貴陽市軌道交通1號線空調系統舒適性研究和改進措施

李大偉　何開滸

摘? 要：文章介紹了貴陽地鐵1號線電客車空調系統的組成及工作原理，分析了目前空調系統制冷、制熱、自動模式下的控制方法及算法。通過對乘客、現場的分析與調查，發現目前使用的控制方法存在溫度不均勻、冬季溫度較高、通風不良等問題，針對以上問題，提出整改措施。

關鍵詞：貴陽市軌道交通;空調系統;控制方法;整改措施

中圖分類號：U270? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）23-0141-03

Abstract： This paper introduces the composition and working principle of the air conditioning system of the electric bus of Guiyang Metro Line 1， and analyzes the control method and algorithm of the current air conditioning system in refrigeration， heating and automatic mode. Through the analysis and investigation of the passengers and the site， it is found that the current control method has such problems as uneven temperature， high temperature in winter， poor ventilation， etc. In view of the above problems， rectification measures are proposed.

Keywords： Guiyang rail transit; air conditioning system; control method; rectification measures

1 空調系統概述

1.1 工程簡介

貴陽市軌道交通1號線為貴陽市城市軌道交通骨干線，始于下麥西站，沿西北-東南向敷設，終點于場壩村站，1號線線路全長34.308km。

貴陽市軌道交通1號線采用四動兩拖六節編組B型車，M車為無司機室的動車，Mp車為無司機室帶受電弓的動車，Tc車為有司機室的拖車。

1.2 空調組成

空調機組采用單冷變頻空調，制冷能力為29kW，主要部件包括送風道，廢排裝置，排水裝置，回風裝置、客室電加熱器、控制盤等，可滿足車輛通風、制冷、采暖、緊急通風等。

1.3 空調控制原理

溫度控制模式：

車輛空調系統控制優先采用集中控制。啟動列車后，操作DDU屏上的“自動”按鈕來運行空調。在DDU上的客室空調界面設有“自動”、“手動”、“通風”、“停止”、“新風閥關閉”、“本車空調啟動按鈕”6個功能軟按鈕，且設有溫度調節軟按鈕（19℃～27℃，每2℃一個整數值），可以集中開啟/關斷空調和設定空調工作模式，“自動”、“手動”、“通風”指令均可開啟客室空調。

（1）DDU設定為“自動”模式時，客室空調根據UIC553曲線自動設定客室溫度，自動進行預冷、制冷、制熱、通風工況。

“自動”模式控制方式如下：

當Ta_out≤16℃時：空調機組運行制熱;

當16℃

當Ta_out≥19℃時：空調機組運行制冷。

制冷：（根據UIC553曲線設定）

當16℃

當Ta_out≥19℃時：Ts=22℃+0.25℃（Ta_out-19℃）

制熱：

當Ta_out≤16℃時：空調機組運行制熱。

（注：Ts為設定溫度;Ta_out：車外環境溫度）

（2）DDU設定為“手動”模式時，司機可以從19℃～27℃（每2℃一個整數值）五個整數值中手動選擇所有客室的制冷目標溫度。

（3）DDU設定為“通風”模式時，客室空調執行通風工況。

（4）當按“停止”時將關閉客室空調。

（5）在任何模式下，當隧道內發生火災時，司機可操作“新風閥關閉”按鈕關閉空調新風門防止煙霧進入客室。

（6）當按下“本車空調啟動按鈕”時，客室空調將只有激活端Tc車的兩臺空調以自動模式開啟、運行。

2 空調系統服務現狀

自從2018年12月1日，貴陽地鐵1號線全線試運營以來，貴陽地鐵1號線每日平均客流量達到了16萬人次。通過一年多的運營、投訴函以及市民調查，主要發現有以下問題：

每節車廂的空調溫度不均勻，整車溫度舒適性感受較差;

在冬季乘車時，車廂內通風較差，溫度較高;

車廂通風量感受較小。

2.1 舒適性調查與研究

通過整理分析，發現空調檢測計算溫度與車廂內實際溫度存在偏差，因此首先對車廂溫度檢測準確性進行測試。

2.1.1 確定客室溫度傳感器位置

現場對客室溫度傳感器位置進行確認，傳感器位于車體中間兩側蓋板內，對稱布置。

2.1.2 客室溫度計算公式

Tin-計算后使用的客室溫度;T1-車廂內溫度傳感器1檢測溫度;T2-車廂內溫度傳感器2檢測溫度;Ta-A空調回風口傳感器檢測溫度;Tb-B空調回風口傳感器檢測溫度。

2.1.3 測試結果及分析

（1）在2車和3車中，現場測試布點，機組運行手動制冷設定溫度19℃，測試結果如圖1。（2）在冬季時節，對上線列車車廂進行溫度普查，機組運行自動模式。

根據測試數據分析，分析結果如下：對于客室溫度傳感器檢測的溫度T1、回風溫度傳感器檢測的溫度T2、計算出的客室內溫度T3、客室實際溫度T4，制冷模下壓縮機運行的情況下，四者關系為：T1>T3>T2>T4，在壓縮機運行階段T2更接近客室內實際溫度T4。

制冷模式下壓縮機停機后至啟動前計算出的客室內溫度T3<客室內實際溫度T4，造成空調機組壓縮機不能及時開機，導致車內溫度偏高、乘客感覺熱;

根據原程序中客室內溫度對制冷系統進行控制，客室溫度存在較大波動，會出現整車溫度偏差較大的問題;

除去機組啟動階段，原程序檢測的客室溫度與實際值存在±2℃以內偏差;

1.1m與1.7m上的測點溫差在4K以內;

自動模式制熱工況下，發現控制邏輯有缺陷，沒有設置車廂內溫度上線，會導致空調系統加熱器一直處于工作狀態，導致車廂內溫度較高。

3 整改措施及測試結果

3.1 控制邏輯優化

根據2.1的測試結果，對程序進行了以下優化：

根據2.1.2中得到的結論，空調機組回風溫度T2比客室溫度傳感器檢測的溫度T1更接近車內實際溫度，因此將整車車內檢測溫度由（車內兩個溫度傳感器的平均值×60%+兩機組內回風溫度平均值×40%）修正為（車內兩個溫度傳感器的平均值×30%+兩機組內回風溫度平均值×70%）;

為了保證制冷量輸出持續性，將制冷溫度開機點改為0.5℃，即檢測室內溫度高于設定值0.5℃時，制冷系統即能運行;

車廂兩端的空調機組壓縮機采用同步控制，保證車廂兩端空調冷量輸出同步;

在自動模式制熱工況下，增加壓縮機啟動溫度控制邏輯，壓縮機檢測到客室溫度≥22℃啟動，≤20℃關閉，且此時空調壓縮機處于低頻制冷，保證舒適度;

根據前期測試數據的分析及貴陽的氣候特點，對壓縮機運行頻率的控制參數進行優化，對同一車廂內的兩臺空調壓縮機運行頻率進行獨立控制。

3.2 控制邏輯優化后溫度測試

對優化后的程序進行測試，2車和3車手動設定19℃，測試結果如圖2所示。

根據測試數據分析，分析結果如下：

檢測的客室溫度與實測點平均值偏差在±0.5℃以內;

客室溫度曲線穩定，與設定值平均±1℃波動范圍;

對比圖1與圖2的曲線，優化控制程序后，客室內控溫精度明顯提高;

1.1m與1.7m測點上的溫差在3K以內。

控溫精度滿足要求。

3.3 整列車溫度均勻性測試

將整列車程序更新優化后的程序，對1車和2車及整車溫度進行測試。

3.3.1 1車與2車溫度測試

1車和2車手動設定19℃，布點將3車測點移至1車，測試結果如圖2所示。

根據測試數據分析，1車和2車中檢測的客室溫度與實測點平均值偏差在±0.6℃，與圖2中2車和3車控溫精度基本一致。

3.3.2 整車溫度測試

手動設定19℃時，取每節車廂的中心測試整列車廂內溫度T5，測試結果如圖4所示。

根據對1和2車、2和3車及整列車內溫度測試結果對比分析，可知：

（1）控制優化后，車輛內最大溫差小于1.1℃（最大溫差為表1中16：20，最低出現在4車20.3，最高出現在1車21.4），整列車內體感舒適。

（2）車內設定在19℃時，車內各車廂平均值在20.6℃～20.9℃內，因此將車內設定溫度采用UIC553的計算基準由22℃改為20℃，此基準的修改能更好適應貴陽的氣候條件。

4 結論

通過對空調系統的控制邏輯優化，空調系統更好地完成了客室通風與溫度調節的功能，滿足貴陽地鐵的運營需求，更好地為貴陽市民服務，為市民提供安全、快捷、便民、綠色的綠色交通。

參考文獻：

[1]GB 50157-2013.地鐵設計規范[S].

[2]GB/T 7928-2003.地鐵車輛通用技術條件[S].

[3]山東朗進科技股份有限公司.貴陽地鐵1號線電動車組維修手冊[Z].2016.