我國(guó)鐵路客車空調(diào)的現(xiàn)狀及改進(jìn)探討

1、我國(guó)鐵路客車空調(diào)的現(xiàn)狀及改進(jìn)探討 2008-05-27 09:08:54作者：袁鋒，胡益雄： 摘要：對(duì)目前我國(guó)鐵路客車空調(diào)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，研究了在客車上采用空氣制冷和誘導(dǎo)空調(diào)裝置的相關(guān)問題，并對(duì)其應(yīng)用前景作了討論。關(guān)鍵詞：鐵路客車；空調(diào)；空氣制冷；誘導(dǎo)空調(diào)；應(yīng)用前景 . 改革開放以來，我國(guó)空調(diào)客車發(fā)展迅速。初期，人們主要重視空調(diào)機(jī)組的質(zhì)量和空調(diào)效果，只滿足于空調(diào)機(jī)組能正常工作、客室內(nèi)能夠升溫和降溫?，F(xiàn)在，隨著上述問題的逐步解決，人們開始重視車內(nèi)的舒適性。就舒適性而言，除去車輛振動(dòng)、照明等影響因素外，客車室內(nèi)微風(fēng)速、流場(chǎng)均勻性及通風(fēng)系統(tǒng)噪聲等也是至關(guān)重要的因素1。而這些參數(shù)主要取決于客車空

2、調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)前，我國(guó)的鐵路客車正向高速化方向發(fā)展，這對(duì)客車的空調(diào)系統(tǒng)也提出了更高的要求。如何提高空調(diào)運(yùn)行效率，保證客車室內(nèi)的舒適性是急待解決的問題，因此有必要對(duì)客車新型空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行研究。本文對(duì)鐵路客車采用誘導(dǎo)空調(diào)裝置進(jìn)行了探討。2我國(guó)鐵路客車空調(diào)的現(xiàn)狀我國(guó)客車空調(diào)起步較晚。在無強(qiáng)迫通風(fēng)客車及空調(diào)客車以前，客車通風(fēng)只能處于自然通風(fēng)狀態(tài)，夏季是靠開窗、車頂風(fēng)扇及自然通風(fēng)器進(jìn)行換氣，冬季則全靠自然通風(fēng)器換氣，所以車內(nèi)空氣品質(zhì)極差。自從20世紀(jì)80年代開始，鐵路空調(diào)才得以迅速發(fā)展，目前我國(guó)鐵路客車普遍采用車頂單元式空調(diào)機(jī)組。通過近幾年的應(yīng)用實(shí)踐表明，該空調(diào)機(jī)組基本上能滿足夏、冬兩季的供冷和供熱要求，為旅

3、客提供了舒適的乘車環(huán)境。但與世界先進(jìn)國(guó)家相比，無論是技術(shù)還是工藝方面，我國(guó)鐵路客車空調(diào)仍然處于相對(duì)落后狀態(tài)。筆者通過調(diào)查分析，總結(jié)出以下幾個(gè)方面：a）客車通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)。目前很多空調(diào)客車通風(fēng)量各不相同，風(fēng)量較大的空調(diào)客車造成微風(fēng)速超標(biāo)，而風(fēng)量小的制冷效果又不好，達(dá)不到車廂內(nèi)的溫、濕度要求。這些都影響了旅客的舒適性，并造成了不必要的能量浪費(fèi)。b）客車室內(nèi)溫、濕度不當(dāng)。車廂內(nèi)溫、濕度不當(dāng)是旅客抱怨較多的一個(gè)問題。在很多空調(diào)客車的運(yùn)行過程中，白天和夜晚的送風(fēng)量基本保持不變，造成旅客夜間普遍反映較冷而不能休息。這種情況是由于空調(diào)系統(tǒng)供冷量與室外氣候的變化和車廂內(nèi)熱、濕負(fù)荷的變化不相適應(yīng)造成的。c）新

4、風(fēng)量不足。新風(fēng)量不足直接導(dǎo)致了旅客對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)（iaq）的不滿意。很多長(zhǎng)期乘坐空調(diào)客車的旅客反映經(jīng)常會(huì)感到頭暈、氣悶、喉嚨干燥等不良癥狀。這些大都是由于車廂內(nèi)空氣品質(zhì)較差而引起的。究其原因，是因?yàn)檐噹麅?nèi)新風(fēng)量不足。這與客車空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理有關(guān)。d）空調(diào)系統(tǒng)能耗大。目前使用的單元式空調(diào)機(jī)組的耗電量很大。以編組18輛全列空調(diào)客車為例，其中硬座7輛，軟臥1輛，其余為硬臥。空調(diào)車平均量700kw，空調(diào)耗電幾乎占總量的50%，單機(jī)能效比只有2.0左右。因此每列客車均配有專門的空調(diào)車以滿足空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的，空調(diào)車油耗高直接導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益下降。e）氟里昂制冷劑的禁用問題。氟里昂蒸汽組的客車

5、空調(diào)裝置中。但該系統(tǒng)存在著致命的弱點(diǎn)，即它所采用的工質(zhì)氟里昂危害大氣中的臭氧層，是一種受環(huán)保限制的工質(zhì)。此外，氟里昂價(jià)格較高，在客車空調(diào)運(yùn)行和檢修過程中氟里昂的泄漏使得客車運(yùn)行和維護(hù)成本增加。因此，這種制冷裝置的工質(zhì)替代和換型是大勢(shì)所趨。3誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用探討基于當(dāng)前我國(guó)鐵路客車空調(diào)存在的上述問題，筆者在借鑒國(guó)外客車空調(diào)相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上2，3，對(duì)在空調(diào)客車上應(yīng)用誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)展開了研究。31誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的原理誘導(dǎo)器系統(tǒng)是一種半集中式空調(diào)系統(tǒng)。圖1是誘導(dǎo)器系統(tǒng)的原理圖。經(jīng)過集中處理的空氣（一次風(fēng)）由風(fēng)機(jī)送入車廂內(nèi)的誘導(dǎo)器中，誘導(dǎo)器是分設(shè)于車廂內(nèi)的局部設(shè)備（或稱末端裝置）。它由靜壓箱、噴嘴和

6、消聲材料等組成。一次風(fēng)進(jìn)入誘導(dǎo)器的靜壓箱，經(jīng)噴嘴后以高速射出（20-30m/s）由于噴出氣體的引射作用，在誘導(dǎo)器內(nèi)造成負(fù)壓，室內(nèi)空氣（即回風(fēng)，又稱二次風(fēng)）被吸入誘導(dǎo)器，一、二次風(fēng)相混合后由誘導(dǎo)器風(fēng)口送出。送入誘導(dǎo)器的一次風(fēng)通常是新風(fēng)，在必要時(shí)也可使用部分回風(fēng)。誘導(dǎo)器的性能指標(biāo)之一是誘導(dǎo)比，誘導(dǎo)比按下式計(jì)算（參見圖1所示）：對(duì)于一定結(jié)構(gòu)的誘導(dǎo)器，在一定的風(fēng)量范圍內(nèi)n為定值。32鐵路客車的誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)321空調(diào)系統(tǒng)的組成鐵路客車誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)采用空氣冷源和誘導(dǎo)器送風(fēng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠性大大優(yōu)于目前的單元式空調(diào)系統(tǒng)。其中，空氣冷源的獲得是另一個(gè)研究問題，相關(guān)技術(shù)比較成熟，在列車上的應(yīng)用也引

7、起了人們的關(guān)注4。在文本中，筆者重點(diǎn)討論誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)的制冷裝置采用空氣作為制冷工質(zhì)，空氣制冷機(jī)組采用讓壓縮空氣在透平膨脹機(jī)內(nèi)膨脹作功，對(duì)外輸出功率的方法來獲得低溫空氣，用作誘導(dǎo)器的一次風(fēng)。在圖2的空調(diào)系統(tǒng)中，末端裝置采用圖1所示的全空氣誘導(dǎo)器系統(tǒng)。采用這種系統(tǒng)時(shí)，室內(nèi)所需的冷負(fù)荷全部由空氣（一次風(fēng)）承擔(dān)。它通過誘導(dǎo)車廂內(nèi)的空氣（二次風(fēng)），達(dá)到增大送風(fēng)量和減小送風(fēng)溫差的作用，可減少旅客由于送風(fēng)溫差過大而產(chǎn)生的抱怨。同時(shí)，也可在誘導(dǎo)器裝置內(nèi)加電熱器以適應(yīng)室內(nèi)負(fù)荷變運(yùn)的需要，對(duì)于因人員密集而室內(nèi)熱濕比較小的鐵路客車比較適用。該系統(tǒng)分為運(yùn)動(dòng)部件、供氣管路、系統(tǒng)、電加熱器及送風(fēng)

8、末端裝置（誘導(dǎo)器）5個(gè)部分。其中系統(tǒng)可考慮與其他系統(tǒng)如照明系統(tǒng)、消防安全系統(tǒng)等共同由每節(jié)車廂的微機(jī)甚至單片機(jī)來，構(gòu)成無人值守型的車廂，降低運(yùn)行費(fèi)用，提高安全可靠性。322誘導(dǎo)器系統(tǒng)鐵路客車誘導(dǎo)器可采用頂置式散流型誘導(dǎo)器（圖3）和下置式誘導(dǎo)器。應(yīng)用前者可不改變現(xiàn)有車廂風(fēng)道結(jié)構(gòu)和送風(fēng)方式。由于鐵路客車運(yùn)行時(shí)間和區(qū)間長(zhǎng)，人員活動(dòng)情況變化較大（白天散熱負(fù)荷明顯大于夜間散熱負(fù)荷）。因此，可考慮采用變風(fēng)量誘導(dǎo)裝置，即在誘導(dǎo)系統(tǒng)的一次風(fēng)口或二次風(fēng)口處安裝風(fēng)量調(diào)節(jié)閥門，通過車廂內(nèi)的溫控器進(jìn)行和調(diào)節(jié)，以保證車廂內(nèi)的溫、濕度要求，達(dá)到舒適和的目的。這是進(jìn)一步研究的課題。4誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用前景采用如圖2所示的空氣

9、調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，可改善目前鐵路客車上采用單元式空調(diào)機(jī)組所帶來的一系列問題。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：a）該系統(tǒng)采用空氣作為制冷工質(zhì)，避免了氟里昂機(jī)組工質(zhì)泄漏造成的環(huán)境污染和維護(hù)保養(yǎng)問題。b）車廂與外界環(huán)境之間只用壓力調(diào)節(jié)器聯(lián)通，用于向外界排出部分廢氣，如圖2中10所示，故車廂可實(shí)現(xiàn)近擬的全封閉。這樣，可以保持車內(nèi)溫度和對(duì)外界一定的正壓力，防止風(fēng)沙進(jìn)入，可解決列車提速后經(jīng)過隧道產(chǎn)生的壓力波動(dòng)和噪聲影響，提高快速列車乘坐的舒適性。c）該系統(tǒng)使用的壓力空氣由機(jī)車提供或來自各車廂安裝的壓氣機(jī)，管路布置比較簡(jiǎn)單。特別是提速后采用的大馬力機(jī)車和機(jī)車拖動(dòng)，安裝合乎要求的壓氣機(jī)應(yīng)該不成問題，而且可以不需要專門的空調(diào)車。d）

10、末端裝置采用誘導(dǎo)器送風(fēng)，可大大減少處理的空氣量，空氣處理設(shè)備減小，可取消回風(fēng)管道，通風(fēng)機(jī)耗電量也相應(yīng)減少，有利于節(jié)約客車空調(diào)能耗，降低運(yùn)行成本。e）該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較單元式空調(diào)機(jī)組簡(jiǎn)單，可將空氣制冷機(jī)組安裝在車廂下以節(jié)省客車空間，降低車輛重心，提高客車運(yùn)行速度和平穩(wěn)性。5結(jié)語隨著高效率的透平膨脹機(jī)和誘導(dǎo)器末端裝置的不斷出現(xiàn)，采用空氣作為工質(zhì)的空氣制冷機(jī)組的效率大大提高?？諝膺@種工質(zhì)取之不盡，用之不竭，對(duì)環(huán)境也沒有污染，具有無與倫比的環(huán)保價(jià)值；透平機(jī)械具有體積小，質(zhì)量輕的特點(diǎn)，而且其溫降范圍較寬，適應(yīng)工況的能力較強(qiáng)；誘導(dǎo)器末端裝置可使空氣的處理設(shè)置減小，送風(fēng)管路簡(jiǎn)化并且送風(fēng)均勻，有助于提高旅客的舒適性。因此，在鐵路客車上采用誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)具有較好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1孫相業(yè)，王書傲，談越明.淺析客車通風(fēng)j.鐵道