基于25B型高原工務淋浴車改造設計

李 曦

（中國鐵路南寧局集團有限公司 柳州機車車輛有限公司，工程師，廣西 柳州 545007）

目前國內的工務工程改造車主要以宿營車為主，為沿線工作者提供住宿，由于宿營車空間有限，只提供休息場所及單個廁所，洗漱不便且缺少生活娛樂設施，設計改造一輛具備淋浴、生態廁所、建身休閑于一體的淋浴車，改善沿線工作者的生活環境。結合中國鐵路青藏局集團有限公司所處的高原環境提出了基于25B型高原工務淋浴車改造設計方案，具備在高原環境下循環淋浴、廁所污染物零排放、健身、生活于一體等功能，有效提升工務沿線工作者的生活質量。

1 整車設計需求

高原工務淋浴車是在25B型客車基礎上加裝改造。25B 型客車車體長度25500mm、車體寬度3105mm、車體高度（自重下）4433mm；原車布局為兩端設通過臺；一位端設小走廊、鍋爐、乘務室、廁所等；二位端設置廁所、小走廊等；車輛中部設包間及大走廊或硬座。

1.1 功能需求

淋浴車是針對工務沿線工作者定向開發的，能在戶外環境下滿足工人淋浴、休閑、健身要求，具備高原環境下淋浴循環制熱，廁所污物生態降解等特性，并具有過濾凈化、影視、健身、按摩、通風換氣等功能的工務工程列車。

1.2 淋浴用水量需求

由于工務沿線施工時，人員較多，為提高淋浴效率，淋浴車需要容納幾個人同時淋浴。據調研，1個人淋浴用水量約為35L，綜合考慮供電、載重等問題，設計定義4個人同時淋浴，車上水箱裝滿水可供50人淋浴，所需總用水量至少為1.75t。

1.3 加熱方式

目前市面上用水的加熱方式通常有電熱水器加熱、空氣能加熱、蒸汽鍋爐加熱三種方式，其優缺點比較如下。

①電熱水器可實現即開即用，不需要預熱，具備自動調溫功能，但電功率較大，溫度較低的環境水溫不高。

②空氣能加熱具有高效節能的特點，其節能效果是電熱水器的4倍，但冬天易結霜、使用時需進行預熱。

③蒸汽鍋爐加熱，耗能大且存在結水垢問題，增加設備維護成本。

綜上分析，結合青藏高原環境及經濟性，擬采用空氣能+電加熱器的淋浴組合系統循環制熱。

1.4 加水方式

考慮整車連掛，結合車內布置，設置貫通水管，保證全列車貫通注水，一位端兩側各設置一個注水口，并安裝凈水裝置，過濾雜質，減少水垢。

1.5 廁所污物處理方式

目前工務工程列車的廁所是采用真空集便的方式，污物集中在車下污物箱存儲，后續到車站進行統一處理，由于工務在沿線工作時間長，一般三個月以上，沒有辦法定期到車站卸污，造成使用不方便，為解決這一困境，引進生物降解技術，建立生態廁所，使用適應高原的菌種對廁所污物進行降解，實現污物零排放。

1.6 淋浴污水處理方式

淋浴污水一般情況下是采用直排方式，但考慮青藏的高原環境，存在凍土，為防止淋浴污水直排沖壞軌道路基，決定在車下設置一個3t 的污水箱，收集淋浴污水，定期使用排水管引排到軌道路基外。

1.7 健身休閑方式

結合日常生活需求，配置衛星影視系統、綜合訓練器、動感單車、按摩椅、咖啡機等設備，打造健身休閑于一體的場所

1.8 整車結構

綜上，高原工務淋浴車整車結構為下部加裝3t污物箱、空調外機，管路系統重新布置，上部設置淋浴系統、洗衣機、影視系統、健身器材、電力系統、生態廁所。

2 整車結構設計

2.1 整車布局設計

根據整車設計需求及空間結構，從一位端依次布置1 個設備間、4 個淋浴間、1 個洗衣間、1 個活動間、1個生態廁所、1個配電間，整車布局圖見圖1。

圖1 整車布局圖

2.2 水箱設計

2.2.1 車上水箱設計 為有效利用空間和平衡整車配重，提高整車穩定性和安全性，將水箱設置在車頂（平頂板上方）。一位端設備間平頂板上方設置2個水箱供淋浴使用，二位端通過臺上方設置1 個水箱供洗衣及廁所用水。

考慮到每次4 人淋浴，車輛裝滿水一次需滿足50 人淋浴，每人用水量約3.2L，所需總用水量約1.75t。鐵路客車的橢圓水箱容量約為1t，所以在設備間上方設置2個淋浴用水箱。洗衣及廁所用水按常規設置1個1t水箱，由于空間限制，鐵路客車用的橢圓水箱尺寸過大，要保證容量不變，把該水箱設置成2000mm*1200mm*400mm 的方水箱，布置在通過臺上方。

2.2.2 車下污物箱設計 車下污物箱是用來收集車上淋浴及洗衣污水，根據50 人淋浴用水標準，一天產生污水約2t 左右，且車上配置3t 水箱，為了保持配重平衡，在車下枕內二位側配置3t 的污物箱，整體結構參照客車集便器污物箱，安裝1 個溫度傳感器，控制加熱管工作，當箱內溫度低于3℃時，加熱管開始工作，水溫上升到8℃后，加熱管停止工作，具有防止傳感器失效時的保護功能；各管及閥須采取防凍措施，保證能正常使用。

2.3 淋浴系統設計

2.3.1 淋浴系統工作原理 該淋浴系統主要由空氣能、電加熱水箱、熱循環泵、增壓泵及管路組成。為克服空氣能在高原低溫環境工作效率下降的弊端，采用電加熱水箱替代空氣能常規配置的冷水箱，通過單獨電氣柜自動控制，使空氣能和電加熱水箱相互輔助工作，當環境溫度底于5°C時，電熱水箱通電加熱制熱水；當環境溫度高于5°C時，空氣能熱泵主機啟動循環制熱水模式，對水箱里的水進行加熱，如熱泵主機工作1 個小時后，水箱中的水溫仍未能達到設定值53°C時，那么電控系統會自動跳轉接通電熱水箱繼續加熱工作，加速整個制熱水過程，實現循環供水，淋浴控制系統原理圖見圖2。

圖2 淋浴控制系統原理圖

2.3.2 淋浴系統的選型 考慮到高原環境下戶外作業溫差較大，且需要淋浴人員較多，為保證淋浴車保持在40℃左右。通過查閱相關資料，空氣能功率需不低于3匹，電加熱水箱功率不低于12kW。經綜合考慮，選擇格力空氣能（型號為KFRS-20ZM/C2S），巨浪電熱水箱（型號為BVE-120-12）。

2.4 生態廁所設計

生態廁所是指糞便排泄物采用微生物降解技術進行處理，糞便不需水沖、不向外排放。廁所廁具的糞便入口用活動閘板封堵起來，用來阻止人體排泄物臭味及封堵廁具洞孔，達到阻止臭氣外溢和避免產生視覺污染，進入處理器的糞便在微生物菌處理下，不會產生臭味外溢，免水沖，無須外接化糞池，負壓除臭，無二次污染。

本次采用的生態廁所是屬于車載式，直接安裝在車廂內部，無需懸掛在車下，尺寸為700mm*700mm*400mm，配置大便器、小便器、洗手池，可適用-30°C～50°C 的氣溫條件，日處理量達100 人次/天。該工作原理是利用微生物新陳代謝原理，將一定優化配置的降解菌種加入到菌床載體（鋸末或刨花等蓬松體）置入產品的主反應器中，當排泄物進入主反應器后經攪拌器工作使之與菌床充分混合，生長在載體上的好氧菌等有效菌種分別能產生蛋白酶、脂肪酶等，使排泄物分解成被微生物利用的低分子物質，降解微生物攝取這些低分子物質后將其轉化成二氧化碳（CO2）、水（H2O）等，以氣體形式分離出來排放到空氣中，無其他污染物排放，降解菌種還有專門消除臭味的微生物，保障空氣清新。

2.5 管路設計

通過管路改造，一位端設備間水箱的水供淋浴使用，二位端通過臺上方水箱供洗衣及廁所用水，水路原理圖見圖3。

圖3 水路原理圖

2.6 其他輔助功能設計

2.6.1 衛星天線選型 由于工作環境是高原地區，且在鐵路沿線，無法接入網線聯網看電視節目，要實現該功能，只能采用衛星天線。從歷年改造車中使用衛星天線發現，普通衛星天線在高原地區無法使用，接收信號較差，為此選用一款適用高原地區使用的衛星天線，型號為：AC200V 車載動中通V9 系列，經測試滿足使用要求。

2.6.2 健身器材配置 根據日常生活需求，在活動間配置綜合訓練器、動感單車、電動按摩椅、仰臥板、45kg啞鈴套裝、體脂稱等，合理布局，滿足日常健身需求。

3 電氣系統改造設計

3.1 整車電氣改造設計

①全車加裝AC380V 貫通線和本車交流支線，在車體兩端加裝連接器插座；取消車底、車端DC48V供電線管及線路；設置應急電源柜。

②安裝電加熱器：側走廊設嵌入式電加熱器4組；活動室設嵌入式電加熱器11 組；每個淋浴房更衣室內設單元式電加熱器1 組；衛生間設單元式電加熱器1 組；所有電加熱器分全暖半暖由照明電源柜內的電加熱器控制開關單獨控制。

③安裝空調機組：活動室兩端間壁上各設1.5P壁掛式空調1臺，主機安裝在車下，做好固定防盜。

④原車底電瓶箱取消，加裝應急電瓶箱。

⑤全車布線采用整體布線方式，符合《鐵道客車配線布線規則》。不同電壓制式電纜分開布線及穿管，并采取防鼠措施。

⑥活動間統一布設衛星電視配置衛星電視電源、信號線、配套自動天線機頂盒及電視，安裝位置在間壁上。

3.2 整車功率分配及線徑選擇

淋浴車需要供電的設備較多，主要有淋浴系統、空調、浴霸、電加熱器、車內照明燈，在客車供電三相平衡原則下，整車線路設計充分考慮整車功率分配及線徑選擇。依據《鐵路客車用電線電纜》（QC/R814-2021）標準、功率P=UI 及載流量Icorr=k1×k2×k3×k4×Icable，（Icable為參考載流量，Icorr為電纜使用時的載流量，k1：環境溫度系數，k2：敷設修正系數，k3：壽命折算系數，k4：工作制系數。）對整車線徑進行載流量核算，見表1 淋浴車三相功率分配及線徑載流量核算。

表1 淋浴車三相功率分配及線徑載流量核算

4 結論

25B型高原工務淋浴車的改造設計借鑒了國內先進淋浴系統技術、生態廁所技術，并充分考慮車輛運行條件、維修條件和使用習慣等因素，具備在高原環境下循環淋浴、廁所污染物零排放、健身、生活于一體等功能的特點，有效提升了工務沿線工人的生活質量。