国内外铁道车辆空调的发展现状

国内外铁道车辆空调的发展现状研究我国铁路客车空调的发展现状及改进探讨1.我国铁路客车空调的现状我国客车空调起步较晚。在无强迫通风客车及空调客车以前，客车通风只能处于自然通风状态，夏季是靠开窗、车顶风扇及自然通风器进行换气，冬季则全靠自然通风器换气，所以车内空气品质极差。自从20世纪80年代开始，铁路空调才得以迅速发展，目前我国铁路客车普遍采用车顶单元式空调机组。通过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，为旅客提供了舒适的乘车环境。但与世界先进国家相比，无论是技术还是工艺方面，我国铁路客车空调仍然处于相对落后状态。通过调查分析，总结出以下几个方面：a）客车通风系统设计不当。目前很多空调客车通风量各不相同，风量较大的空调客车造成微风速超标，而风量小的制冷效果又不好，达不到车厢内的温、湿度要求。这些都影响了旅客的舒适性，并造成了不必要的能量浪费。

b）客车室内温、湿度控制不当。车厢内温、湿度控制不当是旅客抱怨较多的一个问题。在很多空调客车的运行过程中，白天和夜晚的送风量基本保持不变，造成旅客夜间普遍反映较冷而不能休息。这种情况是由于空调系统供冷量与室外气候的变化和车厢内热、湿负荷的变化不相适应造成的。c）新风量不足。新风量不足直接导致了旅客对室内空气品质（IAQ）的不满意。很多长期乘坐空调客车的旅客反映经常会感到头晕、气闷、喉咙干燥等不良症状。这些大都是由于车厢内空气品质较差而引起的。究其原因，是因为车厢内新风量不足。这与客车空调的系统设计及运行管理有关。d）空调系统能耗大。目前使用的单元式空调机组的耗电量很大。以编组18辆全列空调客车为例，其中硬座7辆，软卧1辆，其余为硬卧。空调发电车平均发电量700kW，空调耗电几乎占总发电量的50%，单机能效比只有2.0左右。因此每列客车均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，空调发电车油耗高直接导致运营的经济效益下降。e）氟里昂制冷剂的禁用问题。氟里昂蒸汽压缩机组的客车空调装置中。但该系统存在着致命的弱点，即它所采用的工质氟里昂危害大气中的臭氧层，是一种受环保限制的工质。此外，氟里昂价格较高，在客车空调运行和检修过程中氟里昂的泄漏使得客车运行和维护成本增加。因此，这种制冷装置的工质替代和换型是大势所趋2.诱导空调系统的应用探讨2．1诱导空调系统的原理诱导器系统是一种半集中式空调系统。图1是诱导器系统的原理图。经过集中处理的空气（一次风）由风机送入车厢内的诱导器中，诱导器是分设于车厢内的局部设备（或称末端装置）。它由静压箱、喷嘴和消声材料等组成。一次风进入诱导器的静压箱，经喷嘴后以高速射出（20-30m/s）由于喷出气体的引射作用，在诱导器内造成负压，室内空气（即回风，又称二次风）被吸入诱导器，一、二次风相混合后由诱导器风口送出。送入诱导器的一次风通常是新风，在必要时也可使用部分回风。诱导器的性能指标之一是诱导比，诱导比按下式计算（参见图1所示）：对于一定结构的诱导器，在一定的风量范围内n为定值。2．2铁路客车的诱导空调系统2．2．1空调系统的组成铁路客车诱导空调系统采用空气冷源和诱导器送风。该系统结构十分简单，运行可靠性大大优于目前的单元式空调系统。其中，空气冷源的获得是另一个研究问题，相关技术比较成熟，在列车上的应用也引起了人们的关注[4]。在文本中，笔者重点讨论诱导空调系统，其结构如图2所示。该系统的制冷装置采用空气作为制冷工质，空气制冷机组采用让压缩空气在透平膨胀机内膨胀作功，对外输出功率的方法来获得低温空气，用作诱导器的一次风。在图2的空调系统中，末端装置采用图1所示的全空气诱导器系统。采用这种系统时，室内所需的冷负荷全部由空气（一次风）承担。它通过诱导车厢内的空气（二次风），达到增大送风量和减小送风温差的作用，可减少旅客由于送风温差过大而产生的抱怨。同时，也可在诱导器装置内加电热器以适应室内负荷变运的需要，对于因人员密集而室内热湿比较小的铁路客车比较适用。该系统分为运动部件、供气管路、控制系统、电加热器及送风末端装置（诱导器）5个部分。其中控制系统可考虑与其他系统如照明系统、消防安全系统等共同由每节车厢的微机甚至单片机来控制，构成无人值守型的车厢，降低运行费用，提高安全可靠性。2．2．2诱导器系统铁路客车诱导器可采用顶置式散流型诱导器（图3）和下置式诱导器。应用前者可不改变现有车厢风道结构和送风方式。由于铁路客车运行时间和区间长，人员活动情况变化较大（白天散热负荷明显大于夜间散热负荷）。因此，可考虑采用变风量诱导装置，即在诱导系统的一次风口或二次风口处安装风量调节阀门，通过车厢内的温控器进行控制和调节，以保证车厢内的温、湿度要求，达到舒适和节能的目的。这是进一步研究的课题。3.诱导空调系统的应用前景采用如图2所示的空气调节系统后，可改善目前铁路客车上采用单元式空调机组所带来的一系列问题。它具有以下优点：a）该系统采用空气作为制冷工质，避免了氟里昂机组工质泄漏造成的环境污染和维护保养问题。b）车厢与外界环境之间只用压力调节器联通，用于向外界排出部分废气，如图2中10所示，故车厢可实现近拟的全封闭。这样，可以保持车内温度和对外界一定的正压力，防止风沙进入，可解决列车提速后经过隧道产生的压力波动和噪声影响，提高快速列车乘坐的舒适性。c）该系统使用的压力空气由机车提供或来自各车厢安装的压气机，管路布置比较简单。特别是提速后采用的大马力机车和电力机车拖动，安装合乎要求的压气机应该不成问题，而且可以不需要专门的空调发电车。d）末端装置采用诱导器送风，可大大减少处理的空气量，空气处理设备减小，可取消回风管道，通风机耗电量也相应减少，有利于节约客车空调能耗，降低运行成本。e）该系统结构较单元式空调机组简单，可将空气制冷机组安装在车厢下以节省客车空间，降低车辆重心，提高客车运行速度和平稳性。

二、国外铁道车辆空调的发展 在日本,最初在铁道车辆上安装空调是在当时的特快列车上，用以调节车厢内的温、湿度，以提高乘坐舒适度,至今已有50多年的历史。当时,开发有各种各样的空调，但直到1964年东京奥运会开幕之前，才在东海道新干线整列车上安装空调装置，当时将空调安装在车顶，近来，随着列车的高速化，空调几乎都安装在车辆地板下。日本东武铁道100系新型特快列车专用的新型空调系统：为了在一年四季都不使空调机闲置，采用热泵式空调机，并装用了变压变频能童调节装置，以便根据空调负荷精确地调节空调机的能量。这种热泵可在-20℃的情况下起动、运转。另外，为弥补低温时的能量不足，以及在梅雨期进行除湿时不致过冷，空调装置内还安装了PTC加热器。1970年起，通勤车上也开始安装空调，从而大大