劉況釔

【摘?要】隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，節(jié)能減排、提倡低碳生活已經(jīng)成為當(dāng)今一個(gè)熱門(mén)話題，如何降低軌道交通能耗同時(shí)提高乘客對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的舒適性體驗(yàn)，成為城軌運(yùn)營(yíng)公司重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】高溫高濕;軌道交通車(chē)輛;空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)

前言

空調(diào)機(jī)組作為城市軌道交通車(chē)輛的重要設(shè)備之一，主要負(fù)責(zé)對(duì)車(chē)輛內(nèi)部的空氣溫度、濕度、微風(fēng)速等舒適性指標(biāo)進(jìn)行控制，其需要具備高適應(yīng)性和可靠性，方便維護(hù)等特點(diǎn)。

1設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1適合高溫環(huán)境的空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)

1.1.1設(shè)計(jì)原理

根據(jù)冷凝器的特性，當(dāng)制冷劑流量一定、室外環(huán)境溫度升高時(shí)，冷凝器的換熱量會(huì)相應(yīng)降低，從而導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組制冷系統(tǒng)的冷凝溫度、系統(tǒng)壓力和排氣溫度升高等。同時(shí)根據(jù)空調(diào)機(jī)組制冷理論的循環(huán)原理，冷凝溫度升高會(huì)引起空調(diào)機(jī)組的制冷量降低、功率升高。綜上，在高溫環(huán)境下空調(diào)機(jī)組的換熱能力下降，空調(diào)機(jī)組制冷系統(tǒng)的壓力、排氣溫度、功率均會(huì)相應(yīng)升高，可能會(huì)導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組出現(xiàn)高壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)故障。因此，在空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)和日常運(yùn)行中應(yīng)對(duì)影響制冷系統(tǒng)換熱量的問(wèn)題充分研究。

1.1.2耐高溫措施

冷凝器的換熱計(jì)算公式如下：

φ=KAΔt（1）

式中：φ———冷凝器的換熱量，kW;

K———冷凝器的傳熱系數(shù)，W/（m2·K）;

A———冷凝器的換熱面積，m2;

Δt———對(duì)數(shù)平均傳熱溫差，K。

根據(jù)公式（1），增大冷凝器的換熱面積可以增加冷凝器的換熱量，在高溫環(huán)境下可以使冷凝器的冷凝溫度相對(duì)降低，從而降低空調(diào)機(jī)組制冷系統(tǒng)的壓力、排氣溫度和功率等。所以針對(duì)高溫地區(qū)，為確保城軌空調(diào)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下運(yùn)行不出現(xiàn)故障，在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮高溫環(huán)境下冷凝器的換熱量，并預(yù)留一定的裕量。例如，可在原基礎(chǔ)上適當(dāng)加大換熱器尺寸，增大冷凝風(fēng)量等，保證在高溫環(huán)境下空調(diào)機(jī)組制冷系統(tǒng)壓力和功率均在合理范圍內(nèi)，避免頻繁出現(xiàn)高壓或過(guò)流保護(hù)故障。

1.1.3試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)高溫高濕地區(qū)，在進(jìn)行耐高溫設(shè)計(jì)時(shí)，除按照TB/T1804—2017《鐵道客車(chē)空調(diào)機(jī)組》進(jìn)行最大負(fù)荷制冷試驗(yàn)外，還可進(jìn)行極限高溫制冷試驗(yàn)，避免高負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)空調(diào)機(jī)組無(wú)法制冷或高壓頻繁保護(hù)現(xiàn)象。在高溫地區(qū)應(yīng)用的空調(diào)機(jī)組，在試驗(yàn)室驗(yàn)證時(shí)要求至少在50℃環(huán)境溫度下能正常工作。

1.2適合高濕環(huán)境的空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)

高溫地區(qū)夏季濕度大，空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷凝水較多，需要對(duì)排水孔的大小和數(shù)量、接水盤(pán)翻邊高度等進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)需要適當(dāng)增大排水孔或者增加排水孔數(shù)量，留有一定的設(shè)計(jì)裕量，使冷凝水能及時(shí)排出;并在排水孔上部設(shè)計(jì)防冷凝水飛濺裝置，避免空調(diào)剛啟動(dòng)時(shí)，蒸發(fā)腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，室外大氣通過(guò)排水孔進(jìn)入蒸發(fā)腔內(nèi)部，帶動(dòng)少量液滴產(chǎn)生飛濺;接水盤(pán)翻邊高度需要考慮列車(chē)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的坡度、轉(zhuǎn)彎半徑、加速度以及積水面高度等，避免冷凝水從接水盤(pán)濺出。

1.3耐腐蝕設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)時(shí)除殼體采用不銹鋼材質(zhì)以外，空調(diào)機(jī)組外露的冷凝器也需要重點(diǎn)保護(hù)，可以采用耐腐蝕性更好的銅翅片替代鋁翅片，但是銅翅片價(jià)格較高且總質(zhì)量是鋁翅片的3倍，所以不采用此方式?？蓪?duì)鋁翅片表面進(jìn)行電泳處理，在提高防腐性能的同時(shí)，換熱性能也不會(huì)降低。根據(jù)以上原則優(yōu)化設(shè)計(jì)的高溫地區(qū)某城軌空調(diào)機(jī)組，在外溫45℃時(shí)能達(dá)到額定工況制冷量的90%以上，外溫52℃也能正常工作，實(shí)際裝車(chē)運(yùn)營(yíng)情況良好。

2基于列車(chē)載荷的客室目標(biāo)溫度控制優(yōu)化研究

城軌某線路電客車(chē)每輛車(chē)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)一個(gè)PLC控制單元，其制冷控制方式分為“自動(dòng)制冷”和“手動(dòng)制冷”兩種模式。在自動(dòng)制冷模式下，空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)溫度的設(shè)置根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)UIC553溫度控制曲線，空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)溫度按外部環(huán)境溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。在手動(dòng)制冷模式下，空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)溫度的設(shè)置有列車(chē)司機(jī)手動(dòng)設(shè)置，通常設(shè)定溫度范圍為22℃-28℃由于城軌車(chē)輛在實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)，高低峰時(shí)期的乘客量變化劇烈，會(huì)引起列車(chē)客室熱負(fù)荷的劇烈變化，若將載荷變化這一因素加入到空調(diào)目標(biāo)溫度控制中，對(duì)車(chē)廂空調(diào)目標(biāo)溫度根據(jù)載荷變化進(jìn)行微調(diào)，當(dāng)載客量少的時(shí)刻適當(dāng)增大空調(diào)設(shè)置溫度，載客量大的時(shí)刻減小空調(diào)設(shè)置溫度，加快空調(diào)制冷效率，迅速將車(chē)廂溫度調(diào)整至舒適的環(huán)境，從而提高乘客乘車(chē)舒適性。

3空調(diào)系統(tǒng)變頻壓縮機(jī)控制邏輯優(yōu)化研究

城軌某線路空調(diào)機(jī)組采用的是谷輪全封閉臥式渦旋變頻壓縮機(jī)，由日立變頻器為壓縮機(jī)提供頻率可調(diào)的AC380V電源。在不同頻率下，壓縮機(jī)制冷效率將不同。頻率越高，制冷效果越好。當(dāng)車(chē)廂內(nèi)溫度高，需要增加變頻器頻率;當(dāng)室內(nèi)溫度低，則需要減少變頻器頻率。通過(guò)優(yōu)化壓縮機(jī)的控制邏輯，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)客室內(nèi)的溫度更精確的控制。優(yōu)化前空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)的控制邏輯如下：

（1）車(chē)廂內(nèi)溫度上升階段（-0.5℃～1.0℃）：當(dāng)內(nèi)客室內(nèi)的溫度每升高0.5℃時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行頻率依次在45Hz、50Hz、55Hz、60Hz間變化。

（2）車(chē)廂內(nèi)溫度下降階段（1.0℃～-0.5℃）：當(dāng)內(nèi)客室內(nèi)的溫度每降低0.5℃時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行頻率依次在60Hz、55Hz、50Hz、45Hz間變化。

綜上為進(jìn)一步提高車(chē)廂溫度控制的精確性，對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)的控制邏輯如下：

（1）車(chē)廂內(nèi)溫度上升階段（-1.0℃～1.0℃）：在原控制基礎(chǔ)上，當(dāng)客室內(nèi)的溫度低于目標(biāo)溫度1℃時(shí)，增加壓縮機(jī)運(yùn)行頻率為40Hz的工作工況。

（2）車(chē)廂內(nèi)溫度下降階段（1.0℃～-1.0℃）：在原控制基礎(chǔ)上，當(dāng)客室內(nèi)的溫度下降至低于目標(biāo)溫度1℃時(shí)，增加壓縮機(jī)運(yùn)行頻率為40Hz的工作工況。

結(jié)束語(yǔ)

在高溫高濕的氣候條件下，對(duì)軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組有著更高的要求，需要充分考慮高溫高濕環(huán)境對(duì)空調(diào)機(jī)組的影響，進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，冷凝器的換熱面積、排水孔等需要預(yù)留足夠的設(shè)計(jì)裕量，提高軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組在高溫高濕環(huán)境下的適應(yīng)性、可靠性和舒適性。

參考文獻(xiàn)：

[1]彥啟森，石文星，田長(zhǎng)青.空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]葛黨朝，李小平.城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.

（作者單位：貴陽(yáng)市城市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司）