变制冷剂流量空调系统列车论文

时间：2021-08-31

　　0前言

　　我国经济的持续高速发展，客观上对交通和运输提出了更高的要求。铁路作为交通运输市场的传统主导，近年来却面临着高速公路和民航运输的巨大挑战。近期国家不仅规划建设跨省铁路项目沿海铁路（上海—宁波—深圳—香港快速铁路），以实现全国范围“四横四纵”铁路快速客运通道构想，而且正在积极筹建中巴铁路，实现我国新疆与巴基斯坦的陆上交通，以及建设中缅铁路—西南出海铁路大通道，架设南亚大陆桥以加快我国西部大开发。中国铁路网将在全球战略定位的基础上，具有新的战略意义。对于铁路客运市场来说，实现客车的高速化、舒适化显得尤为迫切。面对新的更高的要求，我国列车客车空调通风系统一方面需要有条件的吸收引进世界最新科技成果，一方面需要加强自主创新。

　　目前我国现有使用的列车空调大部分采用单元式空调机组，这种列车空调的控制系统简单,仅能通过控制机组的开停对机组进行安全保护和对客车车厢内进行温度控制,难以满足极不稳定的列车空调运行工况,不能满足乘客对舒适性的要求。又由于空调通风机始终满负荷运转状态,不能根据热、湿负荷变化而调节,造成严重的能耗浪费。[2]

　　变冷媒流量空调系统(VRF)，自1982年日本Dakin公司首先推出以来，二十几年中得到迅速发展和推广，已经在民用建筑上被广泛应用。VRF系统的特点可以有效解决现有列车单元式空调机组的不足。

　　1VRF系统的特点

　　（1）VRF系统根据系统负荷情况，通过变频控制器自动调整压缩机转速（变频范围50%~130%），使系统内冷媒的循环流量得以改变，进而对制冷量进行自动控制以符合使用要求，从而能保证在负荷变化范围内，压缩机以较高的效率运行。VRF空调系统在部分负荷时的能效比相当高，当部分负荷率在40%～60%之间变化时，VRF空调系统的能效比相对最高[4]。可见，列车在多变的气候条件下，大部分时间空调处于低负荷工况，VRF空调系统在低负荷状态下运行时能耗小，能效比更高，故可有效地节约能源。

　　（2）VRF空调系统拥有一套方便、专用的`微电子系统，能提供控制、检测、管理包括能量消耗等项目的各项功能，可以实现优越的控制功能：a．成组控制，通过遥控器连接机组；b．区域控制，将几组作为一个区域，通过集中遥控器上的操作按钮对其进行控制；c．组块控制，用集中检测面板控制整个系统，监控数据通过数据站、主站传送到集中检测面板上。灵活的控制系统尤其适用于列车卧铺车厢，可以分别独立的对各包厢单元进行调温、除湿、控制风速多功能控制，从而保证各卧铺包厢的舒适性。

　　（3）VRF系统由一台室外机和数台室内机组成，因而又称为多联机空调系统。多台不同种类的室内机由一个冷媒管路连接，每一台室内机可以根据控制单元的要求，进行独立的制冷或制热的运转。目前变制冷剂流量最先进的空调技术，室内机数量可多达16台，并可进行独立的控制；由于VRF技术解决了回油运转问题，使室外机与室内机之间的冷媒管长度延至l00m，室内机与室外机之间的高低差增加至50m，各室内机之间高差可允许15m。

　　2软卧车厢的立面特点和负荷特点

　　（1）软卧车厢车体长25米，每节有10个包厢，依次排列相连接。各包厢尺寸相同、方位一致，包厢外是公共通道，没有可供休息桌椅，乘客主要在包厢内休息；

　　（2）包厢尺寸：2.05×2×2.54（长×宽×高：米），每个包厢分上、下铺共4个铺位，包厢内立面空间小，乘客只能在铺位坐立和躺卧，其它活动区域很小；

　　（3）整节车厢呈狭长形，车内定员为41人(包括1名乘务员)。车体6个表面均为散热面，车厢冷、热负荷大，各包厢冷、热负荷基本相同；

　　（4）车厢内温度冬季应不低于22℃，夏季不高于26℃，应保持空气新鲜；（“铁标”规定）

　　软卧车厢相对硬座、硬卧车厢车内人员少，新风负荷和新风量较小；包厢内舒适性要求高，各铺位空间温度场和微风速场应尽可能均匀稳定。根据软卧车厢的立面特点和负荷特点，VRF空调系统的多联机方式符合列车软卧紧凑包厢分隔的立面形式,适用于软卧车厢狭长空间的冷量输送。本文提出采用变冷媒流量空调通风系统替代单元式空调机组的新思路，对列车软卧车厢使用VRF空调系统做管路设计。

　　3列车软卧车厢VRF空调系统管路设计

　　3.1新风管路

　　列车软卧车厢采用VRF空调送风系统,外部空气通过车体一侧新风口、新风吸入箱，经过滤网过滤后进入全热交换器，与车厢内排风热湿交换后，新风由新风管道送至每个卧铺包厢吊顶内的静压箱。新风与室内机处理后的回风在其中充分混合后送至各个软卧包厢中。

　　3.2回风管路

　　软卧包厢顶部送风在室内循环后，沿包厢底部的出风格栅排出到包厢外的行人走廊。如图2，在每个卧铺间吊顶上分别安装一台室内机组，室内机连接回风口设置在卧铺间对面车窗以上，回风经由走廊侧壁吸入回风口，再由回风管引入室内机处理。这种送回风方式，不同于列车单元空调机组仅在车厢走道门外吊顶处设置一个的集中回风口，防止集中回风混杂的烟气在负压作用下又诱引入车厢卧铺间，从而有效避免空气二次污染。

　　3.3排风系统

　　VRF空调系统的排风一部分由全热交换器与新风热量交换后排出。设计时，室内排风可以从车厢内卧铺包厢吊顶上接小段风管直接吸入，经过换热机热交换后连接由排风管引至车厢底部排出。另外部分废排气由废排风机通过车底的横向风道与软卧车厢包厢外走廊侧壁的风道相连，吸入废排气至车体外，为保证车厢内正压，废排风机与压力保护阀连接。

　　3.4冷凝水管管路设计

　　VRF空调系统的每台室内机都引出一条冷凝水管，并由一条总冷凝管道顺次的按照1%的坡度连接，一起排到列车洗漱间或卫生间。冷凝水管直接从室内机的凝水盘底部引出，凝水盘不存水，可以减少滋生细菌现象发生。

　　3.5冷媒管路设计

　　VRF空调系统室外机与室内机冷媒配管连接方式有三种：线性分流方式、端管分流方式和组合方式。制冷压缩机吸气管路过长会引起制冷系统的制冷能力降低和单位制冷量耗电量的增加，所以必须综合考虑配管与节能两方面的因素。软卧车厢上选用的是线性分流方式，如图3所示。通过冷媒分歧管和管道接头将各室内机顺次连接在一起，这种配管方式特别适用于列车车厢这种纵深较长的空间。因每间包厢外形尺寸相当，空调负荷也相当，室内机选择同一型号，并且安装在各包厢吊顶同一标高上，所以冷媒管路设计简单，不需要分区。目前冷媒配管采用同径化管道系统技术，只需冷媒主管道管径相同就可以应用。由于采用统一管径，管道施工和管径选择大量简化，系统运行稳定并且易于维护。

　　根据车厢尺寸和室内、外机的布置，设计配管长度为60m。VRF系统室内机以冷媒R22作为传热介质，其传送的冷量几乎是以等流量水的10倍、空气的20倍，所以列车车厢空调的冷媒配管管径很小，（以10HP的室外机为例，对应冷媒管管径φ28.6mm，外加不足10mm厚的高效的橡塑保温材料。）无需如传统的空调系统那样占据大量的管道空间。系统采用冷媒直接蒸发式供冷，省去了水系统换热的能量传递环节，从而减少了输送耗能及冷媒输送中的能量损失。

　　4结论

　　变制冷剂通风空调系统既能体现车厢内各包厢的立面和负荷一致性，又可以满足各包厢空调的独立性控制和舒适性调节要求,同时实现列车低负荷条件下的节能。通过管路设计,说明软卧车厢使用VRF空调系统的可行性。列车采用VRF空调系统的舒适性和安全性需要进一步研究和实验分析。

　　参考文献

　　1.彦启森.论多联式空调机组.暖通空调,2002,32(5):2～4

　　2.刘希女.变频技术在列车空调系统中应用的思考.制冷与空调,2003,3(4):51～53

　　3.陈焕新,杨培志.铁路空调客车硬座车厢空气品质的主观评价.制冷与空调,2003,3(4):57～59

　　4.薛卫华.变频控制热泵式VRV空调机组运行特性与节能性能实验研究.节能技术.2003，21（3）：3～5

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