于玉超+丁大龍+張萌

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

關鍵詞：市域動車組；空調系統(tǒng)；加熱；制冷

1 背景介紹

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

本文以某時速160公里城際動車組空調系統(tǒng)方案為例對市域動車組的空調系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。

2 工作方式

客室空調系統(tǒng)工作方式如下：

（1）新風經過空調機組上新風口吸入，并進行初步過濾。

（2）回風主要通過車廂內邊頂區(qū)域的縫隙吸入，經邊頂上部與車頂之間的回風空間進入客室空調機組。

（3）回風和新風在空調機組內的混合腔中混合，經過空調機組內部的蒸發(fā)器或電加熱器的處理，即經過制冷劑蒸發(fā)制冷或電加熱器加熱處理。

（4）經過處理的氣體通過送風道系統(tǒng)送到需要調節(jié)的客室。

（5）廢氣是通過車頂內裝縫隙，再經車頂上的自然通風器排出車外。

（6）車內的輔助加熱器為客室區(qū)域補充供暖。

（7）司機室通風單元通過內部的調速風機和加熱器，分別為司機室進行增壓供風和補充供暖。

（8） 系統(tǒng)控制由位于通過臺間壁內的空調控制柜進行?？照{控制柜內的控制器通過讀取新風溫度傳感器、回風溫度傳感器、送風溫度傳感器的溫度值，控制各部件的運行。

（9）主回路供電失效時，由應急逆變器給空調機組通風機供電，關閉回風門，為車內提供足夠新風。

3 系統(tǒng)功能及組成

空調系統(tǒng)具有如下功能：預冷、預熱、通風、制冷、加熱、緊急關閉、客室溫度調節(jié)功能。

空調系統(tǒng)主要由以下部件組成：

3.1 客室空調機組

空調機組為單元式結構，安裝在客室兩端車頂框架內，通過8個減震器與車體連接?？照{機組送風口和回風口均在機組兩前端面，冷風通過風道與客室內部相通，通過車體兩側縫隙進行回風。

機組箱體從結構上分為室內蒸發(fā)腔、室外冷凝腔兩部份。離心式通風機、蒸發(fā)器、電加熱器等安裝在室內蒸發(fā)腔；軸流式冷凝風機、冷凝器、壓縮機等安裝在室外冷凝腔。主要部件包括全封閉渦旋式壓縮機2臺、離心式通風機2臺、軸流式冷凝風機2臺、冷凝器2臺、蒸發(fā)器2臺，電加熱器2臺等。機組內設有混合風濾塵網，打開機組小蓋板，可進行清洗、拆換等操作，簡單方便。

空調機組選用全封閉渦旋制冷壓縮機，以R407C為制冷劑，毛細管為節(jié)流元件。每臺機組由兩個獨立的制冷循環(huán)系系統(tǒng)組成，能夠根據車內熱負荷的情況調節(jié)空調機組的冷量。

3.2 司機室送風單元

司機室設置一臺送風單元，保證司機室內的通風和制熱功能。

司機室送風單元是用于軌道車輛司機室的增壓換氣設備，結構型式為單元式，安裝在司機室車頂部，將處理過的空氣經送風口送入司機室。送風單元耐振動、抗沖擊，能適應地面及地下隧道等不同的運行環(huán)境。

司機室送風單元的外罩采用不銹鋼板材質，送風單元主要由離心風機、電加熱器、變壓器等組成，可以實現(xiàn)制熱和通風功能，通過司機臺的選擇開關實現(xiàn)模式調節(jié)。司機室送風單元通過離心風機由進風口從客室主風道引入經空調處理后的空氣，由出風口送入司機室。司機室內送風的方向由通風單元出風口導向器進行控制，可根據司機喜好調整送風角度，從送風口送出的空調風能直接吹到司機座位區(qū)域。司機室內安裝有電加熱器，可通過調節(jié)模式開關來實現(xiàn)制熱模式。

3.3 供風道

在每一節(jié)車廂端部設有一組送風道，用于對車內空氣的輸送和分配。送風道采用鋁板，內部粘貼保溫材料。風道具有良好的密封性，車門關閉時能有效地隔熱、隔聲。

由于空調機組采用頂置前出前回，兩端送風的型式，風道布置采用對送式送風?？褪宜惋L道安裝在車頂的頂板上方，在頂板上有通長的送風格柵沿車體兩側分布，通過格柵向客室送風，這樣的分布保證客室區(qū)域的空氣流動比較均勻。當一臺空調機組發(fā)生故障時，另一臺空調機組處理后的空氣也能送入整個車廂。

軟風道連接客室風道與司機室風道，將處理后的新風通過軟風道引入司機室。軟風道材料為氯丁橡膠，風道的防火要求符合DIN5510的相關標準，阻燃等級執(zhí)行4級。

3.4 回風道

在客室風道下方布置有回風道，回風道與客室送風道集成在客室送風道上，這樣既節(jié)省了安裝空間，又保證客室內的空氣循環(huán)再利用，通過客室空調機組這個介質完成送回風功能。

3.5 排風裝置

在每個頭車車頂外設置8個排風裝置，中間車車頂外設置6個排風裝置。

排風裝置屬于自然通風器，用于向車外換氣和應急通風。排風裝置能調節(jié)車內氣壓，其調節(jié)風門根據車內壓力變化而動作。當車內無正壓時，排風裝置的調節(jié)風門保持關閉狀態(tài)；當車內有正壓時，排風裝置的調節(jié)風門打開；根據車內正壓的大小，排風裝置的調節(jié)風門打開角度不同，正壓越大，開度也越大，從而保證車內壓力相對恒定。在應急通風時，調節(jié)風門開度為最大，從而保證車內有足夠的廢氣排出。

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行控制。

電加熱器工作時，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應急逆變器

每輛車車下設有一臺應急逆變器，用于主回路供電失效時給通風機供電，保證車內的新風供應。

4工作原理

車廂內的空氣通過回風口吸入空調機組內，在蒸發(fā)器前與外界新風混合，經過濾網過濾后，在通風機的作用下，經過蒸發(fā)器，被冷卻、干燥后，通過主風道均勻地送到車內。

制冷系統(tǒng)連續(xù)工作，使車內溫度逐漸降低，從而達到制冷、除濕的目的。通過設置在車內的回風溫度傳感器和新風口的新風傳感器，可實現(xiàn)對車內空氣溫度按照曲線自動控制。同時，配合回風閥和新風閥的控制，空調機組能夠自動實現(xiàn)預冷、制冷和通風功能。

在交流輔助電源設備故障情況下，應急通風系統(tǒng)立即自動投入工作，向客室、司機室輸送新風。當交流輔助電源供電正常時，空調系統(tǒng)自動轉入正常工作狀態(tài)。

5性能分析

市域動車組空調系統(tǒng)的布置，滿足旅客對客室舒適性的要求。

在司機室，有專門為司機室通風和取暖的通風單元。在司機臺上，通過旋鈕可以調節(jié)司機室的風量大小和通風單元內電加熱器對客室的暖風需求。

每輛車各設置兩臺客室空調機組，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和采暖的需求。通過客室中頂板送風格柵向客室輸送新風，滿足乘客對通風的需求。在車廂的頂部，有廢排裝置，客室內的空氣通過車內的正壓通過驅動廢排裝置的風門打開，已達到往外排風的效果。

6 總結

此市域動車組已經生產制造完成，在進行整車靜止試驗及運行試驗時，車廂內的溫度、濕度、微風速等舒適性參數均滿足設計要求。此市域動車組型式試驗的成功對于后續(xù)市域動車組的研發(fā)具有一定的參考性和借鑒意義。