地鐵車輛空調采暖系統的設計

袁 野（天津鐵道職業技術學院,天津 300240）

地鐵車輛空調采暖系統的設計

袁 野
（天津鐵道職業技術學院,天津 300240）

本文通過結合地鐵車輛所需運營條件, 指出了車輛空調采暖系統參數的選擇和確定, 并詳細闡述介紹了空調采暖系統中空調機組、制冷單元、制熱單元、應急通風單元以及空調電氣控制系的設計與實現。

地鐵車輛；空調采暖；參數；設計

1 前言

隨著社會經濟的日新月異，城市軌道交通建設迅速發展，客流量的增加對地鐵車輛空調采暖系統的舒適度、通風量等提出了更高的要求。地鐵車輛的空調采暖系統主的通風單元、制熱、制冷單元的工作狀態是提高客室舒適性所必不可少的基礎條件。該空調采暖系統從客室空氣的溫度、濕度、清潔度等各個方面對客室空氣質量進行控制，進而滿足客室舒適性的良好狀態。本文結合天津地鐵、沈陽地鐵車輛空調采暖系統的使用狀態，就地鐵列車空調采暖系統提出了一些新的設計方案。

2 地鐵車輛空調采暖系統概述

地鐵車輛客室空調機組為頂置式薄型單元式空調機組，每輛車安裝兩臺，分別布置在車頂的兩端，每臺空調機組具有兩個獨立的制冷回路。每輛車設一套空調控制系統，空調控制系統為一個設置在車輛端部的空調控制柜，控制兩臺客室空調機組、兩組客室電加熱器。對于帶司機室的控制柜，還控制司機室送風單元和回風單元聯動。送風單元和回風單元的風機由內置于送風單元內的變壓調速器同步控制，保持司機室送回風量一致。

客室空調機組由列車管理系統（TMS）控制，TMS 發送控制指令給控制柜，由空調控制柜控制空調機組和客室電加熱器的運行，實現對車輛預冷、預熱、通風、半冷、全冷、半暖、全暖等工況的控制，保證空調機組壓縮機、冷凝風機、通風機、預熱器和客室電加熱器在正常電壓下可靠地工作，同時對空調電氣系統運行中出現的有關故障進行診斷、指示并保護，便于檢修和查尋故障。

3 地鐵車輛空調采暖系統參數介紹

地鐵車輛空調機組為頂置式薄型單元式，每輛車安裝兩臺，分別布置在每輛車的車頂兩端，每臺空調機組有兩個獨立的制冷系統，增加了空調裝置的可靠性。分步啟動，啟動電流小，對整車電源的沖擊小。與空調機組配套的空調控制柜安裝在車內。空調機組與空調控制柜通過電氣連接器(插頭、插座)連接，由車輛逆變器供電。

4 地鐵車輛空調采暖系統的設計

4.1 通風系統設計

空調車輛的通風系統是車輛空氣調節的重要組成部分。經空調機處理過的空氣只有通過通風系統送往車內, 才能保證車內溫度均勻性。為滿足客室內空氣潔凈要求，列車車廂內必須設置通風換氣裝置，主要包括新風單元和回風單元，新風來自空調機組兩側新風口，新風經過新風濾網過濾后進入機組內。回風口設置在客室頂部，客室內的空氣從回風口進入空調機組內，與新風混合，經過制冷或加熱后進入客室，依次進行循環。

4.2 制冷單元設計

制冷時，經壓縮機壓縮的高溫高壓氣體制冷劑在冷凝器內被冷凝風機吹入的空氣冷卻為液態制冷劑。然后，液態制冷劑經過干燥過濾器，再經毛細管節流為低壓的液體(有少量氣體)制冷劑進入蒸發器，與(回風和新風)混合空氣進行熱交換，從而使混合空氣冷卻和干燥。最后，冷卻干燥的空氣通過天花板風道被吹入客室。與此同時，在蒸發器內被蒸發的制冷劑變成低壓飽和氣體或少量過熱氣體，經過氣液分離器和回氣過濾器被吸入壓縮機，從而完成制冷循環。

4.3 司機室通風單元設計

車輛司機室室設一套送風單元和一套回風單元，通過單獨的風道從相鄰的空調機組中吸入已處理的空氣，再將其送回客室，用以調節司機室內的溫度和濕度，給司機提供一個健康舒適的工作環境。送風單元內安置一臺變壓器，對兩個單元內的電動機進行調速，共有三種速度選擇。另送風單元內還安裝有三個熱磁斷路器對送回風單元的電機保護，以及兩個接觸器，實現正常通風和緊急通風的控制。在緊急通風狀態下,由逆變器提供電源給兩變壓器進行緊急通風。送風單元通過風嘴來調節送風方向，風量最大時為645m3/h。

4.4 應急通風單元設計

當正線運行出現高壓斷電故障或者輔助供電系統故障時候，為保證客室內一定時間內的通風量，必須設置應急通風單元，應急通風單元以網絡通訊模式控制，如果網絡未接，通過傳輸線接入110V正信號，網絡正常時，將控制開關打至集控位，通過司機室TMS監控顯示屏發送緊急通風工況指令即可。此時空調機組停機，控制器PLC發出一個啟動緊急逆變器信號，緊急逆變器收到指令后啟動，緊急逆變器供電給空調機組通風機，通風機運行在降頻降壓工況下。此時，通風機電源 AC266伏，頻率35Hz，應急通風運作，不準制冷制暖運行，確保全列車客室內45分鐘的應急通風。

4.5 電氣控制單元設計

地鐵車輛每一輛車配備一臺空調控制柜，每臺控制柜主要控制每輛車上的兩臺空調機組及客室電加熱、司機室送風和回風單元（僅Tc車）。輸入主電路電壓AC380V，控制電路電源DC110V。緊急通風時由緊急通風逆變器給空調送風機和司機室送回風單元供電。

空調控制柜主要由兩部分組成：

電氣控制元件：主要是指控制各負載的斷路器、接觸器、保護元件、電源、接線端子等,均安裝在控制柜的柜體控制盤上。

OMRON微處理器：控制柜上有一個OMRON微處理器，是整個控制系統的核心，使空調機組在本控、集控，通風、制冷、制暖、緊急通風等不同工況下運行。

系統控制器由一個歐姆龍PLC主機（型號為CPM2A-CPU62）、一個12/8點的I/O擴展模塊（型號為CPM1A-20EDR1）、一個溫度擴展模塊（型號為CPM1A-TS102）和一個適配器（型號為CPM1ACIF01）組成，PLC是可編程邏輯控制器的縮寫，PLC不僅能操作、控制、監視空調機組運行，還具有完善的故障處理及保護功能。PLC設有標準RS232通訊端口，可通過通訊網關與列車RS485總線相連，實現集中控制。

5 結束語

地鐵車輛的空調采暖系統的工作狀態是提高客室舒適性所必不可少的基礎條件。空調采暖系統從客室空氣的溫度、濕度、清潔度等各個方面對客室空氣質量進行控制，進而滿足客室舒適性的良好狀態，保證地鐵車輛的安全運營。

[1]章英.車輛設計參考手冊（客車采暖、通風與空氣調節）[S].北京:中國鐵道出版社,2013.

[2]滕兆武,王剛.車輛制冷與空氣調節[M].北京:中國鐵道出版社, 2013.

[3]臧建彬,劉葉弟.A 型地鐵列車空調系統設計研究[R].上海:同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院,2012.