地鐵車輛室內(nèi)氣流組織影響因素及評價指標(biāo)

劉晶 賈雄偉

摘 要：通過閱讀文獻(xiàn)，總結(jié)出地鐵車輛室內(nèi)氣流組織影響因素，包括送風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式，發(fā)現(xiàn)靜壓式送風(fēng)道的送風(fēng)均勻性較傳統(tǒng)風(fēng)道有較大改善；對于A型車采用上送上回氣流組織形式的車輛空調(diào)，送風(fēng)風(fēng)速在2～2.5m/s范圍內(nèi)比較合適；車廂內(nèi)溫度分布受人體散熱很大，且載人車廂比空載車廂的送風(fēng)短路現(xiàn)象嚴(yán)重；地鐵風(fēng)道出風(fēng)口均勻性在去掉空調(diào)機(jī)組下方的出風(fēng)口后有了一定的改善。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛空調(diào)；氣流組織；影響因素；評價指標(biāo)

地鐵作為一種大運(yùn)量、高效率的交通工具，可有效地緩解城市地面道路交通阻塞問題。為了滿足廣大旅客的需要，都把城軌車輛室內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)作為提高旅客舒適度、改善乘車環(huán)境的主要手段。所以地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)，除了需提供一定的制冷量來消除車內(nèi)熱負(fù)荷，對舒適性的要求也越來越高，而客室內(nèi)氣流組織是否合理都與乘客乘坐舒適性息息相關(guān)，所以分析地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)氣流組織影響因素和了解氣流組織的評價指標(biāo)意義重大，同時為后期車輛空調(diào)系統(tǒng)氣流組織設(shè)計提供一定的依據(jù)。

1 地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)氣流影響因素

1.1 送風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式的影響

新型空調(diào)靜壓式送風(fēng)道的送風(fēng)均勻性較傳統(tǒng)送風(fēng)道有較大的改善，靜壓送風(fēng)道由主風(fēng)道和靜壓箱風(fēng)道組成。空調(diào)機(jī)組下部送出的風(fēng)進(jìn)入車內(nèi)主風(fēng)道，并沿主風(fēng)道在推進(jìn)過程中進(jìn)入靜壓箱，進(jìn)行靜壓平衡調(diào)節(jié)，使得在主風(fēng)道中不同斷面上具有不同靜壓的空氣在靜壓箱中得到均衡，并形成一定靜壓值，在條縫型送風(fēng)口轉(zhuǎn)換成動壓，達(dá)到均勻送風(fēng)的目的。靜壓風(fēng)道有多種結(jié)構(gòu)形式，如主風(fēng)道在中間，靜壓箱在兩側(cè)；主風(fēng)道在兩側(cè)，靜壓箱在中間。經(jīng)楊晚生、張吉光等的數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，靜壓式送風(fēng)道的送風(fēng)均勻性較傳統(tǒng)的送風(fēng)道要好一些，該風(fēng)道取消了風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，有很大的推廣價值。[1]

1.2 空調(diào)送風(fēng)道送風(fēng)口速度的影響

城軌車輛空調(diào)系統(tǒng)主要目的是滿足乘客對舒適度的要求，合理的室內(nèi)氣流組織方式是滿足這一要求必不可少的因素。其中空調(diào)送風(fēng)道送風(fēng)口的速度影響車廂內(nèi)氣流組織，若送風(fēng)的風(fēng)速太低，會導(dǎo)致回風(fēng)口附近的溫度過高；風(fēng)速過高，使得乘客頭部有較強(qiáng)的出風(fēng)感，從而影響其舒適度。易柯通過對A型車進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，對于上送上回氣流組織形式的車輛空調(diào)，送風(fēng)風(fēng)速在2～2.5m/s范圍內(nèi)比較合適。[2]

1.3 車廂載人的影響

孫麗華通過對相同的氣流組織方式下，空載和載人車廂的數(shù)值模擬結(jié)果分析得到，載人車廂內(nèi)平均空氣溫度比空載車廂高，說明車廂內(nèi)溫度分布受人體散熱的影響很大。對空載和載人車廂溫度分布情況分析發(fā)現(xiàn)，車廂端區(qū)的溫度分布很均勻，其他位置都有送風(fēng)短路現(xiàn)象出現(xiàn)，回風(fēng)口及排風(fēng)口位置的送風(fēng)回流比較明顯，而且載人車廂比空載車廂的送風(fēng)短路現(xiàn)象明顯。

1.4 兩種通風(fēng)方式的影響

對于載人車廂比較上送上回，上送下回兩種氣流組織下，室內(nèi)空氣流場的變化。上送上回這種通風(fēng)方式會導(dǎo)致送風(fēng)短路，特別是在載人的車廂內(nèi)，乘客的數(shù)量越大，送風(fēng)受人體的阻礙作用越大，使得氣流不能順利到達(dá)車輛底部，回流現(xiàn)象也越明顯。采用上送下回的通風(fēng)方式可以改善這一現(xiàn)象，但回風(fēng)口只能在座椅下方布置，這樣氣流會有明顯貼壁現(xiàn)象，也就是靠近車壁空氣溫度明顯低于中間區(qū)域的溫度，嚴(yán)重影響車廂內(nèi)中間站立人群的舒適性。[3]

1.5 空調(diào)機(jī)組下方風(fēng)道出風(fēng)口的影響

于淼、王東屏等人通過模擬發(fā)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組的下方風(fēng)道出風(fēng)口會產(chǎn)生回流現(xiàn)象，這樣使得空調(diào)機(jī)組送風(fēng)口下面的主風(fēng)道送往靜壓風(fēng)道的風(fēng)量過少，那么從靜壓風(fēng)道下方條縫型出風(fēng)口出來的風(fēng)量就較少將空調(diào)機(jī)組下方的出風(fēng)口去掉，可有效改善地鐵風(fēng)道出風(fēng)口的均勻性，同時也減少了風(fēng)道出風(fēng)口平均速度的最大差值。[4]

2 地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)氣流組織評價指標(biāo)

我們知道評價氣流組織的指標(biāo)是比較多的，在方便人們判斷空調(diào)效果的優(yōu)劣的同時，也會帶來混淆情況，目前我國還沒有制定出有關(guān)地鐵車輛的空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，但確定地鐵客室內(nèi)氣流組織的評價指標(biāo)可借鑒其他的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。氣流組織評價指標(biāo)不但可直接影響地鐵客室內(nèi)是否可達(dá)到預(yù)期的空調(diào)效果，而且還會評判其空調(diào)方案是否經(jīng)濟(jì)。下面將介紹一些氣流分布要求和評價方法：

（1）針對地鐵車，評價指標(biāo)可參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)，A類車在夏季的內(nèi)部平均溫度是25℃，在距門1.10m處和垂直面的內(nèi)部空氣溫度均不得大于4K。B類車在夏季的內(nèi)部平均溫度是29℃，在距門1.10m處和垂直面的內(nèi)部空氣溫度均不得大于8K。

（2）地鐵車廂內(nèi)人員密度非常高，其舒適性需遍布室內(nèi)的個個角落，所以要使得氣流組織盡量均勻。不同氣流組織方式會涉及到整個空調(diào)系統(tǒng)耗能量和初投資，可采用“不均勻系數(shù)”指標(biāo)評價空間參數(shù)的不均勻程度。[5]

3 總結(jié)

通過閱讀大量文獻(xiàn)總結(jié)出地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)氣流組織影響因素，雙側(cè)風(fēng)源送風(fēng)比單側(cè)風(fēng)源的均勻性要好一些；設(shè)置有隔板的風(fēng)道一端的送風(fēng)均勻性較未設(shè)置的風(fēng)道端有較大提高。對于A型車采用上送上回氣流組織形式的車輛空調(diào)，送風(fēng)風(fēng)速在2～2.5m/s范圍內(nèi)比較合適；車廂內(nèi)溫度分布受人體散熱的影響很大，而且載人車廂比空載車廂的送風(fēng)短路現(xiàn)象明顯；去掉空調(diào)機(jī)組下方的出風(fēng)口，發(fā)現(xiàn)可有效改善地鐵風(fēng)道出風(fēng)口的均勻性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊晚生，張吉光，張艷梅.靜壓式空調(diào)送風(fēng)道送風(fēng)均勻性研究[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2005（01）：79-81.

[2]易柯.地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)氣流組織數(shù)值計算與分析[J].城市軌道交通研究，2009，12（11）：40-43+85.

[3]孫麗花.南方某市地鐵B型車客室氣流組織分析[D].華南理工大學(xué)，2016.

[4]于淼，王東屏，襲望，黃少東.地鐵車空調(diào)風(fēng)道及車室內(nèi)氣流組織數(shù)值仿真[J].大連交通大學(xué)學(xué)報，2014，35（02）：16-19.

[5]林松.B型地鐵送風(fēng)口特性研究及優(yōu)化[D].青島理工大學(xué)，2012.

項目名稱：寧波地鐵數(shù)字化資源平臺，項目類型：N創(chuàng)業(yè)實踐，項目負(fù)責(zé)人：賈雄偉（編號：KY18-02）

作者簡介：劉晶（1989-），女，陜西西安人，工學(xué)碩士，西安交通工程學(xué)院機(jī)械工程系助教，主要研究方向：城軌與鐵道車輛空調(diào)系統(tǒng)研究。