廣州地鐵4號線車輛空調系統

李劍

廣州地鐵4號線車輛空調系統

李劍

介紹廣州地鐵4號線車輛空調系統的主要特點、技術參數、控制方式，并介紹空調機組、通風系統等的主要結構。

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廣州地鐵4號線車輛是我國首次使用直線電機的車輛，車輛按照廣州地鐵與聯合體確定的技術條件生產，列車為4輛編組，每輛車安裝2臺車頂單元式空調機組及1臺排氣裝置，車內設有靜壓式送風道、風口及操作控制面板等，空調控制柜安裝在車體底架下。

空調系統的設計考慮地鐵車輛的運用條件，并采用很多新技術，特點如下。

（1）制冷量可以實現多級能量調節，舒適性及節能效果明顯；

（2）新風量可根據載客量自動調節，在滿足舒適性條件下起到節能的效果；

（3）送風道為靜壓式均勻送風道，使送風更均勻；

（4）客室內采用沿頂板兩側縱貫全車的條縫式送風口，無送風死角；

（5）空調系統采用微機控制并具有故障診斷功能，工作可靠穩定；

（6）具有緊急通風功能，當車輛交流供電失效后，蓄電池通過緊急通風逆變器向通風機及排氣風機供電，向車內輸入新鮮空氣并排出廢氣，保障乘客健康和安全；

（7）制冷劑采用R407C，符合環保要求；

（8）司機室風量和送風方向可以人工調節，適應不同人員的需要。

1 空調系統主要技術參數

1.1 車內空氣參數

客室和司機室設計最高溫度為26 ℃，相對濕度最大為65%。客室的溫度設定可以調節，調節范圍為19～26 ℃，調節方法有如下兩種。

（1）通過列車監控系統在司機室設定，調節范圍為19～26 ℃；

（2）通過每節車空調控制系統自動設定，遵循UIC 553標準。

1.2 車外空氣計算參數

計算溫度：地面33．5 ℃，隧道35 ℃，相對濕度67%。

太陽輻射強度：按廣州當地14：00的太陽輻射強度。

1.3 其他參數

當空調機組運行且所有車門關閉時，客室內的正壓為30～50 Pa。整車通風量為8 000 m3/h，緊急通風量保證每節車的新風量不低于最大載荷下每人10 m3/h（即總3 520 m3/h）。乘客停留區的平均微風速為0．4～0．5 m/s。司機室通風機風量分3檔。客室內任意兩點間沿高度和長度方向的溫度差不大于3 ℃。

2 通風

正常運轉時，每節車總風量不低于8 000 m3/h。每節車的新風量及廢排風量分檔控制，空調控制器接收列車監控系統發出的載客量信號，調節新風閥和廢排風閥的開度，實現風量分檔調節。

中間車的通風風道見圖1，新風通過新風過濾器進入空調機組內，與從客室來的通過回風過濾器的循環空氣混合，經空調機組蒸發器冷卻后，由通風機送入主風道。主風道的空氣通過側壁的條縫進入兩側的均壓風道，再通過條縫式送風口送入客室內，條縫式送風口見圖2。在客室頂板空調機組下部設有格柵式回風口，在排氣裝置下部設有格柵式排風口，送入客室的空調風一部分由回風口回到空調機組進行再循環，一部分通過排氣裝置排到車外，新風、廢排風量匹配，以維持車內的正壓。

頭車的通風風道與中間車基本相同，僅在靠近司機室的空調風道端部有1支風道通向司機室頂部，送風由司機室通風機可調節風量及送風方向的風口進入司機室，送風量3檔可調，司機室回風通過司機室與客室隔門下部的格柵式風口進入客室，以進行再循環。

圖1 中間車空調通風風道布置

圖2 條縫式送風口

車輛設有緊急通風功能，當車輛交流供電失效后，蓄電池通過緊急通風逆變器向通風機及排氣風機供電，向車內輸入新鮮空氣并排出廢氣。

風道采用鋁合金板制成，為減小風道通風噪聲，保溫材料粘貼在風道內部，風道連接處采用彈性密封墊，確保風道連接處的密封性能。

3 空調機組

3.1 主要技術參數

制冷量：35 kW；

電源：主回路為3相380 V±5%、50 Hz（輔助逆變器供電），控制回路為DC 110 V±5%緊急通風及空調控制器，AC 220 V±5%主電路接觸器及電磁閥；

額定輸入功率：約16．8 kW；

循環風量：約4 000 m3/h；

新風量：1 300 m3/h（可隨載客量變化）；

緊急通風量：不小于1 760 m3/h；

冷媒：R407C；

電氣防護等級：機組外為IP65；機組內為IP56；

外形尺寸：3 500 mm×1 830 mm×330 mm；

質量：約640 kg。

3.2 結構

機組為下送風、下回風方式。機組框架采用不銹鋼制造，機組內部分3個腔，蒸發腔內有通風機、蒸發器、節流毛細管、新風閥、新風過濾器、回風閥等，壓縮機腔有制冷壓縮機、氣液分離器、卸載電磁閥、旁通電磁閥、干燥過濾器、視液鏡、高壓壓力開關及低壓壓力開關、逆止閥等，冷凝腔內有冷凝風機、冷凝器等部件。制冷原理見圖3。

空調機組安裝于車頂上，位于車體中部，空調機組與車體之間采用減振器連接，空調機組的送、回風口采用橡膠條壓接密封結構，確保安裝連接的方便及可靠。

空調機組的冷凝水排放口采用防逆水的反水彎形式，以克服蒸發腔內負壓，使冷凝水能順利排放。

3.2.1 制冷壓縮機

壓縮機采用日本三菱電機公司生產的ZEN117YZA-C型臥式全封閉渦旋壓縮機，其主要技術參數如下。

輸入功率：約6．4 kW；

電流：約10．8 A；

排氣量：117．2 cc/rev；

轉速：2 900 r/min；

線圈電阻：約1．54 Ω（20 ℃）；

絕緣等級：E級；

推薦保護值：16 A；

質量：55 kg（無油）。

該壓縮機配有能量調節功能，調節原理見圖4。

容量控制電磁閥可配合壓縮機內能量調節機構控制壓縮機的容量，通過2個電磁閥的開閉，進行全運轉及控制容量運轉（約70%）的切換。當打開高壓側（SV12）關閉低壓側時（SV13），為全運轉狀態；當打開低壓側（SV13）關閉高壓側（SV12）時為容量控制運轉狀態（約70%）。

3.2.2 其他部件

空調機組的箱體和蓋板全部采用SUS304不銹鋼板制成。空調機組的冷風出口在機組前端下部，回風口在機組底部，回風口處裝有回風風閥。新風口設在機組的兩側，采用防水結構，以防止雨水進入機組內，新風出口處設有新風風閥及新風濾塵網。空調機組的蓋板為鉸接形式并設快開鎖緊固，可方便進行濾塵網的更換。

圖3 制冷原理

圖4 壓縮機容量調節原理

4 排氣裝置

4.1 主要技術參數

電源：3相380 V±5%、50 Hz（輔助逆變器供電）；

額定輸入功率：約0．7 kW；

風量：正常工作情況下為2 600 m3/h（可隨載客量變化），緊急通風情況下為3 520 m3/h ；

外形尺寸：1 150 mm×1 830 mm×330 mm；

質量：約145 kg。

4.2 結構

機組為下進風兩側排風方式。機組框架采用不銹鋼制造，排氣裝置的主要部件包括離心風機、排氣風閥及濕度傳感器等。

排氣裝置安裝于車頂上，位于車頂兩臺空調機之間，與車體之間采用減振器連接，底部進風口與車體之間采用橡膠條壓接密封結構，確保安裝連接的方便及可靠。

排氣裝置的箱體和蓋板全部采用SUS304不銹鋼板制成。排氣裝置的進風口在機組的下部，排風口設在機組的兩側，采用有效的防水結構，可防止雨水進入機組內，排風出口處裝有排風風閥，與空調機組的新風風閥同步調節，根據載客量進行排風量的調整。

5 司機室通風機

5.1 主要技術參數

電源： 單相220 V、50 Hz；

額定輸入功率：約0．12 kW；

風量：645、400、200 m3/h （3檔可調）；

外形尺寸：660 mm×560 mm×250 mm；

質量：約27 kg。

5.2 結構

司機室通風機各零部件組裝在一個不銹鋼板制成的箱體內，主要部件包括離心風機、可調節送風口、風量調節旋鈕及電氣控制部分。

司機室通風機安裝于司機室內裝頂板以上，其底部朝向司機室，以方便操作位于底部的風量控制旋鈕及可調節風口。

6 空調控制柜

6.1 主要技術參數

電源：主回路為3相380 V±5%、50 Hz（輔助逆變器供電）；

控制回路為DC 110 V±5% 緊急通風及空調控制器；

AC 220 V±5%主電路接觸器及電磁閥；

主體外形尺寸：約1 300 mm×645 mm×240 mm；

質量：約80 kg。

6.2 結構

空調控制柜主體部分吊裝于車下，包括空調控制器、主回路斷路器、接觸器、過載保護元件等。為方便車內操作，控制面板布置在車上客室端部，包括操作按鈕、顯示器及通信插頭等。

7 供電、控制和故障診斷

7.1 供電

從受電弓或集電靴引入的DC 1 500 V電源經列車輔助供電系統轉換成三相380 V、50 Hz交流電及單相220 V、50 Hz交流電后，供給空調機組及空調控制器。

當交流供電失效后，空調系統自動轉入緊急通風狀態，此時蓄電池的DC 110 V直流電經緊急逆變器轉換為三相交流電，供給空調機組內的通風機及排氣裝置內的排風機，實現緊急通風功能。

7.2 控制和故障診斷

空調系統通過車上空調控制面板設置、傳感器溫度檢測、控制器及執行器的動作自動實現通風、50%制冷、70%制冷、85%制冷、100%制冷、預冷等功能。

空調控制器通過與列車監控系統、車上空調控制面板、便攜式測試裝置（PTU）的通信實現對控制系統的監控和信息傳遞。空調控制器設有兩個RS485通信口，其中一個通信口引到車上控制面板，正常使用時與顯示器常接，需要使用PTU時將顯示器插頭拔下，將PTU的電纜插頭插上即可。另一個RS485通信口用于與列車監控系統通信。

控制模式分自動、試驗、關斷3檔，均由操作車上控制面板顯示器的按鍵來實現。試驗和關斷位優先于自動，如選擇“試驗”或“關斷”，則“自動”時的所有功能失效。

司機室設有4個硬線按鈕，分別定義為：開啟整列車空調、僅開啟列車頭端空調、關閉整列車空調或列車頭端空調、新風口及排風口關閉。其中前2個按鈕均由第3個按鈕復位。

空調控制器可根據載客量信號調節新風閥和廢排風閥的開度，實現風量調節功能。

通過網絡接口，可實現由列車總線對空調機組的遠程監控和集中管理，保證機組的正常運行狀態、停機和可靠的運行保護，并可查詢空調系統的有關信息。

當發生故障時，空調控制區能夠將具體故障內容及相關信息通過車輛總線傳送至列車監控系統，也可通過串行接口用PTU讀取。

李劍：南車青島四方機車車輛股份有限公司，高級工程?師，山東?青島，266111

責任編輯苑曉蒙

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