組

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

制冷量：35 kW；

電源：主回路為3相380 V±5%、50 Hz（輔助逆變器供電），控制回路為DC 110 V±5%緊急通風(fēng)及空調(diào)控制器，AC 220 V±5%主電路接觸器及電磁閥；

額定輸入功率：約16．8 kW；

循環(huán)風(fēng)量：約4 000 m3/h；

新風(fēng)量：1 300 m3/h（可隨載客量變化）；

緊急通風(fēng)量：不小于1 760 m3/h；

冷媒：R407C；

電氣防護(hù)等級(jí)：機(jī)組外為IP65；機(jī)組內(nèi)為IP56；

外形尺寸：3 500 mm×1 830 mm×330 mm；

質(zhì)量：約640 kg。

3.2 結(jié)構(gòu)

機(jī)組為下送風(fēng)、下回風(fēng)方式。機(jī)組框架采用不銹鋼制造，機(jī)組內(nèi)部分3個(gè)腔，蒸發(fā)腔內(nèi)有通風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、節(jié)流毛細(xì)管、新風(fēng)閥、新風(fēng)過濾器、回風(fēng)閥等，壓縮機(jī)腔有制冷壓縮機(jī)、氣液分離器、卸載電磁閥、旁通電磁閥、干燥過濾器、視液鏡、高壓壓力開關(guān)及低壓壓力開關(guān)、逆止閥等，冷凝腔內(nèi)有冷凝風(fēng)機(jī)、冷凝器等部件。制冷原理見圖3。

空調(diào)機(jī)組安裝于車頂上，位于車體中部，空調(diào)機(jī)組與車體之間采用減振器連接，空調(diào)機(jī)組的送、回風(fēng)口采用橡膠條壓接密封結(jié)構(gòu)，確保安裝連接的方便及可靠。

空調(diào)機(jī)組的冷凝水排放口采用防逆水的反水彎形式，以克服蒸發(fā)腔內(nèi)負(fù)壓，使冷凝水能順利排放。

3.2.1 制冷壓縮機(jī)

壓縮機(jī)采用日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的ZEN117YZA-C型臥式全封閉渦旋壓縮機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下。

輸入功率：約6．4 kW；

電流：約10．8 A；

排氣量：117．2 cc/rev；

轉(zhuǎn)速：2 900 r/min；

線圈電阻：約1．54 Ω（20 ℃）；

絕緣等級(jí)：E級(jí)；

推薦保護(hù)值：16 A；

質(zhì)量：55 kg（無油）。

該壓縮機(jī)配有能量調(diào)節(jié)功能，調(diào)節(jié)原理見圖4。

容量控制電磁閥可配合壓縮機(jī)內(nèi)能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制壓縮機(jī)的容量，通過2個(gè)電磁閥的開閉，進(jìn)行全運(yùn)轉(zhuǎn)及控制容量運(yùn)轉(zhuǎn)（約70%）的切換。當(dāng)打開高壓側(cè)（SV12）關(guān)閉低壓側(cè)時(shí)（SV13），為全運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)打開低壓側(cè)（SV13）關(guān)閉高壓側(cè)（SV12）時(shí)為容量控制運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（約70%）。

3.2.2 其他部件

空調(diào)機(jī)組的箱體和蓋板全部采用SUS304不銹鋼板制成?？照{(diào)機(jī)組的冷風(fēng)出口在機(jī)組前端下部，回風(fēng)口在機(jī)組底部，回風(fēng)口處裝有回風(fēng)風(fēng)閥。新風(fēng)口設(shè)在機(jī)組的兩側(cè)，采用防水結(jié)構(gòu)，以防止雨水進(jìn)入機(jī)組內(nèi)，新風(fēng)出口處設(shè)有新風(fēng)風(fēng)閥及新風(fēng)濾塵網(wǎng)?？照{(diào)機(jī)組的蓋板為鉸接形式并設(shè)快開鎖緊固，可方便進(jìn)行濾塵網(wǎng)的更換。

圖3 制冷原理

圖4 壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)原理

4 排氣裝置

4.1 主要技術(shù)參數(shù)

電源：3相380 V±5%、50 Hz（輔助逆變器供電）；

額定輸入功率：約0．7 kW；

風(fēng)量：正常工作情況下為2 600 m3/h（可隨載客量變化），緊急通風(fēng)情況下為3 520 m3/h ；

外形尺寸：1 150 mm×1 830 mm×330 mm；

質(zhì)量：約145 kg。

4.2 結(jié)構(gòu)

機(jī)組為下進(jìn)風(fēng)兩側(cè)排風(fēng)方式。機(jī)組框架采用不銹鋼制造，排氣裝置的主要部件包括離心風(fēng)機(jī)、排氣風(fēng)閥及濕度傳感器等。

排氣裝置安裝于車頂上，位于車頂兩臺(tái)空調(diào)機(jī)之間，與車體之間采用減振器連接，底部進(jìn)風(fēng)口與車體之間采用橡膠條壓接密封結(jié)構(gòu)，確保安裝連接的方便及可靠。

排氣裝置的箱體和蓋板全部采用SUS304不銹鋼板制成。排氣裝置的進(jìn)風(fēng)口在機(jī)組的下部，排風(fēng)口設(shè)在機(jī)組的兩側(cè)，采用有效的防水結(jié)構(gòu)，可防止雨水進(jìn)入機(jī)組內(nèi)，排風(fēng)出口處裝有排風(fēng)風(fēng)閥，與空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)風(fēng)閥同步調(diào)節(jié)，根據(jù)載客量進(jìn)行排風(fēng)量的調(diào)整。

5 司機(jī)室通風(fēng)機(jī)

5.1 主要技術(shù)參數(shù)

電源： 單相220 V、50 Hz；

額定輸入功率：約0．12 kW；

風(fēng)量：645、400、200 m3/h （3檔可調(diào)）；

外形尺寸：660 mm×560 mm×250 mm；

質(zhì)量：約27 kg。

5.2 結(jié)構(gòu)

司機(jī)室通風(fēng)機(jī)各零部件組裝在一個(gè)不銹鋼板制成的箱體內(nèi)，主要部件包括離心風(fēng)機(jī)、可調(diào)節(jié)送風(fēng)口、風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕及電氣控制部分。

司機(jī)室通風(fēng)機(jī)安裝于司機(jī)室內(nèi)裝頂板以上，其底部朝向司機(jī)室，以方便操作位于底部的風(fēng)量控制旋鈕及可調(diào)節(jié)風(fēng)口。

6 空調(diào)控制柜

6.1 主要技術(shù)參數(shù)

電源：主回路為3相380 V±5%、50 Hz（輔助逆變器供電）；

控制回路為DC 110 V±5% 緊急通風(fēng)及空調(diào)控制器；

AC 220 V±5%主電路接觸器及電磁閥；

主體外形尺寸：約1 300 mm×645 mm×240 mm；

質(zhì)量：約80 kg。

6.2 結(jié)構(gòu)

空調(diào)控制柜主體部分吊裝于車下，包括空調(diào)控制器、主回路斷路器、接觸器、過載保護(hù)元件等。為方便車內(nèi)操作，控制面板布置在車上客室端部，包括操作按鈕、顯示器及通信插頭等。

7 供電、控制和故障診斷

7.1 供電

從受電弓或集電靴引入的DC 1 500 V電源經(jīng)列車輔助供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成三相380 V、50 Hz交流電及單相220 V、50 Hz交流電后，供給空調(diào)機(jī)組及空調(diào)控制器。

當(dāng)交流供電失效后，空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入緊急通風(fēng)狀態(tài)，此時(shí)蓄電池的DC 110 V直流電經(jīng)緊急逆變器轉(zhuǎn)換為三相交流電，供給空調(diào)機(jī)組內(nèi)的通風(fēng)機(jī)及排氣裝置內(nèi)的排風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)緊急通風(fēng)功能。

7.2 控制和故障診斷

空調(diào)系統(tǒng)通過車上空調(diào)控制面板設(shè)置、傳感器溫度檢測(cè)、控制器及執(zhí)行器的動(dòng)作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、50%制冷、70%制冷、85%制冷、100%制冷、預(yù)冷等功能。

空調(diào)控制器通過與列車監(jiān)控系統(tǒng)、車上空調(diào)控制面板、便攜式測(cè)試裝置（PTU）的通信實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控和信息傳遞?？照{(diào)控制器設(shè)有兩個(gè)RS485通信口，其中一個(gè)通信口引到車上控制面板，正常使用時(shí)與顯示器常接，需要使用PTU時(shí)將顯示器插頭拔下，將PTU的電纜插頭插上即可。另一個(gè)RS485通信口用于與列車監(jiān)控系統(tǒng)通信。

控制模式分自動(dòng)、試驗(yàn)、關(guān)斷3檔，均由操作車上控制面板顯示器的按鍵來實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)和關(guān)斷位優(yōu)先于自動(dòng)，如選擇“試驗(yàn)”或“關(guān)斷”，則“自動(dòng)”時(shí)的所有功能失效。

司機(jī)室設(shè)有4個(gè)硬線按鈕，分別定義為：開啟整列車空調(diào)、僅開啟列車頭端空調(diào)、關(guān)閉整列車空調(diào)或列車頭端空調(diào)、新風(fēng)口及排風(fēng)口關(guān)閉。其中前2個(gè)按鈕均由第3個(gè)按鈕復(fù)位。

空調(diào)控制器可根據(jù)載客量信號(hào)調(diào)節(jié)新風(fēng)閥和廢排風(fēng)閥的開度，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)功能。

通過網(wǎng)絡(luò)接口，可實(shí)現(xiàn)由列車總線對(duì)空調(diào)機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理，保證機(jī)組的正常運(yùn)行狀態(tài)、停機(jī)和可靠的運(yùn)行保護(hù)，并可查詢空調(diào)系統(tǒng)的有關(guān)信息。

當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，空調(diào)控制區(qū)能夠?qū)⒕唧w故障內(nèi)容及相關(guān)信息通過車輛總線傳送至列車監(jiān)控系統(tǒng)，也可通過串行接口用PTU讀取。

李劍：南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，高級(jí)工程?師，山東?青島，266111

責(zé)任編輯苑曉蒙

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