浅谈列车空调系统节能技术措施

浅谈列车空调系统节能技术措施
浅谈列车空调系统节能技术措施
摘要：随着我国基础设施建设规模的不断扩大，我国的轨道列车工程得到了飞速发展。

在大发展的背后是高能耗的代价，因此在当前能源紧张和可持续发展的情势下，有必要对列车空调系统进行节能设计。

本文即分析了我国列车空调的现状及存在的问题，并重点探讨了列车空调系统的节能技术措施。

关键词：列车空调；节能；变频；新风；制冷
中图分类号：TM925.12文献标识码： A
我国列车空调的现状及存在的问题
（一）我国列车空调的现状
目前，我国空调列车普遍采用车顶单元式空调机组。

近几年的应用实践表明，该空调机组基本上能满足夏、冬两季的供冷和供热要求，为旅客提供了比较舒适的乘车环境。

但是，很多长时间乘坐空调列车的旅客经常会出现头晕、气闷、喉咙干燥等不反应，因此降低了旅客对乘坐空调列车的满意程度。

这从一定程度上反映出列车空调的舒适性还不够好，需进一步提高。

另外据相关材料显示，在不同客室温度下，新风带来的显热和潜热占冷负荷的百分比为22.3%～36.0%。

由此可见，新风带来的显热和潜热占了空调装置冷负荷的很大一部分，列车空调的节能潜力还很大。

因此，舒适性列车空调系统及其节能途径的研究具有重要的社会和经济意义。

（二）我国列车空调系统存在的问题
1、列车通风系统设计不当
列车空调系统的送风末端多采用散流器、孔板送风或者侧送风。

并且目前很多空调列车通风量设计各不相同，风量较大的空调列车容易造成微风速超标，而风量较小的制冷效果又不好，达不到车厢内的温、湿度要求。

2、列车室内温、湿度控制不当
在很多空调列车的运行过程中，白天和夜晚、人多和人少时的送风量及送风参数基本不变，缺乏专业人员的管理，造成旅客普遍反映白天车内外温差大，而夜间车内又较冷，给人们的身体健康带来不利影响。

3、车厢内温度分布不均匀
这除与列车运行区间温度变化、车体的气密性能、车体材料的热工性能以及旅客上下车流动情况有关外，与空调实际的运行效果也有很大关系，尤其是卧铺车厢内上冷下热的现象尤为突出。

温度分布的不均匀和吹冷风感极大地影响了空调的舒适性，同时造成能耗的严重浪费。

4、新风量不足
很多长期乘坐空调列车的旅客经常会感到头晕、气闷、喉咙干燥等不良反映。

这从一定程度上反映出车厢内新风量不够，导致室内二氧化碳浓度和其他有害气体的浓度偏高而引起乘客胸闷和头晕等症状。

5、空调系统能耗大
我国目前使用的单元式空调机组的耗电量很大，每列客车均需配有专门的空调发电车以满足空调系统运行所需要的电力。

列车空调系统的要求及其实现
（一）列车空调系统的要求
我国列车空调参数要求为：夏季室外气温35℃时，车内应为23℃～27℃，最高不超过29℃，相对湿度为60%～70%；冬季室外气温- 15℃时，车内应为18℃～20℃，相对湿度30%～40%；并要求每位旅客应有20～25m3/h 新鲜空气，风速在0.2m/h左右，含尘量不大于1mg/m3，还要求尽量降低噪声，振动等有害因素。

列车空调系统只有满足铁路旅客列车空调参数要求，并且充分发挥各参数在提高空调舒适性方面作用，才能使列车空调系统成为真正的舒适性列车空调。

因此，舒适性列车空调系统还要求充分发挥各参数在提高空调舒适性方面作用: 送风温差和风速不宜过大，车厢内空气温度分布均匀，气流分布均匀，有足够的新风量并且有较高的换气效率和通风效率；合适的送风方式以减少扬尘等。

总之，舒适性列车
空调系统的要求，即对足够的新风量和良好的气流组织的要求。

（二）列车空调系统节能的实现
配合空调系统节能的要求，舒适性列车空调系统的三部分，空调机组系统、通风系统、空调控制系统可用以下方式实现。

空调机组系统，有独立的新风风机对满足舒适性要求的最小新风量进行控制，如图 1 所示。

图1空调机组系统原理图
通风系统车厢内气流组织部分，采用上送下回送风方式，且气流分布接近理想的活塞式送风，如图 2 所示。

空调控制系统，应实现恒温、恒湿、最小新风量、送风温差和压差控制，并采用微机控制系统以实现复杂、灵活的控制和多种运行模式的自动切换。

图2通风系统气流分布图
列车空调节能技术措施
（一）减少空调列车冷负荷
根据空调列车冷负荷的构成，为减少空调列车冷负荷，传统上都采取下列措施:
1、采用高性能保温材料，提高隔热壁的隔热性能，可降低经由车体隔热壁传入的热量；
2、采用具有反光性的车窗玻璃，并采用浅色的窗帘，可减少太阳辐射热。

3、采用低发热的电机，用日光灯替代白炽灯，采用保温性能良好的电热水器等，可降低车内设备的散热量。

4、采用密封风挡、集便器，进出客室注意关闭客室内端门，提高车厢的封闭程度，尽可能阻止外部热量渗入车内，可减少因车体密封不严而泄漏进入车内的热量。

（二）合理的控制新风量
目前，我国列车空调装置空气冷却系统的空气处理方式皆为再循环空气(回风)与新鲜空气(新风)冷却前一次混合的方式，新风与回风比一般固定为1∶3，这种新、回风比固定不变的模式，导致空调运
行不尽合理。

必须对其进行改进，以降低空调装置的负荷，从而有效的减少电能消耗，达到节能的目的。

空调车厢是密闭的，从卫生要求出发，空调车厢内每人必须保证有一定的新风量。

空调车厢所需新风量的大小主要是根据室内允许二氧化碳浓度来确定的。

我国空调车车内二氧化碳控制标准为:容积浓度小于或等于0.15%。

(新风量虽然是以二氧化碳浓度为指标，但它同时也考虑温湿度、臭气和粉尘等其它污染因素的影响。

而在列车上，温湿度、臭气和粉尘等因素影响相对较小，输入的新风量只要足以确保二氧化碳浓度在规定范围内即可，过大的新风量虽然会提高车厢内空气品质，但却是以能源消耗为代价的。

)对于冬、夏两季要合理地控制最小新风量就是要使车厢内二氧化碳浓度不超过允许值，又要不出现多余的新风。

而车厢内二氧化碳浓度又随旅客人数的变化而变化，因此有必要采用空调自动控制系统来监控车内空调自动控制系统的工作过程，如图3所示:
图3 空调自动控制系统工作过程图
由于扰量的作用，调节对象的调节参数发生改变，经过敏感元件测量并传给调节器，调节器根据调节参数与给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，使调节对象的调节参数保持在给定的规定偏差范围内。

这样一来，就能使提供的新风量与实际所需要的新风量基本吻合，不仅可以提高调节质量，而且还降低了冷、热量的消耗，节约了能源。

（三）变频技术在列车空调系统节能中的应用
1、列车空调制冷和通风系统的变频机理
空调机组的变频式能量调节是指用改变压缩机电动机供电频率
的方法，改变电动机转速，使压缩机产冷量与热负荷的变化达到最佳匹配。

就列车空调系统而言，存在运行工况稳定，能耗大，不能满足旅客舒适性要求等不足，如果采用变频调速系统(包括传感器、变频器和可编程控制器等)，就能在一定程度上缓解这些不足。

相比较家用空调器或大型中央空调机组而言，单元式列车空调机组安装于车顶，其运行环境随着列车奔驰于大江南北而不断的变化
着，并且在不停的运动着。

压缩机作为空调系统的“心脏”，其运行环境相当恶劣。

采用变频空调系统后，将对压缩机的运行、维护、保养有很大的收益。

（1）节能
压缩机的连续运行比频繁的启停运行耗能小，从而减小了发电车柴油机组的燃油量，节约了能量。

（2）启动电流小
一般电动机的启动电流是额定电流的5～7倍，对电网的冲击较大，采用变频调节时，实现了“软启动”，启动电流小，对电网的干扰小。

（3）延长使用寿命
变频后压缩机的大部分时间都在低于额定转速下连续运行，避免了频繁的启动和停机，大大减少了压缩机和电动机的机械冲击和电冲击，减少磨损，提高了运行可靠性，延长了寿命。

列车空调采用变频技术的节能优势
（1）列车空调应用变频技术将在很大程度上节约能耗，特别是在旅客运输的淡季，空调系统长期的低负荷运转将大大减少铁路车辆部门的运行成本，提高经济效益。

同时减轻了对大气的排放污染，符合环境可持续发展的要求。

（2）变频式列车空调系统能自动调节通风量和制冷剂流量，使车内温度保持恒定，改善了车内的空气环境，提高舒适性，更能适应市场竞争的需求。

（3）采用变频技术后，列车空调的制冷系统、通风系统及控制系统的运行环境得到改善，更能保证设备的安全运行，减轻了设备维修保养的劳动强度，节约维修费用。

（4）变频技术在列车空调系统中的应用潜力很大，但由于其运行的特殊性，在具体的改造中还会存在一定的困难。

如:怎样合理确定车内外设计参数来计算车内负荷，以便合理选择变频器的大小和设计可编程控制器程序等。

参考文献
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