袁 野（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津 300240）

地鐵車輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的設(shè)計

袁 野
（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津 300240）

本文通過結(jié)合地鐵車輛所需運營條件, 指出了車輛空調(diào)采暖系統(tǒng)參數(shù)的選擇和確定, 并詳細闡述介紹了空調(diào)采暖系統(tǒng)中空調(diào)機組、制冷單元、制熱單元、應(yīng)急通風(fēng)單元以及空調(diào)電氣控制系的設(shè)計與實現(xiàn)。

地鐵車輛；空調(diào)采暖；參數(shù)；設(shè)計

1 前言

隨著社會經(jīng)濟的日新月異，城市軌道交通建設(shè)迅速發(fā)展，客流量的增加對地鐵車輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的舒適度、通風(fēng)量等提出了更高的要求。地鐵車輛的空調(diào)采暖系統(tǒng)主的通風(fēng)單元、制熱、制冷單元的工作狀態(tài)是提高客室舒適性所必不可少的基礎(chǔ)條件。該空調(diào)采暖系統(tǒng)從客室空氣的溫度、濕度、清潔度等各個方面對客室空氣質(zhì)量進行控制，進而滿足客室舒適性的良好狀態(tài)。本文結(jié)合天津地鐵、沈陽地鐵車輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的使用狀態(tài)，就地鐵列車空調(diào)采暖系統(tǒng)提出了一些新的設(shè)計方案。

2 地鐵車輛空調(diào)采暖系統(tǒng)概述

地鐵車輛客室空調(diào)機組為頂置式薄型單元式空調(diào)機組，每輛車安裝兩臺，分別布置在車頂?shù)膬啥?，每臺空調(diào)機組具有兩個獨立的制冷回路。每輛車設(shè)一套空調(diào)控制系統(tǒng)，空調(diào)控制系統(tǒng)為一個設(shè)置在車輛端部的空調(diào)控制柜，控制兩臺客室空調(diào)機組、兩組客室電加熱器。對于帶司機室的控制柜，還控制司機室送風(fēng)單元和回風(fēng)單元聯(lián)動。送風(fēng)單元和回風(fēng)單元的風(fēng)機由內(nèi)置于送風(fēng)單元內(nèi)的變壓調(diào)速器同步控制，保持司機室送回風(fēng)量一致。

客室空調(diào)機組由列車管理系統(tǒng)（TMS）控制，TMS 發(fā)送控制指令給控制柜，由空調(diào)控制柜控制空調(diào)機組和客室電加熱器的運行，實現(xiàn)對車輛預(yù)冷、預(yù)熱、通風(fēng)、半冷、全冷、半暖、全暖等工況的控制，保證空調(diào)機組壓縮機、冷凝風(fēng)機、通風(fēng)機、預(yù)熱器和客室電加熱器在正常電壓下可靠地工作，同時對空調(diào)電氣系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的有關(guān)故障進行診斷、指示并保護，便于檢修和查尋故障。

3 地鐵車輛空調(diào)采暖系統(tǒng)參數(shù)介紹

地鐵車輛空調(diào)機組為頂置式薄型單元式，每輛車安裝兩臺，分別布置在每輛車的車頂兩端，每臺空調(diào)機組有兩個獨立的制冷系統(tǒng)，增加了空調(diào)裝置的可靠性。分步啟動，啟動電流小，對整車電源的沖擊小。與空調(diào)機組配套的空調(diào)控制柜安裝在車內(nèi)?？照{(diào)機組與空調(diào)控制柜通過電氣連接器(插頭、插座)連接，由車輛逆變器供電。

4 地鐵車輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的設(shè)計

4.1 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

空調(diào)車輛的通風(fēng)系統(tǒng)是車輛空氣調(diào)節(jié)的重要組成部分。經(jīng)空調(diào)機處理過的空氣只有通過通風(fēng)系統(tǒng)送往車內(nèi), 才能保證車內(nèi)溫度均勻性。為滿足客室內(nèi)空氣潔凈要求，列車車廂內(nèi)必須設(shè)置通風(fēng)換氣裝置，主要包括新風(fēng)單元和回風(fēng)單元，新風(fēng)來自空調(diào)機組兩側(cè)新風(fēng)口，新風(fēng)經(jīng)過新風(fēng)濾網(wǎng)過濾后進入機組內(nèi)。回風(fēng)口設(shè)置在客室頂部，客室內(nèi)的空氣從回風(fēng)口進入空調(diào)機組內(nèi)，與新風(fēng)混合，經(jīng)過制冷或加熱后進入客室，依次進行循環(huán)。

4.2 制冷單元設(shè)計

制冷時，經(jīng)壓縮機壓縮的高溫高壓氣體制冷劑在冷凝器內(nèi)被冷凝風(fēng)機吹入的空氣冷卻為液態(tài)制冷劑。然后，液態(tài)制冷劑經(jīng)過干燥過濾器，再經(jīng)毛細管節(jié)流為低壓的液體(有少量氣體)制冷劑進入蒸發(fā)器，與(回風(fēng)和新風(fēng))混合空氣進行熱交換，從而使混合空氣冷卻和干燥。最后，冷卻干燥的空氣通過天花板風(fēng)道被吹入客室。與此同時，在蒸發(fā)器內(nèi)被蒸發(fā)的制冷劑變成低壓飽和氣體或少量過熱氣體，經(jīng)過氣液分離器和回氣過濾器被吸入壓縮機，從而完成制冷循環(huán)。

4.3 司機室通風(fēng)單元設(shè)計

車輛司機室室設(shè)一套送風(fēng)單元和一套回風(fēng)單元，通過單獨的風(fēng)道從相鄰的空調(diào)機組中吸入已處理的空氣，再將其送回客室，用以調(diào)節(jié)司機室內(nèi)的溫度和濕度，給司機提供一個健康舒適的工作環(huán)境。送風(fēng)單元內(nèi)安置一臺變壓器，對兩個單元內(nèi)的電動機進行調(diào)速，共有三種速度選擇。另送風(fēng)單元內(nèi)還安裝有三個熱磁斷路器對送回風(fēng)單元的電機保護，以及兩個接觸器，實現(xiàn)正常通風(fēng)和緊急通風(fēng)的控制。在緊急通風(fēng)狀態(tài)下,由逆變器提供電源給兩變壓器進行緊急通風(fēng)。送風(fēng)單元通過風(fēng)嘴來調(diào)節(jié)送風(fēng)方向，風(fēng)量最大時為645m3/h。

4.4 應(yīng)急通風(fēng)單元設(shè)計

當(dāng)正線運行出現(xiàn)高壓斷電故障或者輔助供電系統(tǒng)故障時候，為保證客室內(nèi)一定時間內(nèi)的通風(fēng)量，必須設(shè)置應(yīng)急通風(fēng)單元，應(yīng)急通風(fēng)單元以網(wǎng)絡(luò)通訊模式控制，如果網(wǎng)絡(luò)未接，通過傳輸線接入110V正信號，網(wǎng)絡(luò)正常時，將控制開關(guān)打至集控位，通過司機室TMS監(jiān)控顯示屏發(fā)送緊急通風(fēng)工況指令即可。此時空調(diào)機組停機，控制器PLC發(fā)出一個啟動緊急逆變器信號，緊急逆變器收到指令后啟動，緊急逆變器供電給空調(diào)機組通風(fēng)機，通風(fēng)機運行在降頻降壓工況下。此時，通風(fēng)機電源 AC266伏，頻率35Hz，應(yīng)急通風(fēng)運作，不準制冷制暖運行，確保全列車客室內(nèi)45分鐘的應(yīng)急通風(fēng)。

4.5 電氣控制單元設(shè)計

地鐵車輛每一輛車配備一臺空調(diào)控制柜，每臺控制柜主要控制每輛車上的兩臺空調(diào)機組及客室電加熱、司機室送風(fēng)和回風(fēng)單元（僅Tc車）。輸入主電路電壓AC380V，控制電路電源DC110V。緊急通風(fēng)時由緊急通風(fēng)逆變器給空調(diào)送風(fēng)機和司機室送回風(fēng)單元供電。

空調(diào)控制柜主要由兩部分組成：

電氣控制元件：主要是指控制各負載的斷路器、接觸器、保護元件、電源、接線端子等,均安裝在控制柜的柜體控制盤上。

OMRON微處理器：控制柜上有一個OMRON微處理器，是整個控制系統(tǒng)的核心，使空調(diào)機組在本控、集控，通風(fēng)、制冷、制暖、緊急通風(fēng)等不同工況下運行。

系統(tǒng)控制器由一個歐姆龍PLC主機（型號為CPM2A-CPU62）、一個12/8點的I/O擴展模塊（型號為CPM1A-20EDR1）、一個溫度擴展模塊（型號為CPM1A-TS102）和一個適配器（型號為CPM1ACIF01）組成，PLC是可編程邏輯控制器的縮寫，PLC不僅能操作、控制、監(jiān)視空調(diào)機組運行，還具有完善的故障處理及保護功能。PLC設(shè)有標準RS232通訊端口，可通過通訊網(wǎng)關(guān)與列車RS485總線相連，實現(xiàn)集中控制。

5 結(jié)束語

地鐵車輛的空調(diào)采暖系統(tǒng)的工作狀態(tài)是提高客室舒適性所必不可少的基礎(chǔ)條件?？照{(diào)采暖系統(tǒng)從客室空氣的溫度、濕度、清潔度等各個方面對客室空氣質(zhì)量進行控制，進而滿足客室舒適性的良好狀態(tài)，保證地鐵車輛的安全運營。

[1]章英.車輛設(shè)計參考手冊（客車采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)）[S].北京:中國鐵道出版社,2013.

[2]滕兆武,王剛.車輛制冷與空氣調(diào)節(jié)[M].北京:中國鐵道出版社, 2013.

[3]臧建彬,劉葉弟.A 型地鐵列車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計研究[R].上海:同濟大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院,2012.