地铁列车空调用制冷剂节能分析
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因此在广州地铁 2 号线的车辆设计中 ,全面考 虑 、比较了设备的重量 、列车辅助功率 、造价 、可靠 性 、运行时的能耗 、噪声等多方面因素 ,首次在国内 地铁车辆上选用了制冷剂 R407C。目前来说 ,它
Ξ 龙静 :广州地铁运营总部 ,工程师 ,广州 510380
·66 ·
© 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
0 1700
无 低
R407C - 43. 6
— 87. 3 4. 82
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2 替代物 R134a 和 R407C 的方案比选
R134a 是一种单一制冷剂 ,它的物性与 R12 十 分接近 。但在替代试验研究中表明 : R134a 替代 R12 后 ,制冷量下降 ,能耗比增加 ,必须采用改进的 压缩机才能降低能耗比 。同时 ,它的单位容积制冷 量小 ,必须加大压缩机的输出量 。然而 ,针对铁路 运输级而研发的压缩机十分有限 ,可供选用的全封 闭仅有螺杆式压缩机 。这也从设计上制约了制冷 压缩机的选用类型 。
R407C 是一种三元混合工质 ,它的组份 、分子 量等物理性质以及热力性质与 R22 十分相似 。相 比制冷剂 R22 ,R407C 的单位容积制冷量仅降低了 2 % ,其工作压力基本上与 R22 接近 (即蒸发压力 约低了 3 % ,冷凝压力仅上升了 5 %) 。
采用 R407C 后 ,可选用高效 、耐频繁启动的涡 旋式压缩机 。相对于螺杆式压缩机 ,其成本可减少 14. 4 万人民币 ,同时降低了噪声和振动 ,机组的重 量也可减轻约 408 kg 。这对于车辆的整车设计来 说也有着极大的效益 。更重要的是 ,由于能耗降 低 ,在 1 号线相同的运营模式下 ,将比采用 R134a 节能 。对于 6 节编组的一列车而言 ,若每台机组的 制冷量设计要求为 40 kW ,则每年可以减少列车空 调的耗电量达 104 万 kW·h 。这既节约了 26 %的 电能 ,又降低了运营成本 ,在长期运营中可以取得 极大的经济效益 。
近年来 ,混合制冷剂的研究有了进一步的发 展 。人们通过混合两种或两种以上的纯制冷剂而 得到具有优良热力性质并有节能效果的新制冷剂 。 目前在中国市场较实用的新型混合制冷剂有 R407C 和 R410A 。
考虑到 R410A 属于高压制冷剂 ,必须提高设 备的耐压性 。而对于列车空调的大功率制冷量要 求来说 ,除要增加设备的重量 、体积外 ,还必须考虑 常温下压力过高对列车运行安全的影响 。因此 ,从 目前的技术手段来说 ,它不适用于大功率的地铁列 车空调 。
© 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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城市轨道交通研究
2003 年
Analysis of Energy Saving Refrigerants in Vehicle Air - Conditioning System
cumstances. Keywords met ro , vehicle air - conditioning , ref rigerant s , energy saving
(收稿日期 :2002 - 10 - 15)
莫斯科将建成第一条单轨线路
莫斯科第一条单轨线路预计于 2003 年年底通车 。线路从植物园地铁站到季米烈杰夫地铁站 ,全长为 8. 5 km ,共设 12 个车站 ,站间距为 500～700 m 。线路的走向是经长期论证后确定的 。线路所经地区的公 交状况非常糟糕 。单轨的建设费用较为低廉 ,1 km 线路连带内部设施约为 1 400～1 600 万美元 ,而造 1 km 地铁要 7 000 万美元 。与难以从债务中自拔的地铁不同 ,单轨的建设费用在运行 5 年后可以得到回 收 。如果单轨交通能象现在的公交一样从预算中得到补贴 ,其乘车票价是 8～10 卢布 (按照 2002 年价 格) 。俄罗斯单轨交通的未来命运取决于这条线路的经济状况 。
The aut hor analyses t he difference in energy consumption between cold - producing medium R134a and
R407c , and finds out R407c is a better environmental - protection ref rigerant which can meet particular cir2
1 可能的替代物及特点
地铁车辆通常采用单元式空调机组 。对其设 备研究和开发的目标是 :实现环保 、高效节能 、减少 体积 ,达到低能耗 、低噪声和提高可靠性 。由于机 组制冷是通过制冷剂在系统中的循环流动而借助 制冷剂自身热力状态变化与外界发生能量交换来 实现 ,因此制冷剂的性质直接影响循环的技术经济 指标 ,而且与制冷装置的特性及运行管理也有密切 的关系 。R22 由于热力性质优越 ,被广泛应用在铁 路车辆空调上 。这种中压中温制冷剂的蒸发压力
L ong Jing ( Guangzhou Metro Corporation , Guangzhou 510380)
Abstract Following t he develop ment of urban mass t ransit , requirement s are enhanced for t he design of
和冷凝压力适中 ,而且单位容积制冷量较大 (相比 R12 大了 50 %左右) 。然而 R22 的热力性质虽优 越 ,但按照《蒙特利尔协议》, HCFC 类制冷剂只能 作为过渡性制冷剂 ,并要求发展中国家在 2040 年 前停止使用 。
可应用于常规制冷空调蒸发温度范围的有 3 种流体的天然制冷剂 ,即氨 、二氧化碳 、碳氢化合 物 。这三者中 ,氨有着良好的热力性质 ,但目前用 于压缩机和电机的材料不能和氨兼容 ,且其微小泄 漏的气味难以被接受 ;二氧化碳则需找到一种可以 在接近或超过临界点完成功耗运行的适当方法 ,是 否能用在轨道车辆上还有待于试验研究 ;碳氢化合 物却因易燃易爆的特性 ,暂不予以考虑 。因此 ,从 目前的技术手段来说 ,这 3 种制冷剂还不适用于轨 道车辆 。
城市轨道交通研究
2003 年
来自百度文库
地铁列车空调用制冷剂节能分析
Ξ
龙 静
摘 要 随着城市轨道交通的发展 ,对列车空调的设 计要求也在提高 。设计中不但要遵从《蒙特利尔协议》的规 定 ,考虑温室效应和臭氧层破坏问题 ,还要考虑长期运营的 能耗 、节 能 要 求 。分 析 了 作 为 替 代 R22 的 两 种 制 冷 剂 (R134a 和 R407C) 在能耗方面的差异 。R407C 具有节能优 势。
虽然中国作为第三世界国家 ,经济还处于发展 之中 ,但在广州地铁 1 号线建设初期已着眼于环保 问题 ,在地铁车辆设计中首次选用了对环境较为友 好的 R134a 制冷剂 。其热力性质接近 R12 。然而 在实际运用中却发现 ,R134a 的制冷效果较慢且能 耗较大 。从 1 号线车辆的能耗试验中可以看到 ,一 列车的空调设备在广州夏季环境下 ,每分钟要消耗 电能 1. 0～1. 5 kW·h 。按每日运营 18 h 、开行往返 对数 140 趟计算 ,夏季时段每天列车空调机组的用 电量约占列车总耗电量的 25 % ,而全年列车空调 设备的用电量则达 3. 99 ×106 kW·h 。此外 ,从运 营效益的角度来看 ,还应考虑工质节能的问题 。
vehicle air - conditioning system , which has , not only to follow t he Mont real Protocol for t he consideration of
global warming effect and ozone depletion , but also to consider t he energy consumption and energy saving.
R12
R134a
R22
- 29. 8
- 24. 1
- 40. 8
- 157. 8
- 96. 6
- 160
112. 2
101. 1
96. 1
4. 12 0. 9～1
4. 07 0
4. 98 0. 055
8500 无
1600 无
1900 无
无
无
低
R410A - 52. 7 - 155 72. 5 4. 95
关键词 地铁 ,列车空调 ,制冷剂 ,节能
随着国内城市轨道交通事业的迅猛发展 ,地铁 列车的设计水平和要求也更高了 。为了提供舒适 的乘车环境 ,车辆就必须配备大功率的空调设备 。 车辆空调系统不仅关系到乘客的舒适 、安全性 ,而 且直接影响投资和运营成本 。同时 ,随着人们对生 存环境的不断认识和发现 ,也必须及时利用新技术 来调和发展与环境的矛盾 ,采用新技术来控制和减 少空调装置对“环境的负荷”,达到能源的有效利用 和环境保护相统一 。所以 ,分析研究和解决车辆空 调环保 、节能问题是发展地铁交通的重要课题之 一。
第 2 期 是一种热力性质高 、安全性好 、节能效果佳的制冷
学术专论
剂 。几种制冷剂的性能指标比较见表 1 。
性能指标 标准沸点/ ℃ 凝固温度/ ℃ 临界温度/ ℃ 临界压力/ MPa ODP( R11 = 1. 0) GWP (CO2 = 1) 可燃性 毒性
表 1 不同制冷剂的性能指标比较
单轨客运系统的基本技术性能 : (1) 最大客流量 ,7 000 人/ h/ 单向 ; (2) 列车编组数 ,6 节 ; (3) 车辆的长 、宽 、高分别为 34. 5 、2. 3 、3. 3 m ; (4) 平均速度 ,40 km/ h ; (5) 控制系统工作方式分为自动 、半自动 、手动 、诊断 ; (6) 列车操作系统分调度 员操作系统 、车站操作系统 、自动管理操作系统 ; (7) 高架桥支柱间距 ,30 m ; (8) 主道最小平面弯曲半径 , 25 m ; (9) 最大坡度 ,7 % ; (10) 车辆以 40 km/ h 运行时 25 m 外噪声水平 ,65 dB ; (11) 25 m 外无线干扰和电 磁辐射情况不发生 。 车辆技术性能 : (1) 电动车组车厢数量 ,2～10 节 ; (2) 列车长度 ,15～55 m ; (3) 列车空车质量 ,14～58 t ; (4) 车厢坐位 数量中部车厢 8 个 ,头尾车厢各 6 个 ; (5) 密度为 5 人/ m2 时每车厢载客量 ,34 人 ; (6) 密度为 5 人/ m2 时列 车载客总量 ,64～336 人 ; (7) 列车最大速度 ,16. 7 m/ s(60 km/ h) ; (8) 额定加速 (制动) 性能 ,1 m/ s2 ; (9) 运 行环境温度 , - 40～ + 40 ℃; (10) 运行期限 ,20 年 ; (11) 牵引动力 ,异步直线电机 ,感应构件置于动力车上 , 次级构件置于行梁上 ; (12) 单电机牵引力 ,750 kg ; (13) 供电电压 ,直流 (600 ±60) V ; (14) 电接触形式 ,车 辆下部 ,两个电触轮及车轮接地 ; (15) 消防保障有火灾状况控制系统 、自动灭火装置 、灭火器 。
对于混合制冷剂 ,泄漏问题是必须加以考虑 的 。由于目前的列车空调设计基本采用全封闭的 制冷循环系统 ,加之近年来焊接技术和工艺的大大 提高 ,很大程度上避免了制冷剂泄漏的问题 。
3 结语
从我国城市交通发展的角度出发 ,地铁列车空 调采用环保工质势在必行 ,而采用天然工质在技术 上还有困难 。虽然 R134a 和 R407C 仍是一种过渡 性的制冷剂 ,且对环境较友好 ,在物理 、热力性质方 面较相似 ,但相对于现有的替代物来说 , R407C 更 具有节能的优势 。它是目前最适宜于新设计的地 铁列车空调机组或原采用 R22 的列车空调机组改 造而选用的制冷剂 。
Ξ 龙静 :广州地铁运营总部 ,工程师 ,广州 510380
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R407C - 43. 6
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2 替代物 R134a 和 R407C 的方案比选
R134a 是一种单一制冷剂 ,它的物性与 R12 十 分接近 。但在替代试验研究中表明 : R134a 替代 R12 后 ,制冷量下降 ,能耗比增加 ,必须采用改进的 压缩机才能降低能耗比 。同时 ,它的单位容积制冷 量小 ,必须加大压缩机的输出量 。然而 ,针对铁路 运输级而研发的压缩机十分有限 ,可供选用的全封 闭仅有螺杆式压缩机 。这也从设计上制约了制冷 压缩机的选用类型 。
R407C 是一种三元混合工质 ,它的组份 、分子 量等物理性质以及热力性质与 R22 十分相似 。相 比制冷剂 R22 ,R407C 的单位容积制冷量仅降低了 2 % ,其工作压力基本上与 R22 接近 (即蒸发压力 约低了 3 % ,冷凝压力仅上升了 5 %) 。
采用 R407C 后 ,可选用高效 、耐频繁启动的涡 旋式压缩机 。相对于螺杆式压缩机 ,其成本可减少 14. 4 万人民币 ,同时降低了噪声和振动 ,机组的重 量也可减轻约 408 kg 。这对于车辆的整车设计来 说也有着极大的效益 。更重要的是 ,由于能耗降 低 ,在 1 号线相同的运营模式下 ,将比采用 R134a 节能 。对于 6 节编组的一列车而言 ,若每台机组的 制冷量设计要求为 40 kW ,则每年可以减少列车空 调的耗电量达 104 万 kW·h 。这既节约了 26 %的 电能 ,又降低了运营成本 ,在长期运营中可以取得 极大的经济效益 。
近年来 ,混合制冷剂的研究有了进一步的发 展 。人们通过混合两种或两种以上的纯制冷剂而 得到具有优良热力性质并有节能效果的新制冷剂 。 目前在中国市场较实用的新型混合制冷剂有 R407C 和 R410A 。
考虑到 R410A 属于高压制冷剂 ,必须提高设 备的耐压性 。而对于列车空调的大功率制冷量要 求来说 ,除要增加设备的重量 、体积外 ,还必须考虑 常温下压力过高对列车运行安全的影响 。因此 ,从 目前的技术手段来说 ,它不适用于大功率的地铁列 车空调 。
© 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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城市轨道交通研究
2003 年
Analysis of Energy Saving Refrigerants in Vehicle Air - Conditioning System
cumstances. Keywords met ro , vehicle air - conditioning , ref rigerant s , energy saving
(收稿日期 :2002 - 10 - 15)
莫斯科将建成第一条单轨线路
莫斯科第一条单轨线路预计于 2003 年年底通车 。线路从植物园地铁站到季米烈杰夫地铁站 ,全长为 8. 5 km ,共设 12 个车站 ,站间距为 500～700 m 。线路的走向是经长期论证后确定的 。线路所经地区的公 交状况非常糟糕 。单轨的建设费用较为低廉 ,1 km 线路连带内部设施约为 1 400～1 600 万美元 ,而造 1 km 地铁要 7 000 万美元 。与难以从债务中自拔的地铁不同 ,单轨的建设费用在运行 5 年后可以得到回 收 。如果单轨交通能象现在的公交一样从预算中得到补贴 ,其乘车票价是 8～10 卢布 (按照 2002 年价 格) 。俄罗斯单轨交通的未来命运取决于这条线路的经济状况 。
The aut hor analyses t he difference in energy consumption between cold - producing medium R134a and
R407c , and finds out R407c is a better environmental - protection ref rigerant which can meet particular cir2
1 可能的替代物及特点
地铁车辆通常采用单元式空调机组 。对其设 备研究和开发的目标是 :实现环保 、高效节能 、减少 体积 ,达到低能耗 、低噪声和提高可靠性 。由于机 组制冷是通过制冷剂在系统中的循环流动而借助 制冷剂自身热力状态变化与外界发生能量交换来 实现 ,因此制冷剂的性质直接影响循环的技术经济 指标 ,而且与制冷装置的特性及运行管理也有密切 的关系 。R22 由于热力性质优越 ,被广泛应用在铁 路车辆空调上 。这种中压中温制冷剂的蒸发压力
L ong Jing ( Guangzhou Metro Corporation , Guangzhou 510380)
Abstract Following t he develop ment of urban mass t ransit , requirement s are enhanced for t he design of
和冷凝压力适中 ,而且单位容积制冷量较大 (相比 R12 大了 50 %左右) 。然而 R22 的热力性质虽优 越 ,但按照《蒙特利尔协议》, HCFC 类制冷剂只能 作为过渡性制冷剂 ,并要求发展中国家在 2040 年 前停止使用 。
可应用于常规制冷空调蒸发温度范围的有 3 种流体的天然制冷剂 ,即氨 、二氧化碳 、碳氢化合 物 。这三者中 ,氨有着良好的热力性质 ,但目前用 于压缩机和电机的材料不能和氨兼容 ,且其微小泄 漏的气味难以被接受 ;二氧化碳则需找到一种可以 在接近或超过临界点完成功耗运行的适当方法 ,是 否能用在轨道车辆上还有待于试验研究 ;碳氢化合 物却因易燃易爆的特性 ,暂不予以考虑 。因此 ,从 目前的技术手段来说 ,这 3 种制冷剂还不适用于轨 道车辆 。
城市轨道交通研究
2003 年
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地铁列车空调用制冷剂节能分析
Ξ
龙 静
摘 要 随着城市轨道交通的发展 ,对列车空调的设 计要求也在提高 。设计中不但要遵从《蒙特利尔协议》的规 定 ,考虑温室效应和臭氧层破坏问题 ,还要考虑长期运营的 能耗 、节 能 要 求 。分 析 了 作 为 替 代 R22 的 两 种 制 冷 剂 (R134a 和 R407C) 在能耗方面的差异 。R407C 具有节能优 势。
虽然中国作为第三世界国家 ,经济还处于发展 之中 ,但在广州地铁 1 号线建设初期已着眼于环保 问题 ,在地铁车辆设计中首次选用了对环境较为友 好的 R134a 制冷剂 。其热力性质接近 R12 。然而 在实际运用中却发现 ,R134a 的制冷效果较慢且能 耗较大 。从 1 号线车辆的能耗试验中可以看到 ,一 列车的空调设备在广州夏季环境下 ,每分钟要消耗 电能 1. 0～1. 5 kW·h 。按每日运营 18 h 、开行往返 对数 140 趟计算 ,夏季时段每天列车空调机组的用 电量约占列车总耗电量的 25 % ,而全年列车空调 设备的用电量则达 3. 99 ×106 kW·h 。此外 ,从运 营效益的角度来看 ,还应考虑工质节能的问题 。
vehicle air - conditioning system , which has , not only to follow t he Mont real Protocol for t he consideration of
global warming effect and ozone depletion , but also to consider t he energy consumption and energy saving.
R12
R134a
R22
- 29. 8
- 24. 1
- 40. 8
- 157. 8
- 96. 6
- 160
112. 2
101. 1
96. 1
4. 12 0. 9～1
4. 07 0
4. 98 0. 055
8500 无
1600 无
1900 无
无
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低
R410A - 52. 7 - 155 72. 5 4. 95
关键词 地铁 ,列车空调 ,制冷剂 ,节能
随着国内城市轨道交通事业的迅猛发展 ,地铁 列车的设计水平和要求也更高了 。为了提供舒适 的乘车环境 ,车辆就必须配备大功率的空调设备 。 车辆空调系统不仅关系到乘客的舒适 、安全性 ,而 且直接影响投资和运营成本 。同时 ,随着人们对生 存环境的不断认识和发现 ,也必须及时利用新技术 来调和发展与环境的矛盾 ,采用新技术来控制和减 少空调装置对“环境的负荷”,达到能源的有效利用 和环境保护相统一 。所以 ,分析研究和解决车辆空 调环保 、节能问题是发展地铁交通的重要课题之 一。
第 2 期 是一种热力性质高 、安全性好 、节能效果佳的制冷
学术专论
剂 。几种制冷剂的性能指标比较见表 1 。
性能指标 标准沸点/ ℃ 凝固温度/ ℃ 临界温度/ ℃ 临界压力/ MPa ODP( R11 = 1. 0) GWP (CO2 = 1) 可燃性 毒性
表 1 不同制冷剂的性能指标比较
单轨客运系统的基本技术性能 : (1) 最大客流量 ,7 000 人/ h/ 单向 ; (2) 列车编组数 ,6 节 ; (3) 车辆的长 、宽 、高分别为 34. 5 、2. 3 、3. 3 m ; (4) 平均速度 ,40 km/ h ; (5) 控制系统工作方式分为自动 、半自动 、手动 、诊断 ; (6) 列车操作系统分调度 员操作系统 、车站操作系统 、自动管理操作系统 ; (7) 高架桥支柱间距 ,30 m ; (8) 主道最小平面弯曲半径 , 25 m ; (9) 最大坡度 ,7 % ; (10) 车辆以 40 km/ h 运行时 25 m 外噪声水平 ,65 dB ; (11) 25 m 外无线干扰和电 磁辐射情况不发生 。 车辆技术性能 : (1) 电动车组车厢数量 ,2～10 节 ; (2) 列车长度 ,15～55 m ; (3) 列车空车质量 ,14～58 t ; (4) 车厢坐位 数量中部车厢 8 个 ,头尾车厢各 6 个 ; (5) 密度为 5 人/ m2 时每车厢载客量 ,34 人 ; (6) 密度为 5 人/ m2 时列 车载客总量 ,64～336 人 ; (7) 列车最大速度 ,16. 7 m/ s(60 km/ h) ; (8) 额定加速 (制动) 性能 ,1 m/ s2 ; (9) 运 行环境温度 , - 40～ + 40 ℃; (10) 运行期限 ,20 年 ; (11) 牵引动力 ,异步直线电机 ,感应构件置于动力车上 , 次级构件置于行梁上 ; (12) 单电机牵引力 ,750 kg ; (13) 供电电压 ,直流 (600 ±60) V ; (14) 电接触形式 ,车 辆下部 ,两个电触轮及车轮接地 ; (15) 消防保障有火灾状况控制系统 、自动灭火装置 、灭火器 。
对于混合制冷剂 ,泄漏问题是必须加以考虑 的 。由于目前的列车空调设计基本采用全封闭的 制冷循环系统 ,加之近年来焊接技术和工艺的大大 提高 ,很大程度上避免了制冷剂泄漏的问题 。
3 结语
从我国城市交通发展的角度出发 ,地铁列车空 调采用环保工质势在必行 ,而采用天然工质在技术 上还有困难 。虽然 R134a 和 R407C 仍是一种过渡 性的制冷剂 ,且对环境较友好 ,在物理 、热力性质方 面较相似 ,但相对于现有的替代物来说 , R407C 更 具有节能的优势 。它是目前最适宜于新设计的地 铁列车空调机组或原采用 R22 的列车空调机组改 造而选用的制冷剂 。