国内外铁道车辆空调的发展现状

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,国内外铁道车辆空调的开展现状研究,我国铁路客车空调的开展现状及改进探讨,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、车迎风扇及自然通风器进行换气，冬季那么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开展，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说明，该空调机组根本上能满足夏、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根本保持不变，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新风量缺乏。新风量缺乏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、喉咙枯燥等不良病症。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缺乏。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本钱增加。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,21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，在必要时也可使用局部回风。,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。,22铁路客车的诱导空调系统,221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，到达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个局部。其中控制系统可考虑与其他系统如照明系统、消防平安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，提高平安可靠性。,222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，到达舒适和节能的目的。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，防止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，用于向外界排出局部废气，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，安装符合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，降低运行本钱。,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开展,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缺乏，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，从而大大改善了上、下班顶峰时的车内环境。在车辆的车顶上设置1台，空调控制器设置在空调附近的顶棚部，省略了与空调装置连接的配线。此外，运用模糊推论、年度全自动功能、加热除湿功能等，根据季节与乘客的状况进行控制。其缺点是：首先车辆顶部受到车辆限界的限制，其安装空间有限，其次是使车辆的重心提高，不利于高速化。,三、铁路客车空调存在的问题以及开展趋势,铁路客运作为我国最主要的一种客运方式，如何在新形势下改善旅客乘车环境将成为一个迫切需要解决的问题。并且列车空调一旦发生故障，后果是很严重的。据美国媒体报道，德国当局7月11日宣布，德国至少3趟列车因遭遇高温天气而出现故障，列车内空调停止运行，52名乘客因高温身体出现不适，其中8人中暑虚脱，另有44人也需要医疗救助。报道指出，德国这种现代化的高速列车采用了封闭式车窗，无法翻开，因此一旦空调系统崩溃，车厢内的空气循环将受到严重影响。3趟列车当地时间10日晚从柏林开往德国西部，其中2辆列车的空调系统在即将到站时出现故障停止运行，另外1辆列车的空调在抵达比勒费尔德市之前，开始制热而非制冷。当局派出91名前往比勒费尔德火车站，对出现头晕目眩、头疼、呼吸困难等病症的乘客进行救援。德国联邦铁路公司表示，此次问题是由于天气太热，车外温度过高引起的。当地救援小组的负责人表示，故障列车内的气温高达50摄氏度。,可见，列车空调对旅客旅途的生命平安也是相当重要的，大力开展列车空调也极有必要。,1.车内环境及空气品质的评价和指标,人们对乘坐空调客车的舒适性感觉主要是由车内环境的好坏决定的。对车内环境的考察,主要从以下两个方面进行:,(1)对人群健康的影响；,(2)对人群舒适度的影响。,空调客车除了要满足热舒适性要求外,还要满足健康性要求,热舒适性和健康是良好室内环境品质不可分割的两个要素空气品质的评价按测试指标,具体分为两类:,(1)室内人员主观评定,即主观感觉指标(包括头晕、胸闷、疲倦等),主观感觉指标反映在室内环境因子的复合作用下,室内人员的心理,生理健康程度。,(2)客观环境参数指标测量,如体温、温度、风速及风量等。对于客车,要求在车内创造既卫生又舒适的条件,以保证旅客的身体健康,减少旅途中的疲劳。我国对空调客车车内空气参数的要求如下,分夏季和冬季两种情况。,夏季客车室内参数要求：,(1)客车室内温度范围：24 29；,(2)客车室内相对湿度不大于 70%；,(3)客车室内气流范围:(0.250.5)m/s；,(4)新鲜空气量:(2025)/h人；,(5)客车室内空气的含尘量不大于 1mg/m3。,冬季客车室内参数要求：,(1)客车室内温度范围:18-22；,(2)客车室内相对湿度不大于 30%；,(3)客车室内气流范围(0.050.25)m/s；,4新鲜空气量小于(2025)/h人。,2.舒适性方面存在的问题及原因,旅客乘坐空调客车时,舒适性方面有许多不尽如意的地方,大多数旅客有头晕、胸闷、疲倦甚至恶心等不适感觉,造成这些问题的主要原因是铁路空调客车室内空气品质不符合要求。美国供暖制冷空调工程师学会在公布的标准ASHRAE62-1989?满足可接受室内空气品质的通风?中对室内空气品质作了新的定义:良好的室内空气品质应该是“空气中没有的污染物到达公认的权威机构所确定的有害浓度指标,并且处于这种空气中的绝大多数人(80%)对此没有表示不满意,按照这个标准,只要超过 20%的人对该环境表示不满意,那么此环境的空气品质不合格。然而据 2001 年 4 月 9 日对两节硬座车的乘客进行问卷调查说明,对室内空气品质的不满意程度分别为 72.12%和 66.17%。大多数乘客有头晕、胸闷甚至恶心等病症。这说明铁路空调客车硬座车厢内的空气品质不符合要求,卧铺车厢内的情况笔者认为亦如此。导致空气品质恶劣的原因主要有以下几个方面:,(1)铁路运输自身的特殊性。因为我国空调客车运行距离远,运行时间长,车厢内人员比较集中。,(2)通风换气缺乏。始发车在发车前未进行彻底的通风换气工作,未翻开门窗,或者新风量不够,始发车尚且如此,更不用说客车较长时间运行以后。,造成旅客感觉不适的另一个原因是铁路空调客车车厢内温度不太稳定。有时感觉闷热,晚上睡觉时那么感觉比较冷。中医认为“卧不迎风而空调客车车厢的顶部一直在不断的送风,在上铺的旅客又不能根据需要调小或者关闭风门。,3.可行的改进措施,3.1要重视通风换气工作从卫生角度,即有利于旅客健康的角度来讲,室内空气的“除旧更新即“通风换气应当比“空调冷暖更重要得多。标准规定,要以每人 2025m3/h,新鲜空气来置换室内空气,否那么就会缺氧或CO2 过多,使旅客感到头晕、恶心等,对人体的健康极为不利。为此,笔者希望各铁路局,各客车段全体领导、乘务员切实重视通风换气工作。为节省能源最简便最可行的方法是在列车始发前或列车终到后翻开所有能够翻开的门窗,尽量形成对流换气,把室内所有的污浊空气都排尽后,在列车始发半小时前再开启空调机组。,3.2在结构设计上作一些改进,有的空调客车车厢只是在一侧的两端部设有能够开启的窗户,而另一侧那么没有,这种结构设计在通风换气时不利于形成空气对流。建议在日后有条件时,对这些车厢的结构作一些改进。不但两侧端部都应设有活动窗户,而且车厢中间的两侧也应各设一扇活动窗户。这样的话,不