地铁车辆空调系统设计要点简析

地铁车辆空调系统设计要点简析

空调系统是地铁车辆的重要系统之一。文章以某地铁项目空调系统设计为基础，对地铁车辆空调系统设计要点进行分析，着重对空调负荷计算、客室空调机组设计、均匀送风道设计、废排设计、控制系统设计和紧急逆变系统等进行了阐述。

标签：地铁车辆；空调系统；设计要点

我国现代化城市交通迅速发展，城市轨道车辆已成为极为重要的运输工具。为乘客提供舒适的内部乘车环境是对城市轨道车辆的基本要求和重要指标。合理的空调系统设计才能使车厢形成均匀而稳定的温湿度场、风速场以及高洁净度，以满足人体热舒适性要求。本文以某实际项目车辆空调系统设计为基础，简要介绍其设计要点。

1 车辆概述和对空调系统的基本需求

1.1 车辆概述

我国南方某城市B型铝合金鼓形地铁车辆，4动2拖编组。

编组型式：+Tc*M*M=M*M*Tc+Tc：带司机室的拖车，M：具有动力的动车+全自动车钩；=半自动车钩；*半永久牵引杆额定载荷250人/辆。

车辆可在隧道、高架和地面线路上运行。

1.2 车辆空调系统的基本需求

（1）列车采用车体顶置单元式空调机组，具有预冷、预热、制冷、通风、采暖和紧急通风功能。额定工况下：当外界环境温度为35℃、相对湿度为70%时，车内温度不大于27℃，车内相对湿度不大于63%。制冷功率不小于37kW。（2）司机室设置一个独立的通风单元，通过风道从相邻的空调机组引入经过处理的空气，实现司机室的空气调节。（3）列车能对整列车的空调机组进行集中控制。（4）空调机组采用微机控制，可根据外界环境温度自动调节客室内温度，也可根据各自的温度控制器所设定的温度进行客室内温度控制。（5）当列车断电或辅助电源、空调控制器故障时，空调机组自动转为紧急通风模式，紧急通风不低于45min。当故障恢复正常后，系统自动恢复至正常运行模式。

2 空调系统的设计

地铁车辆空调系统设计的一般分为三部分：空调通风系统的设计、控制系统的设计、紧急逆变系统的设计，三个系统相辅相成，共同为乘客提供一个舒适的乘车环境。

2.1 空调通风系统设计

（1）根据列车运营条件（隧道排风井的位置）、空调设备的要求（如顶置式空调）确定具体的气流组织型式。（2）根据环境设计参数（车外温湿度、太阳辐射等）、舒适性参数（如车内温湿度、人均新风量等），进行空调负荷计算，确定空调机组的制冷量、总风量等参数。（3）确定了空调系统的气流组织型式、空调系统的基本参数后，即进行空调机组、送风道、废排等设备的设计。（4）进行司机室空调系统的设计。

2.1.1 气流组织。车辆空调系统常见的气流组织型式有前送下回式、前送侧回式、前送前回式和下送下回式等，根据车辆的结构，外部的限界形式等确定气流组织形式。本次研究的车辆选用前送前回的气流组织型式，该种型式具有送风均匀性好，车内噪声低，车内乘客舒适性更高等优点。

2.1.2 空调系统负荷计算。根据用户提供的基础计算参数（如气候条件、列车载客量、新风量、太阳辐射等）、车体几何尺寸、车体传热系数等，按照TB/T1957标准进行计算。通过计算确定空调机组的制冷量、风量等相关参数。空调制冷量、风量应适宜，不宜过大，因为地铁车辆预留给空调机组的空间有限，单纯提高制冷量、风量会给机组带来机械设计、压缩机选型、风机选型、噪声提高等诸多问题。经过计算，每辆车选用2台制冷量分别为37kW，新风量为1300m3/h，总风量为4000m3/h的空调机组即能满足需求。

2.1.3 客室空调机组的设计。空调机组主要分为单元式及分体式两种，单元式机组结构简单、易于安装和维护。分体式机组（冷凝单元和通风单元分开）结构及安装较复杂，但噪音相对较低。本车辆的空调机组采用顶置单元式，各零部件组装在机组构架内，主要部件有压缩机、蒸发器、冷凝器、通风机、冷凝风机、毛细管、回风及新风电动阀等。空调机组通过螺栓加减震器型式安装在车辆上，能有效抑制空调振动传递到车辆上。为响应国家节能减排号召，该车辆新风量可根据列车载客量进行自动调节。新风热负荷约占整个空调热负荷的40%左右，因此在保证舒适性的情况下，合理控制新风的进入量，是一种高效可靠的节能方式，尤其在车辆运营载客的非高峰期，节能显著。

2.1.4 均匀送风道设计。地铁风道的设计直接影响着空调系统的制冷（制热）效果、车内温湿度场、风速场以及车内噪声。目前地铁上较多采用的送风风道型式：条缝式静压均匀送风风道，网孔式送风风道和变截面式均匀送风风道等。本项目综合车辆的需求和成本等多方面因素考虑，选择采用条缝式静压均匀送风风道，该风道主要由主风道和静压风道组成，通过静压风道的条缝送风口向车厢内送风。为了保证满足人体热舒适性的要求，风道结构及车厢内的气流组织需进行CFD模拟计算，空调与风道的配套试验等，最终实现对车厢的均匀送风。

2.1.5 废排设计。废排的设计对空调通风系统影响比较大。若排风面积不足，排风量将偏小，车内压力过高，导致车门打开困难；若排风口面积过大，引入的新风量过多，则导致空调负荷增加、车内温度偏高等问题。本项目设置4个车顶

废排装置，利用车厢内正压将废气排出车外，结构简单易于维护，能满足排风量和车厢的10～50Pa压力的需求。废排在设计时进行了相关的CFD模拟计算、风量与车厢内压力的阻力特性试验和淋雨试验等，保证废排的性能满足车辆需求。

2.1.6 司机室空调系统设计。司机室的空调设计主要有两种模式：司机室空调和通风单元。司机室空调有独立的控制系统，制冷、制热效果好，司机可独立控制其温湿度。但造价偏高。因空调机组和控制板需要单独设置，造成司机室空间更加紧张且后期维护成本较高。通风单元内部只有通风机、電加热器和简单的控制系统，具有结构简单、重量轻、维护简便且费用较低等优点。但对司机室温度控制精度较差。本项目采用司机室通风单元的形式，通过控制引风量满足司机室舒适性，同时减少了设计、维护、检修成本，提高设备可靠性。