机车车辆空气调节系统 第3部分：能源效率 征求意见稿

1GB/TXXXX.3—XXXX机车车辆空气调节系统第3部分：能源效率本文件规定了机车车辆空气调节系统能耗的计算、测量和/或验证方法，在满足GB/T44409.2中定义的舒适性前提下，对空气调节系统能耗进行仿真、计算、测量和验证。本文件适用于乘客区域空气调节系统，司机室空气调节系统可参考使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T44409.1机车车辆空气调节系统第1部分：术语与定义GB/T44409.2机车车辆空气调节系统第2部分：舒适度3术语和定义GB/T44409.1界定的术语和定义适用于本文件。4列车模式4.1概述以下4.2至4.5列车模式是与列车和空气调节系统运行模式相关的不同运行状态。4.2服务模式(TISM)服务模式下，列车商业载客运营中，列车处于运行或静止状态，且空气调节系统在自动模式下运行。4.3准备进入服务模式（TRSM）准备进入服务模式下，列车内无乘客，且空气调节系统在自动模式下运行。该模式主要包含但不局限于下列情况：——列车在两次商业运营之间等待时段；——列车车门关闭，停在终点站；——列车在停车场和终点站之间运行。当列车在终点站进行清洗时，也归类为此模式。2GB/TXXXX.3—XXXX4.4预调节模式(PCM)预调节模式是列车运行在预冷或预热模式下，使内部温度降低或升高至规定的温度。此模式为可选模式。4.5停放模式（PM）停放模式是列车不运行且车内无乘务人员和乘客，空气调节系统在较低的温度和气流速度下运行，或关闭以减少噪音和能耗，主要为了列车防冻，将车内温度保持在合理范围内。此模式为可选模式。4.6不同列车模式的运营时间段和小时数每种列车模式的运行时间段和运行小时数宜从表1中选取，车辆类别定义应符合GB/T44409.2的规定。表1运行时间段和运行小时数//5规范5.1概述列车空气调节系统的能耗可通过在运营的列车上测量获得，测试周期应包括完整的年度循环，或至少包括一年中可代表季节性特征的几次完整单日循环。这种方法耗时且昂贵，结果重复性差。此外，模拟空气调节系统能耗测试的瞬态条件非常困难。因此，空气调节系统能耗预测宜采用其他方法，本文件以运行点的功率、年运行小时数、加权系数的乘积之和计算空气调节系统的能耗。本文件定义一个稳态运行点矩阵来表示年度气候和运行条件。不同的列车运行区域定义不同的运行点，每个运行点包含外部空气温度、相对湿度、乘客热负荷、等效太阳辐射强度、列车运行速度等要素，其中所有运行点的列车运行速度均定义为零。收集代表当地天气的气象数据，并根据每3GB/TXXXX.3—XXXX种列车模式和列车类别进行分类。根据收集到的气象数据，计算各工作点的年运行小时数和加权系数，估算空气调节系统的年度总能耗。各运行点的空气调节系统能耗，应选择下列一种方法进行计算和验证：——在气候试验室中测量（方法一）；——在室外环境中测量，例如在车辆段或站线，对静止停放的列车进行测量(方法二)。5.2方法5.2.1概述应根据列车运行区域的气候特征选择运行点。乘客热负荷应由人或符合GB/T44409.2规定的热源和湿度源模拟。5.2.2方法一[气候试验室]在气候试验室内测试空气调节系统的能耗，气候试验室应符合GB/T44409.2的规定。5.2.3方法二[无气候试验室]在室外静止停放的列车上测试空气调节系统的能耗，测试时环境条件应符合6.3.2的规定。5.3气候和运行边界条件5.3.1概述气候和运行边界条件应具有代表性，以适用于估算空气调节系统能耗。5.3.2运行点矩阵按照GB/T44409.2气候区的划分规定，在综合各气候区的年度气候和运行条件的前提下，建立了列车空气调节系统稳态运行点矩阵。不同气候区的运行点矩阵分别见表2、表3和表4。表2气候I区运行点矩阵℃000000000000000000000000000000所有运行点的列车速度均为零。T小于等于10℃的环境相对湿度要求仅适用于采用热泵4GB/TXXXX.3—XXXX表3气候II区运行点矩矩℃-00000000000000000000000000000000000所有运行点的列车速度均为零。T小于等于10℃的环境相对湿度要求仅适用于采用热泵表4气候III区运行点矩阵℃ 00000-000000000000000000000000000000T小于等于10℃的环境相对湿度要求仅适用于采用热泵空调机5.3.3气象数据分析5.3.3.1概述收集代表本地/区域的气象数据，并根据各列车模式对应的运行时间段和运行时间进行归类统计，并通过计算年运行小时数和各运行点的加权系数，估算出空气调节系统的年度总能耗。5.3.3.2气象数据收集用于能耗计算的气象数据应能代表当地/区域天气条件，气象数据收集的最低要求：——气象数据来源应可靠；——宜使用最近的气象数据源（最好不超过十年）；——数据应为至少五年的平均值；——数据记录间隔宜不超过1h；——数据应至少包含外部温度数据（防晒和防风）。5GB/TXXXX.3—XXXX对收集到的气象数据按表1定义的每种列车模式对应的运行时间段和运行小时数进行归类统计，计算年度运行小时数和加权系数。对于运行区域较广的列车，可以使用几个代表性位置的气象数据取平均值。5.3.3.3运行点范围表2、表3、表4中的外部温度Tem应视为运行点范围内所有值的代表性平均外部温度。如图1所示，运行点i（OPi）的范围被定义为大于Li且不大于Ui。图1运行点i（OPi）的范围RT——运行点i（OP)的代表性平均外部温度，单位为5.3.3.4年运行小时数计算特定运行点的年运行小时数是运行点范围内所有外部温度对应的小时数总和。因此，每种列车模式的年总运行小时数为特定运行点的年运行小时数之和，按公式（1）计算。hx=⃞1(hxopi)..................................（1）式中：x——列车模式（TISM、TRSM、PCM和PM）；hx——列车模式x的年总运行小时数，单位为小时（hn——运行点数量；hx_OPi——列车模式x的特定运行点（OPi）的年总运行小时数，单位为小时（h）。各列车模式的年总运行小时数宜根据车辆运行区域从附录A或附录B中选取。5.3.3.5加权系数的计算加权系数是特定运行点（OPi）的年运行小时数与每种列车模式的年总运行小时数之比，按公式（2）计算。wxopi=hxopi/hx..................................(2)式中:Wx_OPi——列车模式x的特定运行点（OPi）的加权系数。6GB/TXXXX.3—XXXX如果加权系数小于全局加权系数的1%，则可以删除相应的运行点，其运行时间应加到最近的运行点。各列车模式的加权系数宜根据车辆运行区域从附录A或附录B中选取。6评估方法6.1概述空气调节系统每个运行点的平均功率由仿真计算获得，年度总能耗由特定运行点年总运行小时数、加权系数和平均功率的乘积之和计算得出。最后，应通过5.2规定的方法一或方法二进行验证。如需要，可对测量和/或计算数据进行后处理。6.2仿真和计算6.2.1仿真通过计算机仿真，获得每个运行点的空气调节系统平均功率。仿真计算时列车应达到热稳定，即在整个能耗计算周期内，车内设备温度恒定，所有模式下列车运行速度均为零。6.2.2年度总能耗计算6.2.2.1空气调节系统年度总能耗计算空气调节系统年度总能耗为6.2.2.2中所有四种列车模式的年度总能耗之和，按公式（3）计算。....................................式中：EHVAC——空气调节系统的年度总能耗，单位为千瓦时（kWhEX——列车模式x的年度总能耗，单位为千瓦时（kWh）。注：如果某一列车模式在特定项目中不相关，则6.2.2.2特定列车模式年度总能耗计算特定列车模式的年度总能耗为年总运行小时数、加权系数和每个运行点的平均功率的乘积之和，按公式（4）计算。EX=飞(hxxwop;xpop)..........................（4）式中：EX——列车模式x的年总能耗，单位为千瓦时（kWh）；PX_OPi——列车模式x的特定运行点（OPi）的平均功率，单位为千瓦（kW）,该值由6.2.1中获得。6.2.3年度总能效计算6.2.3.1空气调节系统年度总能效计算7GB/TXXXX.3—XXXX空气调节系统的年度总能效为6.2.3.2中所有四种列车模式的年度总热负荷之和与6.2.2.1中空气调节系统的年度总能耗之比，按公式（5）计算。AEEvac=⃞THCLX/Eyvac...........................（5）式中：AEEHVAC——空气调节系统的年度总能效；THCLX——列车模式x的年度总热负荷，单位为千瓦时（kWh）。注：如果某一列车模式在特定项目中不相关，则6.2.3.2列车模式年度总热负荷计算列车模式的年度总热负荷为年总运行小时数、加权系数和每个运行点的热负荷的乘积之和，按公式（6）计算。THCLX=飞1(hxxwxopixHCLxopi).......................（6）式中：HCLX_opi——列车模式x的特定运行点（OPi）的热负荷，单位为千瓦（kW）。6.2.4记录应在报告中记录计算结果,报告内容至少包括：a）运行和环境输入数据相关的信息，如乘客热负荷、其他内部负荷(如灯光)、其他影响条件(如司机室状况)、温度设定值、外部温度、相对湿度、等效太阳负荷等；b）与列车空调相关的关键数据，如新风量、混合风量、排风量、车辆表面特征、传热系数等；c）每种列车模式（TISM、TRSM、PCM和PM）所有运行点的平均功率；d）所有列车模式的年度总能耗，按运行点和运行小时数计算；e）关于车载储能系统、能量管理或其他节能技术使用的信息，任何车载储能系统的能量状态的仿真初始值和仿真结束后的终值。6.3验证6.3.1概述为了验证6.2中的仿真计算结果，应采用5.2中规定的方法一或方法二进行试验验证。试验中数据记录、测量仪器、测量点的位置应符合GB/T44409.2的规定，试验前应按照GB/T44409.2规定的测量方法验证新风量、混合风量、排风量。6.3.2测试原则除按第5章规定的所有要求外，试验还应按下列原则进行:——试验前应制定试验计划；——列车应具备完好的运行状态，配备相应软件，并设定好与能耗相关的所有参数值；8GB/TXXXX.3—XXXX——建议测量所有空气调节单元的能耗，包括辅助加热器/风扇等设备的能耗；——应在车辆达到稳态条件30分钟后开始测量平均功率，在功率波动（例如加热和冷却装置启/停引起的）的情况下应至少测量60分钟或三个连续类似循环；——对于方法一，环境条件的偏差应符合GB/T44409.2的规定。对于方法二，环境条件的偏差应符合下列要求：——外部温度变化在±2K之内；——制冷试验时相对湿度变化±15%之内；——等效太阳辐射强度变化在±200W/m2之内。对于装有热泵的空气调节系统，由于在外部温度较低的情况下难以人工控制相对湿度，故未规定加热试验的相对湿度偏差，在这种情况下，应进行后处理。6.3.3记录应在报告中记录验证测量的结果，报告内容至少包括：a）列车的关键信息（至少包含6.2.4中规定的参数）；b）所用测量设备信息；c）TISM、TRSM、PCM和PM列车模式下的测试能耗；d）测试过程中可能影响测试结果解释的任何观察结果：列车识别码、相对湿度、温度、时间和日期、云量/晴天率、雨量、地点、列车停车位置、遮阳情况。6.4后处理理想情况下，不需要对测量或计算数据进行后处理。但由于受环境条件的影响，在实际测试中，可能很难满足所有条件。因此，无论是否重复计算，应允许对以及5.3.2和GB/T44409.2的规定条件进行计算，从而根据计算值与测试结果的偏离情况对结果进行后处理。后处理中可采用外推法（不得改变换热器聚集状态）。同时应提供在重复计算9GB/TXXXX.3—XXXX（资料性）区域运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数A.1全域(包含气候I区、气候Ⅱ区和气候III区)运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数见表A.1。表A.1全域(包含气候I区、气候Ⅱ区和气候III区)运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表hhhhhhhh 00050093051000000000837335517934515GB/TXXXX.3—XXXXA.2非高寒全域(包含气候I区、气候Ⅱ区)运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数见表A.2。表A.2非高寒全域(包含气候I区、气候Ⅱ区)运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表hhhh荷hhhh0040720000000004572744625GB/TXXXX.3—XXXXA.3气候I区全域运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数见表A.3。表A.3气候I区全域运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表荷hhhhhhhh000000000693A.4气候Ⅱ区全域运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数见表A.4。表A.4气候Ⅱ区全域运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表温度℃度式载客负荷hhhh荷hhhh00050000000GB/TXXXX.3—XXXX表A.4气候Ⅱ区全域运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表（续）温度℃度hhhh荷hhhh005A.5气候III区全域运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数见表A.5。表A.5气候III区全域运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh-000000000000GB/TXXXX.3—XXXX（资料性）重点城市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表重点城市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数见表B.1~表B.31。表B.1北京市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表温度℃度荷hhhh荷hhhh0000000000005GB/TXXXX.3—XXXX表B.2天津市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh00090000000004GB/TXXXX.3—XXXX表B.3石家庄市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表荷hhhh荷hhhh00050000000006GB/TXXXX.3—XXXX表B.4济南市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表hhhh荷hhhh008030000000007GB/TXXXX.3—XXXX表B.5西安市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表hhhhhhhh00930410000000006GB/TXXXX.3—XXXX表B.6郑州市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh00920410000000008GB/TXXXX.3—XXXX表B.7拉萨市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表hhhhhhhh0007000000000724315GB/TXXXX.3—XXXX表B.8乌鲁木齐市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh00000000000084GB/TXXXX.3—XXXX表B.9哈尔滨市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表hhhh荷hhhh-000000000000GB/TXXXX.3—XXXX表B.10合肥市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh000000000693GB/TXXXX.3—XXXX表B.11杭州市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh00000000073GB/TXXXX.3—XXXX表B.12南昌市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh0000000005GB/TXXXX.3—XXXX表B.13福州市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh0000084表B.14昆明市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表hhhhhhhh00007000005GB/TXXXX.3—XXXX表B.15贵阳市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表度hhhh荷hhhh000000000表B.16成都市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表荷hhhh荷hhhh0000700000310411GB/TXXXX.3—XXXX表B.17长春市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表温度℃度hhhh荷hhhh-0000000000008表B.18沈阳市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表温度℃度hhhh荷hhhh-000000000000GB/TXXXX.3—XXXX表B.19呼和浩特市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表温度℃度hhhh荷hhhh-000000000000表B.20太原市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表温度℃度hhhh荷hhhh 00603000000000GB/TXXXX.3—XXXX表B.21银川市运营列车运行点矩阵、工作小时数和加权系数表温度℃hhhhhh