地鐵車輛室內氣流組織影響因素及評價指標

劉晶 賈雄偉

摘 要：通過閱讀文獻，總結出地鐵車輛室內氣流組織影響因素，包括送風道結構形式，發現靜壓式送風道的送風均勻性較傳統風道有較大改善；對于A型車采用上送上回氣流組織形式的車輛空調，送風風速在2～2.5m/s范圍內比較合適；車廂內溫度分布受人體散熱很大，且載人車廂比空載車廂的送風短路現象嚴重；地鐵風道出風口均勻性在去掉空調機組下方的出風口后有了一定的改善。

關鍵詞：地鐵車輛空調；氣流組織；影響因素；評價指標

地鐵作為一種大運量、高效率的交通工具，可有效地緩解城市地面道路交通阻塞問題。為了滿足廣大旅客的需要，都把城軌車輛室內的空氣調節作為提高旅客舒適度、改善乘車環境的主要手段。所以地鐵車輛空調系統，除了需提供一定的制冷量來消除車內熱負荷，對舒適性的要求也越來越高，而客室內氣流組織是否合理都與乘客乘坐舒適性息息相關，所以分析地鐵車輛空調系統室內氣流組織影響因素和了解氣流組織的評價指標意義重大，同時為后期車輛空調系統氣流組織設計提供一定的依據。

1 地鐵車輛空調系統室內氣流影響因素

1.1 送風道結構形式的影響

新型空調靜壓式送風道的送風均勻性較傳統送風道有較大的改善，靜壓送風道由主風道和靜壓箱風道組成。空調機組下部送出的風進入車內主風道，并沿主風道在推進過程中進入靜壓箱，進行靜壓平衡調節，使得在主風道中不同斷面上具有不同靜壓的空氣在靜壓箱中得到均衡，并形成一定靜壓值，在條縫型送風口轉換成動壓，達到均勻送風的目的。靜壓風道有多種結構形式，如主風道在中間，靜壓箱在兩側；主風道在兩側，靜壓箱在中間。經楊晚生、張吉光等的數值模擬結果發現，靜壓式送風道的送風均勻性較傳統的送風道要好一些，該風道取消了風量調節裝置，結構簡單，制造維修方便，有很大的推廣價值。[1]

1.2 空調送風道送風口速度的影響

城軌車輛空調系統主要目的是滿足乘客對舒適度的要求，合理的室內氣流組織方式是滿足這一要求必不可少的因素。其中空調送風道送風口的速度影響車廂內氣流組織，若送風的風速太低，會導致回風口附近的溫度過高；風速過高，使得乘客頭部有較強的出風感，從而影響其舒適度。易柯通過對A型車進行數值模擬發現，對于上送上回氣流組織形式的車輛空調，送風風速在2～2.5m/s范圍內比較合適。[2]

1.3 車廂載人的影響

孫麗華通過對相同的氣流組織方式下，空載和載人車廂的數值模擬結果分析得到，載人車廂內平均空氣溫度比空載車廂高，說明車廂內溫度分布受人體散熱的影響很大。對空載和載人車廂溫度分布情況分析發現，車廂端區的溫度分布很均勻，其他位置都有送風短路現象出現，回風口及排風口位置的送風回流比較明顯，而且載人車廂比空載車廂的送風短路現象明顯。

1.4 兩種通風方式的影響

對于載人車廂比較上送上回，上送下回兩種氣流組織下，室內空氣流場的變化。上送上回這種通風方式會導致送風短路，特別是在載人的車廂內，乘客的數量越大，送風受人體的阻礙作用越大，使得氣流不能順利到達車輛底部，回流現象也越明顯。采用上送下回的通風方式可以改善這一現象，但回風口只能在座椅下方布置，這樣氣流會有明顯貼壁現象，也就是靠近車壁空氣溫度明顯低于中間區域的溫度，嚴重影響車廂內中間站立人群的舒適性。[3]

1.5 空調機組下方風道出風口的影響

于淼、王東屏等人通過模擬發現空調機組的下方風道出風口會產生回流現象，這樣使得空調機組送風口下面的主風道送往靜壓風道的風量過少，那么從靜壓風道下方條縫型出風口出來的風量就較少將空調機組下方的出風口去掉，可有效改善地鐵風道出風口的均勻性，同時也減少了風道出風口平均速度的最大差值。[4]

2 地鐵車輛空調系統氣流組織評價指標

我們知道評價氣流組織的指標是比較多的，在方便人們判斷空調效果的優劣的同時，也會帶來混淆情況，目前我國還沒有制定出有關地鐵車輛的空調標準，但確定地鐵客室內氣流組織的評價指標可借鑒其他的相關標準。氣流組織評價指標不但可直接影響地鐵客室內是否可達到預期的空調效果，而且還會評判其空調方案是否經濟。下面將介紹一些氣流分布要求和評價方法：

（1）針對地鐵車，評價指標可參照歐洲標準，A類車在夏季的內部平均溫度是25℃，在距門1.10m處和垂直面的內部空氣溫度均不得大于4K。B類車在夏季的內部平均溫度是29℃，在距門1.10m處和垂直面的內部空氣溫度均不得大于8K。

（2）地鐵車廂內人員密度非常高，其舒適性需遍布室內的個個角落，所以要使得氣流組織盡量均勻。不同氣流組織方式會涉及到整個空調系統耗能量和初投資，可采用“不均勻系數”指標評價空間參數的不均勻程度。[5]

3 總結

通過閱讀大量文獻總結出地鐵車輛空調系統室內氣流組織影響因素，雙側風源送風比單側風源的均勻性要好一些；設置有隔板的風道一端的送風均勻性較未設置的風道端有較大提高。對于A型車采用上送上回氣流組織形式的車輛空調，送風風速在2～2.5m/s范圍內比較合適；車廂內溫度分布受人體散熱的影響很大，而且載人車廂比空載車廂的送風短路現象明顯；去掉空調機組下方的出風口，發現可有效改善地鐵風道出風口的均勻性。

參考文獻：

[1]楊晚生，張吉光，張艷梅.靜壓式空調送風道送風均勻性研究[J].鐵道運輸與經濟，2005（01）：79-81.

[2]易柯.地鐵車輛空調系統氣流組織數值計算與分析[J].城市軌道交通研究，2009，12（11）：40-43+85.

[3]孫麗花.南方某市地鐵B型車客室氣流組織分析[D].華南理工大學，2016.

[4]于淼，王東屏，襲望，黃少東.地鐵車空調風道及車室內氣流組織數值仿真[J].大連交通大學學報，2014，35（02）：16-19.

[5]林松.B型地鐵送風口特性研究及優化[D].青島理工大學，2012.

項目名稱：寧波地鐵數字化資源平臺，項目類型：N創業實踐，項目負責人：賈雄偉（編號：KY18-02）

作者簡介：劉晶（1989-），女，陜西西安人，工學碩士，西安交通工程學院機械工程系助教，主要研究方向：城軌與鐵道車輛空調系統研究。