350km/h智能化列車一等座車空調系統設計

王 劍 劉海波 耿興春

(中國北車集團唐山軌道客車有限責任公司 產品研發中心，河北 唐山 063035)

自鐵路第6 次大提速以來，陸續推出了200km/h、250km/h及以上若干速度等級的高速列車。速度的提升對空調系統的要求指標也隨之提升，不同于普通客車的空調系統，高速車必須考慮到列車高速運行時氣流、壓力、振動等因素的影響，因而對于空調機組的結構、安裝、換氣裝置的設置、氣流組織、控制等都有特殊的要求。本文簡述適應我國大部分地區的350km/h 高速智能化列車中一等座車空調系統的設計原理及結構。

1 空調系統設計概述

1.1 采用單元式空調機組

單元式空調機組，相對而言結構簡單，便于維護，同時考慮到國內各線路運營環境，新風口位置應盡量遠離地面，因此采用車頂單元空調機組較為合理。雖然可能提高車輛中心，但通過合理配置其它設備，這一點可以忽略。為適應限界及空氣動力學要求，半埋入車體中并在空調機組兩端安裝導流罩以達到降阻的目的，總體上與車頂融為一體，形成流暢的氣動力布局。

1.2 采用合理的氣流組織

隨著我國經濟水平的提高，高速車的發展，人們對乘坐舒適性提出了更高的要求，要在有限的空間內達到舒適的乘車感受，必須通過合理的氣流組織來實現，采用按照冷熱空氣流通特點設置的流場，見圖1 和圖2。通過風道內部調節裝置分配冷熱風的數量這種方式增加了乘客舒適度。

圖1 夏季流場

1.3 采用壓力保護系統

研究表明，當列車行駛時，車體四周會形成一個負壓的附面層。車速越高，該附面層內的壓力越低，當車速高于160Km/h 時，負壓區的存在會影響車內換氣。當兩車交會或過隧道時，高速列車表面會產生較大的壓力變化，它會波及車內，造成乘客不適。壓力保護系統能有效防止外界的壓力波傳入車內。

1.4 溫度控制標準

圖2 冬季流場

按國際鐵路聯盟標準UIC553:2004《客車通風、采暖和空調》規定的溫度調節曲線調節車內溫度。一等座車空調系統采用以上結構及工作原理設計后，提高了旅客的舒適度，并獲得良好的裝飾效果。該車在四方車輛研究所熱工試驗室進行的靜置熱工試驗高速運行試驗中均達到令人滿意的效果。

2 空調機組參數及設計說明

2.1 空調機組參數

制冷量44 kW制熱量35 kW總風量 制冷 4，500m3/h制熱 2，500m3/h新鮮空氣流量(制冷) 1，600m3/h回風量(制冷) 2，880m3/h制冷劑R407C交流電源 AC440V，60Hz，3相直流電源 DC110V (77～135V)

2.2 空調機組設計說明

空調機組與鋁合金車體上的安裝框之間進行連接和密封。空調機組兩端車頂上各安裝有一個導流罩，這個罩的形狀應依據設計要求和空氣動力學載荷進行最優化設計。

客室空調機組采用單級蒸汽壓縮式制冷方式，R407C 環保制冷劑，有兩套完全獨立的制冷系統組成;制熱采用不銹鋼電阻式加熱管。

冷凝空氣由機組兩側吸入，通過冷凝器并經冷凝風機垂直向上排出;混合空氣從空調機組兩側面吸入，經過空氣過濾裝置、蒸發器、電熱器后，由通風機向空調機組的前面吹出。

空調機組殼體由鋁合金材料和不銹鋼材料混合制造。壓縮機通過減震元件與機組框架相連，這種連接可以削弱傳遞到車體上的振動和結構噪音。制冷管路最大程度采取冗余和密封措施，為盡可能避免泄漏，管路選擇銅焊連接。

3 空調系統的組成及布置

客室空調系統主要由客室空調機組、新風格柵、混合氣箱、送風道系統、多孔客室頂板、廢排風道系統、廢排單元、溫度和壓力波傳感器、空調控制系統等組成。

新風格柵安裝車體的新風開口法蘭上，包括鋁材質迷宮格柵、氣動保護風門、新風溫度傳感器等。混合氣箱安裝在新風格柵與客室空調機組之間，用于新風和回風的混合。送風道系統主要包括過渡風道、消音風道、主送風道、支風道和軟風道等，主要用于風量的調節和分配。風道主體材質為鋁板和保溫材，消音風道中還有風道再熱器、送風溫度傳感器、風量調節風門。通過風量調節門實現制冷和采暖模式下的氣流分配。多孔客室頂板采用薄鋁板經沖壓后制作，多孔送風均勻性好。客室廢排風道和車下廢排風道，風道主體材質為鋁板和保溫材，主要用于廢氣的收集和排出。廢排單元包括廢排風機、風量調節風門、壓力波保護風門、應急逆變器等組成，主要用于客室廢氣的排出，同時提供應急通風的電源和進行應急通風。

4 空調系統的控制

司機室操作臺設置整列車空調開啟集控開關，通過車輛硬連線連接到每節車廂的空調控制器中，控制整列車空調系統的啟停;在司機室設置一個司機室客室空調功能選擇器，控制單車司機室空調的運行模式，工作模式有:通風、手動制冷、手動制暖、自動、關閉位;在每節車廂設置一個客室空調功能選擇器，控制單車客室空調的運行模式，工作模式有:通風、手動半冷、手動全冷、手動半暖、手動全暖、自動、關閉位。在選擇手動模式時，空調機組可以根據選擇的工作模式開啟相應的空調部件來進行客室內溫度調節;在選擇自動模式時，空調機組根據環境溫度及客室內部溫度情況自動選擇工作方式來調節客室內溫度。

空調機組在新風口和廢排口設置壓力保護裝置，當外界壓力產生波動時，及時關閉新風口，提高客車的舒適性。

［1］UIC553:2004，客車通風、采暖及空調［S］.

［2］UIC651:2002，機車、動車、動車組和帶司機室客車的司機室結構［S］.

［3］詹耀立.客車空調裝置［M］，北京:中國鐵道出版社，1999.

［4］孫毅剛.鐵路客車空調控制技術綜述［J］.鐵道車輛，1998，36(3):15-16.

［5］四方車輛研究所.國外高速客車空調通風系統及車內氣壓控制系統概況［R］.1997.