地鐵車輛空調冷凝水庫內排放研究與設計優化*

鄭 輝

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，710043，西安∥高級工程師)

隨著我國城市軌道交通的不斷發展，作為地鐵車輛主要部件的車輛空調系統也獲得了較大的發展。目前，車輛空調冷凝水排水口位于車輪外側，冷凝水排至軌道外側后再流至檢修地溝，容易造成庫內地面積水現象，不利于庫內清潔保養。此外，積水處理不當還會影響運營生產作業安全。針對庫內冷凝水排放源頭進行分析，從冷凝水排放結構著手，提出了一種集中排放冷凝水方案。采用增設自動控制的方式將冷凝水存儲后進行有序排放，本研究可為后續場段工程設計提供技術優化參考。

1 地鐵車輛空調現有布置方式

目前，地鐵車輛空調一般采用集中單元式空調機組布置方式，空調機組安裝在車輛頂部位置，空調控制模塊位于車廂電器間?？照{機組出風口與車頂吊裝的均勻靜壓風道通過軟連接方式運行，均勻靜壓風道布置主要考慮車長方向因素，主風道布置在中間，靜壓腔和送風格柵布置在兩側?？照{回風主要從空調機組底部回風格柵進入機組，完成空氣循環回路。在進行制冷工作時，空調機組會產生大量冷凝水，如果不及時排放，冷凝水會通過風口和風道進入車廂內，進而影響乘客以及危害車內電氣設備安全，故需要及時將冷凝水排出空調機組外。

2 車輛空調冷凝水排放結構

地鐵每節車的車輛頂部約1/4和3/4位置處分別布設2臺空調機組。每個空調機組設有4個排水槽，通過這4個排水槽將空調機組的冷凝水排至車體雨檐，經車體雨檐導流至車輛端墻排水管，最后再排至車下，排水口位于車輪外側[1]。車輛空調冷凝水排水管布置示意圖如圖1所示。由圖1可知，車輛空調冷凝水的直接排放對鋼軌下放扣件有腐蝕性，進而會影響鋼軌的絕緣性。此外，當車輛運行至車輛段或停車場內的停車列檢庫時，空調冷凝水從排水口散排影響了庫內作業環境，不方便檢修人員作業，同時也增加了保潔人員的工作量和難度[2]。為解決車輛空調冷凝水從排水管出口任意流淌的問題，一般需要從工程設計方面考慮冷凝水的組織排放措施。

圖1 車輛空調冷凝水排水管布置示意圖

3 庫內冷凝水排放設計現狀

基于車輛空調系統布置，庫內冷凝水的排放設計主要有兩種：設置空調冷凝水水溝形式；設置排水坡度，將冷凝水導至檢查坑水溝內部。

3.1 空調冷凝水集水溝形式

3.1.1 連續型集水溝

考慮到車輛在庫內行駛時，空調冷凝水會持續不間斷地排放，且車輛存在停車誤差，因此將冷凝水集水溝設置為通長形式。連續型空調冷凝水集水溝平面布置示意圖如圖2所示。冷凝水水溝的一般尺寸為122 000 mm×300 mm(以B型車為例)，水溝內每隔30 m設置一處最低點，最低點與檢查坑內水溝通過排水管相連，將水溝內冷凝水導至檢查坑內集水溝[3]。

圖2 連續型空調冷凝水集水溝布置示意圖

3.1.2 斷開式集水溝

按照車輛冷凝水排放位置的不同，斷開式集水溝可分為兩種形式：

1) 相鄰集水坑合并式。主要用于將相鄰兩輛車的空調冷凝水集中至車輛貫通道處排放的情況，僅在空調冷凝水排水口區域下方設置空調集水坑?？紤]停車誤差等因素，空調冷凝水溝尺寸一般為550 mm×1 600 mm，1列位單側設置7個空調集水坑，兩側共計14個/列位空調集水坑。

2) 斷開式集水溝。1輛車的4個空調出水口下方均設置1個空調集水坑，其尺寸為300 mm×1 000 mm，按照6輛編組列車計算，兩側共設置24個空調集水坑，空調集水坑預埋暗管和檢查坑內集水地坑相連通。斷開式空調冷凝水集水溝布置示意圖如圖3所示。

圖3 斷開式空調冷凝水集水溝布置示意圖

上述兩種設置方式皆可，兩者的區別在于車輛空調冷凝水的布置方式不同，前者將相鄰兩輛車的空調冷凝水集中至車輛貫通道處排放，而后者的空調冷凝水就近排放。

采用冷凝水集水溝形式可將車輛冷凝水快速排至檢查坑內，且地面不易積水。但上述措施在具體實施時存在以下兩個問題：① 土建施工一般節點早于車輛招標，導致集水坑與空調冷凝水不對應情況，進而導致冷凝水不能有效排放至集水坑；② 庫內集水坑數量較多，影響地面美觀，且施工時容易造成預埋水管堵塞，后期維護成本較高。

3.2 兩側排水坡形式

在柱式/壁式檢查坑兩側設置冷凝水集水溝后將會造成工程投資成本增加，且后期維護成本也會有所提高，因此考慮將空調冷凝水自然排至檢查坑內水溝。考慮到空調冷凝水水量不大，且軌道兩側低地面因施工工藝原因存在地面不平現象，地面清潔保養時也會存在積水，故將兩側低地面向檢查坑方向的坡度設置為1%～3%[4]，檢查坑內水溝由中間設置改為兩側設置，寬度由1條寬為500 mm的集水溝改為2條寬為200 mm的集水溝?？照{冷凝水兩側排水坡布置方式示意圖如圖4所示。

圖4 空調冷凝水兩側排水坡布置方式示意圖

3.3 空調冷凝水排放使用現狀分析

現階段的空調冷凝水排放措施主要以工程措施為主，主要有排水溝和排水坡兩種形式。上述兩種空調冷凝水排放形式基本解決了冷凝水在庫內隨意散排的弊端，但排水溝和排水坡兩種方式在庫內地面美觀性、施工難度、維護清潔等方面存在一定問題，且會增加額外的工程投資。以廣州地區為例，該區域同時期有8個場段均采用斷開式集水溝排放形式，施工后發現實際存在以下困難：集水坑太小施工難度大、集水坑篦子使用一段時間后容易變形、集水坑預埋水管太小容易堵塞[5]。因此解決空調冷凝水排放需從車輛冷凝水排放結構上進行考慮。

4 冷凝水排放結構改進方案

4.1 空調冷凝水排水結構改進方案

分析既有車輛空調冷凝水排放結構可知，通過排水管將車輛頂部兩組空調機組中的8個冷凝水排水口連接匯集于車輛中部，再沿著車輛側壁結構引入車廂內座位底下設置的冷凝水儲水箱，水箱底部設排水管，排水管敷設在車體兩側?？照{冷凝水排水結構改進方案設計斷面如圖5所示。排水管上增設電磁控制閥，閥門受控于列車控制器，兩者通過硬線連接，電磁控制閥門出口接排水管延伸至車輛縱向中心線250 mm范圍，設置排水管出口高度與車輛底部最低點平齊。此外，增設冷凝水儲水箱接至頂部排水管，水箱容積按最長區間運行時，空調機組最大制冷排水量的兩倍考慮，水箱內設水位檢測器和溢流管，溢流管出口接入排水管。

圖5 空調冷凝水排水結構改進方案設計斷面

當地鐵車輛運行時，列車控制器控制冷凝水儲水箱出口的電磁控制閥關閉，地鐵車輛空調機組在工作時產生的冷凝水先通過排水管匯集排入冷凝水儲水箱中。當地鐵列車進站或進入場段停車列檢庫后，列車控制器發送制動停穩指令(速度為0)，同時發送信號控制冷凝水儲水箱出口的電磁控制閥打開，把儲水箱中的冷凝水排放至停車列檢列位鋼軌間的排水溝，避免了冷凝水排放滴落至鋼軌扣件及絕緣橡膠墊上的情況，較好地規避了腐蝕鋼軌扣件、破壞鋼軌絕緣性等情況，以及其對停車列檢庫內工作環境的影響。當列車啟動制動信號消失時(速度不為0)，列車控制器在發送取消制動信號的同時，控制冷凝水儲水箱出口的電磁控制閥關閉，冷凝水儲水箱繼續收集空調機組工作產生的冷凝水?？照{冷凝水排水結構改進方案流程圖如圖6所示。

圖6 空調冷凝水排水結構改進方案流程圖

4.2 冷凝水排放成本對比

空調冷凝水排水結構改進方案僅在原車輛設備上新增了冷凝水儲水箱、電磁閥門及若干控制電纜，改進后的排水管總長減少了約5 m，經成本測算，相關費用合計增加約2 000元/列(以地鐵B型車6輛編組為例)。為確定列車空調冷凝水排放的最優方案，從投資、檢修、美觀等多個方面對3種不同形式的排水方案進行對比，如表1所示。綜合對比分析，以一個40列位停車規模的車輛段為例，采用空調冷凝水排水結構改進方案的總投資最多能節省約72 萬元。此外，空調冷凝水排水結構改進方案具有不涉及大量的土建改造和施工、排水效果較好、后期維護量少、工程可實施性較強等優點。從工程施工難度、維護檢修工作量、庫內美觀方面而言，空調冷凝水排水結構改進方案更具有優勢，對后期運營影響最小。

表1 3種空調冷凝水排放優缺點對比Tab.1 Merits and demerits comparison of 3 types of air-conditioning condensate water discharge

5 結語

本文分析了現階段的地鐵車輛空調布置和冷凝水排水結構方案，對現階段停車列檢庫內設計所采取的兩種空調冷凝水排放方案進行了分析研究，主要獲得以下結論：

1) 現階段采取的排水溝和排水坡兩種冷凝水排放形式均對停車列檢庫內列檢人員和保潔人員作業造成一定的影響，存在庫內地面積水現象，通過土建措施的改進不能有效地解決排水問題，且對后期維護造成一定的困擾。

2) 通過在地鐵車輛上增設冷凝水水箱、電磁閥等設備可將冷凝水集中收集，同時對冷凝水排水管路進行改進。空調冷凝水排水結構改進方案在工程投資、維護保養成本、庫內環境美觀、檢修影響等方面均具有較大優勢。建議后續類似新建工程在地鐵車輛排放冷凝水設計時采用所提方案形式。