地鐵車(chē)輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

袁 野（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津 300240）

地鐵車(chē)輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

袁 野
（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津 300240）

本文通過(guò)結(jié)合地鐵車(chē)輛所需運(yùn)營(yíng)條件, 指出了車(chē)輛空調(diào)采暖系統(tǒng)參數(shù)的選擇和確定, 并詳細(xì)闡述介紹了空調(diào)采暖系統(tǒng)中空調(diào)機(jī)組、制冷單元、制熱單元、應(yīng)急通風(fēng)單元以及空調(diào)電氣控制系的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

地鐵車(chē)輛；空調(diào)采暖；參數(shù)；設(shè)計(jì)

1 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日新月異，城市軌道交通建設(shè)迅速發(fā)展，客流量的增加對(duì)地鐵車(chē)輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的舒適度、通風(fēng)量等提出了更高的要求。地鐵車(chē)輛的空調(diào)采暖系統(tǒng)主的通風(fēng)單元、制熱、制冷單元的工作狀態(tài)是提高客室舒適性所必不可少的基礎(chǔ)條件。該空調(diào)采暖系統(tǒng)從客室空氣的溫度、濕度、清潔度等各個(gè)方面對(duì)客室空氣質(zhì)量進(jìn)行控制，進(jìn)而滿足客室舒適性的良好狀態(tài)。本文結(jié)合天津地鐵、沈陽(yáng)地鐵車(chē)輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的使用狀態(tài)，就地鐵列車(chē)空調(diào)采暖系統(tǒng)提出了一些新的設(shè)計(jì)方案。

2 地鐵車(chē)輛空調(diào)采暖系統(tǒng)概述

地鐵車(chē)輛客室空調(diào)機(jī)組為頂置式薄型單元式空調(diào)機(jī)組，每輛車(chē)安裝兩臺(tái)，分別布置在車(chē)頂?shù)膬啥耍颗_(tái)空調(diào)機(jī)組具有兩個(gè)獨(dú)立的制冷回路。每輛車(chē)設(shè)一套空調(diào)控制系統(tǒng)，空調(diào)控制系統(tǒng)為一個(gè)設(shè)置在車(chē)輛端部的空調(diào)控制柜，控制兩臺(tái)客室空調(diào)機(jī)組、兩組客室電加熱器。對(duì)于帶司機(jī)室的控制柜，還控制司機(jī)室送風(fēng)單元和回風(fēng)單元聯(lián)動(dòng)。送風(fēng)單元和回風(fēng)單元的風(fēng)機(jī)由內(nèi)置于送風(fēng)單元內(nèi)的變壓調(diào)速器同步控制，保持司機(jī)室送回風(fēng)量一致。

客室空調(diào)機(jī)組由列車(chē)管理系統(tǒng)（TMS）控制，TMS 發(fā)送控制指令給控制柜，由空調(diào)控制柜控制空調(diào)機(jī)組和客室電加熱器的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛預(yù)冷、預(yù)熱、通風(fēng)、半冷、全冷、半暖、全暖等工況的控制，保證空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、預(yù)熱器和客室電加熱器在正常電壓下可靠地工作，同時(shí)對(duì)空調(diào)電氣系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的有關(guān)故障進(jìn)行診斷、指示并保護(hù)，便于檢修和查尋故障。

3 地鐵車(chē)輛空調(diào)采暖系統(tǒng)參數(shù)介紹

地鐵車(chē)輛空調(diào)機(jī)組為頂置式薄型單元式，每輛車(chē)安裝兩臺(tái)，分別布置在每輛車(chē)的車(chē)頂兩端，每臺(tái)空調(diào)機(jī)組有兩個(gè)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，增加了空調(diào)裝置的可靠性。分步啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，對(duì)整車(chē)電源的沖擊小。與空調(diào)機(jī)組配套的空調(diào)控制柜安裝在車(chē)內(nèi)。空調(diào)機(jī)組與空調(diào)控制柜通過(guò)電氣連接器(插頭、插座)連接，由車(chē)輛逆變器供電。

4 地鐵車(chē)輛空調(diào)采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)車(chē)輛的通風(fēng)系統(tǒng)是車(chē)輛空氣調(diào)節(jié)的重要組成部分。經(jīng)空調(diào)機(jī)處理過(guò)的空氣只有通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)送往車(chē)內(nèi), 才能保證車(chē)內(nèi)溫度均勻性。為滿足客室內(nèi)空氣潔凈要求，列車(chē)車(chē)廂內(nèi)必須設(shè)置通風(fēng)換氣裝置，主要包括新風(fēng)單元和回風(fēng)單元，新風(fēng)來(lái)自空調(diào)機(jī)組兩側(cè)新風(fēng)口，新風(fēng)經(jīng)過(guò)新風(fēng)濾網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入機(jī)組內(nèi)?；仫L(fēng)口設(shè)置在客室頂部，客室內(nèi)的空氣從回風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)機(jī)組內(nèi)，與新風(fēng)混合，經(jīng)過(guò)制冷或加熱后進(jìn)入客室，依次進(jìn)行循環(huán)。

4.2 制冷單元設(shè)計(jì)

制冷時(shí)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮的高溫高壓氣體制冷劑在冷凝器內(nèi)被冷凝風(fēng)機(jī)吹入的空氣冷卻為液態(tài)制冷劑。然后，液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)干燥過(guò)濾器，再經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流為低壓的液體(有少量氣體)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，與(回風(fēng)和新風(fēng))混合空氣進(jìn)行熱交換，從而使混合空氣冷卻和干燥。最后，冷卻干燥的空氣通過(guò)天花板風(fēng)道被吹入客室。與此同時(shí)，在蒸發(fā)器內(nèi)被蒸發(fā)的制冷劑變成低壓飽和氣體或少量過(guò)熱氣體，經(jīng)過(guò)氣液分離器和回氣過(guò)濾器被吸入壓縮機(jī)，從而完成制冷循環(huán)。

4.3 司機(jī)室通風(fēng)單元設(shè)計(jì)

車(chē)輛司機(jī)室室設(shè)一套送風(fēng)單元和一套回風(fēng)單元，通過(guò)單獨(dú)的風(fēng)道從相鄰的空調(diào)機(jī)組中吸入已處理的空氣，再將其送回客室，用以調(diào)節(jié)司機(jī)室內(nèi)的溫度和濕度，給司機(jī)提供一個(gè)健康舒適的工作環(huán)境。送風(fēng)單元內(nèi)安置一臺(tái)變壓器，對(duì)兩個(gè)單元內(nèi)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，共有三種速度選擇。另送風(fēng)單元內(nèi)還安裝有三個(gè)熱磁斷路器對(duì)送回風(fēng)單元的電機(jī)保護(hù)，以及兩個(gè)接觸器，實(shí)現(xiàn)正常通風(fēng)和緊急通風(fēng)的控制。在緊急通風(fēng)狀態(tài)下,由逆變器提供電源給兩變壓器進(jìn)行緊急通風(fēng)。送風(fēng)單元通過(guò)風(fēng)嘴來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)方向，風(fēng)量最大時(shí)為645m3/h。

4.4 應(yīng)急通風(fēng)單元設(shè)計(jì)

當(dāng)正線運(yùn)行出現(xiàn)高壓斷電故障或者輔助供電系統(tǒng)故障時(shí)候，為保證客室內(nèi)一定時(shí)間內(nèi)的通風(fēng)量，必須設(shè)置應(yīng)急通風(fēng)單元，應(yīng)急通風(fēng)單元以網(wǎng)絡(luò)通訊模式控制，如果網(wǎng)絡(luò)未接，通過(guò)傳輸線接入110V正信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，將控制開(kāi)關(guān)打至集控位，通過(guò)司機(jī)室TMS監(jiān)控顯示屏發(fā)送緊急通風(fēng)工況指令即可。此時(shí)空調(diào)機(jī)組停機(jī)，控制器PLC發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)緊急逆變器信號(hào)，緊急逆變器收到指令后啟動(dòng)，緊急逆變器供電給空調(diào)機(jī)組通風(fēng)機(jī)，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行在降頻降壓工況下。此時(shí)，通風(fēng)機(jī)電源 AC266伏，頻率35Hz，應(yīng)急通風(fēng)運(yùn)作，不準(zhǔn)制冷制暖運(yùn)行，確保全列車(chē)客室內(nèi)45分鐘的應(yīng)急通風(fēng)。

4.5 電氣控制單元設(shè)計(jì)

地鐵車(chē)輛每一輛車(chē)配備一臺(tái)空調(diào)控制柜，每臺(tái)控制柜主要控制每輛車(chē)上的兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組及客室電加熱、司機(jī)室送風(fēng)和回風(fēng)單元（僅Tc車(chē)）。輸入主電路電壓AC380V，控制電路電源DC110V。緊急通風(fēng)時(shí)由緊急通風(fēng)逆變器給空調(diào)送風(fēng)機(jī)和司機(jī)室送回風(fēng)單元供電。

空調(diào)控制柜主要由兩部分組成：

電氣控制元件：主要是指控制各負(fù)載的斷路器、接觸器、保護(hù)元件、電源、接線端子等,均安裝在控制柜的柜體控制盤(pán)上。

OMRON微處理器：控制柜上有一個(gè)OMRON微處理器，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，使空調(diào)機(jī)組在本控、集控，通風(fēng)、制冷、制暖、緊急通風(fēng)等不同工況下運(yùn)行。

系統(tǒng)控制器由一個(gè)歐姆龍PLC主機(jī)（型號(hào)為CPM2A-CPU62）、一個(gè)12/8點(diǎn)的I/O擴(kuò)展模塊（型號(hào)為CPM1A-20EDR1）、一個(gè)溫度擴(kuò)展模塊（型號(hào)為CPM1A-TS102）和一個(gè)適配器（型號(hào)為CPM1ACIF01）組成，PLC是可編程邏輯控制器的縮寫(xiě)，PLC不僅能操作、控制、監(jiān)視空調(diào)機(jī)組運(yùn)行，還具有完善的故障處理及保護(hù)功能。PLC設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊端口，可通過(guò)通訊網(wǎng)關(guān)與列車(chē)RS485總線相連，實(shí)現(xiàn)集中控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

地鐵車(chē)輛的空調(diào)采暖系統(tǒng)的工作狀態(tài)是提高客室舒適性所必不可少的基礎(chǔ)條件?？照{(diào)采暖系統(tǒng)從客室空氣的溫度、濕度、清潔度等各個(gè)方面對(duì)客室空氣質(zhì)量進(jìn)行控制，進(jìn)而滿足客室舒適性的良好狀態(tài)，保證地鐵車(chē)輛的安全運(yùn)營(yíng)。

[1]章英.車(chē)輛設(shè)計(jì)參考手冊(cè)（客車(chē)采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)）[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2013.

[2]滕兆武,王剛.車(chē)輛制冷與空氣調(diào)節(jié)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社, 2013.

[3]臧建彬,劉葉弟.A 型地鐵列車(chē)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[R].上海:同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院,2012.