張燕萍

（長(zhǎng)春軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130000）

0 引言

長(zhǎng)春輕軌三期車輛自2009 年采購并陸續(xù)投入運(yùn)行，共計(jì)40 列電客車，車型為70%低地板C 型輕軌車輛（以下稱為“C 型三期車輛”）。車輛空調(diào)系統(tǒng)均采用車頂單元式空調(diào)機(jī)組，其中30 列CK30d/DBPE-A03 變頻車輛空調(diào)機(jī)組，10 列KLR30YTH熱泵空調(diào)機(jī)組。

單元式空調(diào)機(jī)組主要由壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、冷凝器、氣液分離器、干燥過濾器、毛細(xì)管（或膨脹閥）、通風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器等組成，機(jī)組成單元安裝于列車車頂。此類空調(diào)系統(tǒng)采用機(jī)電一體化、模塊化設(shè)計(jì)，機(jī)組體積小，機(jī)組部件或整體可實(shí)現(xiàn)互換，便于日常維修維護(hù)。同時(shí)，由于輕軌電客車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，空調(diào)機(jī)組與車輛其他電氣設(shè)備均安裝于車頂，這樣減少了系統(tǒng)管路，可以在一定程度上降低制冷劑泄漏的概率，同時(shí)也方便機(jī)組電氣布線。

C 型三期車輛目前已在長(zhǎng)春軌道交通3 號(hào)線和4 號(hào)線運(yùn)營(yíng)近10 年時(shí)間，車輛已進(jìn)入廠修修程。下面就C 型三期車輛采用的單元式空調(diào)機(jī)組在長(zhǎng)春軌道交通的應(yīng)用情況作系統(tǒng)分析。

1 兩種單元式空調(diào)機(jī)組的對(duì)比

長(zhǎng)春C 型三期車輛采用的兩種形式的單元式空調(diào)機(jī)組在結(jié)構(gòu)形式上基本一致，但在具體的控制原理及機(jī)組個(gè)別器件上存在一定差異，以下對(duì)兩種空調(diào)機(jī)組做簡(jiǎn)單介紹。

1.1 機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及控制原理

1.1.1 CK30d/DBPE-A03 變頻輕軌電客車空調(diào)機(jī)組

該空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式為頂置單元式機(jī)組，出風(fēng)、回風(fēng)均在下部，即電客車車廂內(nèi)部?？照{(diào)系統(tǒng)的車內(nèi)主風(fēng)道與出風(fēng)口相連接，空調(diào)系統(tǒng)車頂進(jìn)風(fēng)口與機(jī)組回風(fēng)口之間通過密封膠條連接?？照{(diào)系統(tǒng)處理后的空氣從車內(nèi)主風(fēng)道經(jīng)過送風(fēng)口送入輕軌車廂內(nèi)，空調(diào)機(jī)組采用先進(jìn)的一體化設(shè)計(jì)、冷暖變頻設(shè)計(jì)、模糊控制技術(shù)以及智能監(jiān)測(cè)技術(shù)。空調(diào)系統(tǒng)輸入電源、指令控制信號(hào)由車頂2 個(gè)連接器與機(jī)組連接?？照{(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)采用全封閉變頻渦旋壓縮機(jī)，制冷劑為R410A 環(huán)保制冷劑，節(jié)流元件為電子膨脹閥。每列輕軌車輛動(dòng)車模塊安裝一組空調(diào)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組具有兩個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)系統(tǒng)，控制操作在司機(jī)室實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)車內(nèi)負(fù)荷大小、溫濕度情況分別進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)能量自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，功能部件由機(jī)組內(nèi)部的電控模塊進(jìn)行并接收車輛的控制指令，手動(dòng)控制指令主要有通風(fēng)、半冷、全冷、半暖及全暖，以達(dá)到節(jié)能的效果。

空調(diào)機(jī)組裝有電動(dòng)新風(fēng)風(fēng)閥及外環(huán)境溫度傳感器、客室內(nèi)回風(fēng)溫度傳感器等。新風(fēng)量的大小由電動(dòng)新風(fēng)風(fēng)閥的開度控制，電動(dòng)新風(fēng)風(fēng)閥由機(jī)組內(nèi)部電控系統(tǒng)自動(dòng)控制，通過控制電動(dòng)新風(fēng)風(fēng)閥的通電時(shí)間來控制新風(fēng)風(fēng)閥的開度。

空調(diào)機(jī)組的混和風(fēng)過濾網(wǎng)安裝于蒸發(fā)器前側(cè)；新風(fēng)通過電動(dòng)新風(fēng)風(fēng)閥和風(fēng)柵進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部，在機(jī)組設(shè)置有新風(fēng)過濾網(wǎng)，清洗濾網(wǎng)時(shí)不需打開機(jī)組的頂蓋，即可方便地拆下新風(fēng)過濾網(wǎng)。

1.1.2 KLR30YTH 熱泵空調(diào)機(jī)組

該型號(hào)空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式亦為車頂單元式，底部出風(fēng)、回風(fēng)，安裝在客車的頂部，空調(diào)機(jī)組通過電氣連接器（插頭、插座）與車內(nèi)連接?？照{(diào)系統(tǒng)的出風(fēng)口通過過渡接口與車內(nèi)風(fēng)道連接、車頂進(jìn)風(fēng)口與回風(fēng)口之間通過密封膠條連接，處理后的空氣由車內(nèi)主風(fēng)道經(jīng)送風(fēng)口送入輕軌車車廂內(nèi)。

該空調(diào)機(jī)組是熱泵式空調(diào)機(jī)組，空調(diào)系統(tǒng)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)車內(nèi)的空氣參數(shù)，機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，使用環(huán)保型制冷劑R407C。采用全封閉渦旋壓縮機(jī)，毛細(xì)管（制冷）、節(jié)流元件為膨脹閥（制熱）。每列車4 組空調(diào)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組有兩個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)由PLC 控制，可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、制冷、制暖等工況的自動(dòng)控制。

機(jī)組的蒸發(fā)器前設(shè)回風(fēng)過濾網(wǎng)新風(fēng)從機(jī)組端經(jīng)氣水分離裝置、通過電動(dòng)新風(fēng)調(diào)節(jié)門和新風(fēng)道進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部，機(jī)組內(nèi)部設(shè)有新風(fēng)過濾網(wǎng)，對(duì)進(jìn)入的空氣進(jìn)行過濾，新風(fēng)與回風(fēng)在蒸發(fā)器前混合（表1）。

1.2 工作原理

1.2.1 制冷原理

空調(diào)機(jī)組每個(gè)制冷回路由壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、四通閥等主要部件組成，每臺(tái)空調(diào)系統(tǒng)具有兩個(gè)獨(dú)立的制冷回路。在制冷循環(huán)過程中，壓縮機(jī)首先將低溫低壓的氣態(tài)制冷劑壓縮成為高溫高壓的過熱氣體進(jìn)入冷凝器，冷凝風(fēng)機(jī)將外界空氣與冷凝器進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流熱交換，處理成高壓液體。冷凝器內(nèi)的高壓液體通過空調(diào)機(jī)組電子膨脹閥進(jìn)行節(jié)流降壓后進(jìn)入到蒸發(fā)器，通風(fēng)機(jī)使外界新風(fēng)與客室內(nèi)組成的混合空氣與換熱器進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱，蒸發(fā)器內(nèi)的低壓液體蒸發(fā)成為低壓氣體，會(huì)被壓縮機(jī)吸入，完成一個(gè)制冷循環(huán)。

表1 空調(diào)機(jī)組基本技術(shù)參數(shù)

輕軌車車廂內(nèi)空氣被通風(fēng)機(jī)從回風(fēng)口吸入與空調(diào)機(jī)組新風(fēng)混合后經(jīng)過蒸發(fā)器除濕降溫，由出風(fēng)口吹出，向車內(nèi)提供冷氣，在制冷系統(tǒng)不斷工作下使車內(nèi)溫度持續(xù)降低，達(dá)到設(shè)定溫度要求。

1.2.2 制暖原理

空調(diào)系統(tǒng)制暖過程中制冷劑在制冷回路中的流動(dòng)方向通過四通閥的換向與制冷時(shí)相反，室外冷凝器和室內(nèi)蒸發(fā)器的相反。由壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成高溫高壓的過熱氣體，經(jīng)過空調(diào)系統(tǒng)四通閥切換進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)，再由通風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流熱交換進(jìn)行冷凝，機(jī)組內(nèi)冷空氣經(jīng)過蒸發(fā)器加熱后送到輕軌車廂內(nèi)，從而達(dá)到制熱作用。

空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)器中的熱蒸汽經(jīng)過室內(nèi)冷空氣的冷凝作用后，變成高壓液體，進(jìn)入電子膨脹閥降壓為低壓低溫的液體，進(jìn)入冷凝器進(jìn)行蒸發(fā)作用。當(dāng)外界溫度較低時(shí)，室外側(cè)冷凝器翅片會(huì)產(chǎn)生結(jié)霜情況，空調(diào)會(huì)自動(dòng)判斷并進(jìn)行除霜，以提高提供制熱能力。

為了提高空調(diào)機(jī)組在特別低溫的環(huán)境下能使輕軌車廂內(nèi)部的溫度快速升高到使乘客較為舒適的溫度，空調(diào)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)輔助電加熱將自動(dòng)打開，參與空調(diào)機(jī)組的供暖。

1.3 空調(diào)機(jī)組制冷劑、制暖效果

根據(jù)《城市軌道交通車輛空調(diào)、采暖及通風(fēng)裝置技術(shù)條件》（CJT 354—2010）要求，軌道交通空調(diào)制冷能力為：當(dāng)環(huán)境溫度為33 ℃時(shí)，車輛空調(diào)的制冷能力應(yīng)能保障定員條件下車內(nèi)溫度不高于28±1 ℃，相對(duì)濕度不超過65%；車輛采暖能力為應(yīng)維持室溫不低于14 ℃。長(zhǎng)春軌道交通C 型列車采用的CK30d/DBPE-A03 變頻車輛空調(diào)機(jī)組車內(nèi)溫度可在22～28 ℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，KLR30YTH 長(zhǎng)春熱泵空調(diào)機(jī)組熱泵空調(diào)系統(tǒng)PLC 控制器自動(dòng)控制車內(nèi)溫度，夏季車內(nèi)溫度可調(diào)節(jié)在24～28 ℃，冬季車內(nèi)溫度可調(diào)節(jié)在18～20 ℃。

2 單元式空調(diào)機(jī)組在長(zhǎng)春軌道交通的使用情況

兩種型號(hào)空調(diào)機(jī)組在長(zhǎng)春軌道交通投入使用近10 時(shí)間，下面從使用效果和故障率兩個(gè)方面對(duì)兩種機(jī)組的使用情況進(jìn)行分析。

2.1 使用效果

（1）CK30d/DBPE-A03 變頻車輛空調(diào)機(jī)組。該空調(diào)機(jī)組最大的特點(diǎn)就是采用變頻技術(shù)。變頻空調(diào)最大的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)能環(huán)保，并可以根據(jù)相應(yīng)的壞境溫度自主的調(diào)節(jié)功率，滿足不同工況下的使用要求。目前的軌道交通客流量大，但是部分時(shí)間段（如高峰及平峰時(shí)間）或者是不同線其客流量也存在差異，這種情況下變頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就會(huì)顯現(xiàn)出來，使人體感受比較舒適。

（2）KLR30YTH 熱泵空調(diào)機(jī)組。該空調(diào)系統(tǒng)由下位機(jī)PLC和車載上位機(jī)組成控制系統(tǒng)。空調(diào)機(jī)組配備有功能選擇開關(guān)，通過功能選擇開關(guān)來選擇空調(diào)機(jī)組控制模式。控制邏輯是：當(dāng)功能選擇開關(guān)打到“制冷”/制暖狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)冷/暖，下位機(jī)以遠(yuǎn)程的設(shè)定制冷/暖溫度（Td）及客室溫度進(jìn)行比較，根據(jù)圖1、圖2 自動(dòng)選擇制暖運(yùn)行模式進(jìn)行自動(dòng)選擇運(yùn)行模式。當(dāng)功能選擇開關(guān)打到“自動(dòng)”狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)遠(yuǎn)程的預(yù)設(shè)制冷、制暖及客室溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行。運(yùn)行模式等同于遠(yuǎn)程控制的“自動(dòng)模式”。

圖1 制冷模式自動(dòng)工況

圖2 制暖模式自動(dòng)工況

一般情況下上線運(yùn)營(yíng)的車輛，空調(diào)的控制模式一般要求為“集控”，司機(jī)只需要設(shè)置好溫度即可，變頻空調(diào)系統(tǒng)可根據(jù)情況調(diào)節(jié)其系統(tǒng)部件的運(yùn)行情況，使客室溫度始終保持在適宜的溫度。長(zhǎng)春輕軌2013 年夏季為例，空調(diào)機(jī)組的投訴率所有投訴的比例高達(dá)38%，其中有一部分投訴是因?yàn)榭褪覝囟冗^低，但該類投訴在CK30d/DBPE-A03 變頻車輛空調(diào)機(jī)組沒有出現(xiàn)。

2.2 存在的問題

2.2.1 故障頻繁出現(xiàn)

因?yàn)閮杉抑圃鞆S商均未充分考慮到長(zhǎng)春的空氣環(huán)境，所以以下3 種故障出現(xiàn)較為頻繁。

（1）空調(diào)濾網(wǎng)堵塞，出風(fēng)量小。長(zhǎng)春輕軌是地上軌道交通，空氣質(zhì)量受季節(jié)影響較大。長(zhǎng)春輕軌三期車輛在春季柳絮紛飛的季節(jié)陸續(xù)出現(xiàn)過出風(fēng)量小、制冷效果不好，乘客投訴增多。其中CK30d/DBPE-A03 變頻車輛空調(diào)機(jī)組較為明顯，按照維護(hù)說明書的要求按月清洗空調(diào)濾網(wǎng)的頻次已不能滿足需求，后期根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)將濾網(wǎng)的清洗頻次改為1 次/周。

（2）空調(diào)機(jī)組漏雨。該故障兩種機(jī)組均有發(fā)生，主要原因是對(duì)環(huán)境因素考慮不夠，進(jìn)入車頂空調(diào)機(jī)組的異物較多，致使空調(diào)機(jī)組排水口堵塞，從而導(dǎo)致冷凝器結(jié)冰、風(fēng)道漏雨現(xiàn)象。

（3）空調(diào)機(jī)組由輔助電源的匹配問題。由于車輛輔助電源輸出電壓諧波較大，致使空調(diào)機(jī)組控制器件燒損較多。

2.2.2 制暖效果不太理想

長(zhǎng)春冬季溫度較低，空調(diào)機(jī)組冬季溫度較低時(shí)無法啟動(dòng)或制暖效果不佳。部分能啟動(dòng)的空調(diào)機(jī)組，由于處理后的壓縮氣體經(jīng)風(fēng)道進(jìn)入客室已經(jīng)溫度不高，很難達(dá)到預(yù)想效果。經(jīng)過與車輛設(shè)計(jì)人員溝通，發(fā)現(xiàn)其在設(shè)計(jì)時(shí)并未充分考慮室外溫度對(duì)空調(diào)制暖效果的影響，所以長(zhǎng)春軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司每年冬季都會(huì)將空調(diào)機(jī)組關(guān)閉，完全依靠客室電加熱設(shè)備供暖。

3 小結(jié)

在長(zhǎng)春輕軌的日常運(yùn)營(yíng)中，CK30d/DBPE-A03 變頻空調(diào)機(jī)組與KLR30YTH 熱泵空調(diào)機(jī)組均基本能穩(wěn)定工作，為長(zhǎng)春市民的正常出行提供了良好的乘車環(huán)境，但是存在的問題也不少。問題的根源不在空調(diào)系統(tǒng)本身，而是設(shè)計(jì)時(shí)未對(duì)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際使用情況做充分評(píng)估以及與相關(guān)系統(tǒng)的接口問題。