城市轨道交通车辆空调系统优化设计

城市轨道交通车辆空调系统优化设计

摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。我国城市

轨道交通发展十分迅速，但车内空气质量问题尤其是地下线路的空气环境问题还

未能引起人们足够的重视。我国轨道交通空调系统功能较为简单，制冷、制热和

通风等基本功能健全，但是对于线路内部，尤其是地下环境中的空气污染问题，

很难采取有效的措施进行排除。随着人们对空气质量要求的逐渐提高，人们对轨

道车辆的要求不再仅仅局限于车辆的安全性和稳定性，还要求这一城市交通不可

或缺的交通工具能为人们提供较好的舒适性，良好的空气质量等。本文就城市轨

道交通车辆空调系统优化设计展开探讨。

关键词：地铁空调通风系统；分区控制；舒适性

引言

对于城市轨道交通企业来说，如何提高服务质量，降低运营成本，进而提高

经营效率，成为亟待解决的问题。城市轨道交通车辆作为城市轨道交通系统的主

体部分，不但承载着运送乘客的职能，还要快捷、安全、舒适地将乘客运送到目

的地。城市轨道交通车辆空调通风系统主要作用就是使车厢内的温度、相对湿度、空气流动速度及清洁度保持在规定的范围内，在满足乘客舒适度要求上发挥着巨

大的作用。

1轨道交通通风空调系统的重要性

轨道交通空调系统在车辆运行过程中有着十分重要的作用，尤其是在人们追

求乘车舒适性的今天。空调系统不仅要调节人们乘坐空间的温度、湿度，还要对

空间内的空气品质进行相应的调控，让乘客在旅途中享有一个舒适的环境。另外，轨道车辆在地下空间运行过程中，可能遇到因故障终止运行的情况，此时轨道车

辆空调系统要为乘客提供足够的通风量，防止危害乘客人身安全的事故发生；车

辆遭遇火灾的情况下，轨道交通空调系统还要及时将空间内的浓烟排出，降低事

故的危害性；同时，随着地下轨道交通的大力发展，地下空间日趋复杂，地铁车

辆运行空间内的空气质量必须借助空调系统的发展而得到有效的调控。由此可以

看出，轨道交通的空调系统对于整个轨道交通的运行，都有着不可忽视的作用与

不可代替的地位。

2城市轨道交通通风空调系统结构布局

2.1城市轨道交通车辆空调结构布局分析

当前我国城市轨道交通车辆空调结构，依据送回风形式的不同可以分为4种，分别是双侧送风、回风型;双侧送风、底部双回风型;底部双侧送风、单回风型;单

侧送风、底部单回风型。下面就底部双侧送风、单回风型的城市轨道车辆空调结

构形式进行分析。该空调机组主要由3个功能区，分别是蒸发腔、压缩机腔、冷

凝腔组成。不同功能段的作用是不同的，具有冷却、送风、回风以及除湿的效果。送风机、冷凝风机、冷凝器、压缩机、蒸发器等部件处于机组的不同功能区。

2.2特点

（1）城市轨道交通空调系统的内部设置较为复杂，系统构成十分广泛，没有一步到位、直接操控的简化方式可使用，所以控制运行很不方便。（2）整个系

统的占地很大，能耗较高。系统不仅占用了大量的空间资源，更造成了空间浪费。较高的能耗与绿色环保、节约能源的现在社会发展主题相互对立，问题突出。（3）系统优化和技术创新，以及新产品、新技术、新工艺的应用方面进展缓慢；许多基础设备不能完全满足先进的系统要求。

3城市轨道交通车辆空调系统优化设计

3.1轨道列车空调分区系统设计要求

为满足不同乘客的舒适性要求并提高空调系统的可靠性，在设计轨道列车空

调分区控制系统时提出以下几点要求：（1）分区空调系统应具备良好的可视性

和操作性，方便司机及客服人员操作控制。（2）提高轨道车辆空调分区控制的

可靠性和安全性，尽量避免运行故障。另外，列车空调系统应能自动检测故障，

同时，司机室应具备显示空调故障代码的功能，方便在故障模式下采取应急措施。（3）为提高乘客舒适性，应通过对空调系统出风口、回风口以及出风口温度、

风速进行优化设计，精准控制车厢内温度分布。（4）车厢内设置多个温度传感器，能够实时监测车厢内温度分布情况，进而对空调系统实施主动控制和调节。（5）为实现车厢内温度精准的分区控制，需加大研究力度，并结合乘客对车厢

内温度要求的问卷调查及乘客出行规律，使列车空调系统实现动态调节，为乘客

出行营造更加舒适的车厢环境。（6）、屏蔽门及车厢内应有明确空调温度分布

指示牌，提醒乘客根据自身需要选择合适的乘坐区域。

3.2城市轨道交通车辆空调壳体三维参数化设计

3.2.1建立空调壳体的骨架模型

结合客户的要求，根据空调外型尺寸以及空调机组横截面形状对空调壳体的

骨架模型进行建立。依据客户提供的数据对顶面、底面宽度、最大高度、倾斜角

进行确定，并利用机组长度以及冷凝器长度对蒸发单位长度、冷凝单元长度进行

计算。对于送风和回风口需要与客户进行协商，最终确定。

3.2.2壳体三维模型的建立

壳体按功能段分为蒸发腔、压缩机腔、冷凝腔三大部分。壳体的最大特点是

基本上由钣金件组成，其连接方式为先铆接后焊接。

3.3火灾控制方案设计

轨道车辆空调的火灾控制方案设计通常分为车内火灾和车外火灾2种。当空

调机组收到列车网络发送的“车内火灾”模式信号时，本节车厢空调机组停止工作，此时回风阀、新风阀全关；当空调机组收到列车网络发送的“车外火灾”模式信号时，整列车空调机组新风阀关闭，压缩机、冷凝风机、通风机正常工作。当车内、车外突发火灾时，司机室操作屏显示相应的“车内、车外火灾”模式，司机及乘务

人员根据提示疏散乘客，以最大限度地保护车内乘客不受伤害。

4城市轨道交通通风空调系统发展的新趋势

4.1城市轨道交通通风空调多功能设备集成系统

多功能主要体现在地下空间的通风与空调系统进行有机的功能组合，还体现

在区间空调和车站空调系统的优化整合。另外，在新型集成系统中，还可将较为

先进的自动清洗空气滤芯、风机变频等新型技术应用在集成系统之中，让系统具

备更加先进和完善的功能。

4.2变频空调机节约能源

变频空调机的主要特点是高频降温、低频连续运转维持恒温、温度波动小。

变频空调机的节电正是由于低速连续小功率运转时具有高能效比，且减少了多次

开关造成的开关损耗，从而达到节能降耗作用。空调机压缩式制冷循环的原理在

几十年来未发生变化的情况下，空调机的节能分为3类：第一类是节能元件的选用，例如采用高效压缩机，采用高效的直流风机电机，直流风机电机效率提高了

近1倍；第二类是提高换热效率，例如采用浸水膜的铝箔，由于水不易形成水珠

堵塞风道而提高效率，采用带内螺纹铜管提高效率等；第三类是运行节能控制，