關于軌道列車空調節能性及舒適性優化設計研究

張一劍

摘?要：隨著城市軌道交通的快速發展，節能減排、提倡低碳生活已經成為當今一個熱門話題，如何降低軌道交通能耗同時提高乘客對車內環境的舒適性體驗，成為地鐵運營公司重點關注的問題。文章針對列車空調系統基于列車載荷變化自動調整客室目標溫度進行試驗研究從而達到節能的效果，通過優化電客車空調系統變頻壓縮機控制邏輯從而提高客室的舒適性。

關鍵詞：空調系統;節能;舒適性

電客車客室空調機組是用以調節車內環境，處理車內空氣的溫度、濕度和潔凈度，給旅客及司乘人員提供一個健康舒適的乘車環境。廈門地鐵某線路電客車空調機組的結構型式為車頂單元式，各空調機組均設有兩套獨立的制冷系統，以增加空調機組的可靠性?？照{機組采用谷輪全封閉臥式渦旋壓縮機，制冷劑為R407C，以熱力膨脹閥作節流元件。每臺壓縮機均配有獨立的變頻器，可根據車內負荷大小進行控制壓縮機運轉頻率，實現能量調節?？照{機組配用獨立的電氣控制柜，可實現本地控制和集中控制。

1 基于列車載荷的客室目標溫度控制優化研究

廈門地鐵某線路電客車每輛車空調系統設一個PLC控制單元，其制冷控制方式分為“自動制冷”和“手動制冷”兩種模式。在自動制冷模式下，空調系統目標溫度的設置根據國際標準UIC553溫度控制曲線，空調系統目標溫度按外部環境溫度進行自動調節控制。在手動制冷模式下，空調系統目標溫度的設置有列車司機手動設置，通常設定溫度范圍為22℃-28℃。

由于地鐵車輛在實際運營時，高低峰時期的乘客量變化劇烈，會引起列車客室熱負荷的劇烈變化，若將載荷變化這一因素加入到空調目標溫度控制中，對車廂空調目標溫度根據載荷變化進行微調，當載客量少的時刻適當增大空調設置溫度，載客量大的時刻減小空調設置溫度，加快空調制冷效率，迅速將車廂溫度調整至舒適的環境，從而提高乘客乘車舒適性。

綜上對廈門地鐵某線路電客車空調控制系統進行優化，當列車載客率小于1/4定員載荷時，列車TCMS將載客率小于1/4定員載荷的信號發送至空調系統，空調控制器自動將原設置的目標溫度上升1℃（例如：空調目標溫度設置為25℃時，當列車小于1/4定員載荷工況，目標溫度修正為26℃;當列車大于1/4定員載荷工況，目標溫度維持不變即為25℃）。

2 空調系統變頻壓縮機控制邏輯優化研究

廈門地鐵某線路空調機組采用的是谷輪全封閉臥式渦旋變頻壓縮機，由日立變頻器為壓縮機提供頻率可調的AC380V電源。在不同頻率下，壓縮機制冷效率將不同。頻率越高，制冷效果越好。當車廂內溫度高，需要增加變頻器頻率;當室內溫度低，則需要減少變頻器頻率。通過優化壓縮機的控制邏輯，可以實現對客室內的溫度更精確的控制，避免客室內太冷所造成的制冷浪費現象，從而提高空調的節能性。優化前空調機組壓縮機的控制邏輯如下：

（1）車廂內溫度上升階段（-0.5℃～1.0℃）：當內客室內的溫度每升高0.5℃時，壓縮機運行頻率依次在45Hz、50Hz、55Hz、60Hz間變化。

（2）車廂內溫度下降階段（1.0℃～-0.5℃）：當內客室內的溫度每降低0.5℃時，壓縮機運行頻率依次在60Hz、55Hz、50Hz、45Hz間變化。

綜上為進一步提高車廂溫度控制的精確性，對空調壓縮機控制邏輯進行優化，優化后空調機組壓縮機的控制邏輯如下：

（1）車廂內溫度上升階段（-1.0℃～1.0℃）：在原控制基礎上，當客室內的溫度低于目標溫度1℃時，增加壓縮機運行頻率為40Hz的工作工況。

（2）車廂內溫度下降階段（1.0℃～-1.0℃）：在原控制基礎上，當客室內的溫度下降至低于目標溫度1℃時，增加壓縮機運行頻率為40Hz的工作工況。

3 優化后實施效果說明

自2018年下半年開始，廈門地鐵該線路電客車空調系統的控制軟件已完成批量優化升級。優化前后空調系統的舒適性、節能性的對比如下：

3.1 舒適性改善

通過上述實測數據可發現優化后的車廂內回風口處溫度優化前后溫度波動值由±1.3℃改善為±1.0℃，車廂內1.7米處溫度優化前后溫度波動值由±1.6℃改善為±1.3℃，車廂內1.2米處溫度優化前后溫度波動值由±1.8℃改善為±1.4℃。說明個車廂內溫度波動更均勻，溫度波動基本控制在±1.5℃內。避免了忽冷忽熱的現象，從而提高相應的舒適性。

3.2 節能性改善

從表2可看出，對比2018年10月、11月車公里能耗與2018年4月、5月的車公里能耗都有所下降，從而到達節能的目的。

4 總結

本文從電客車空調系統控制原理入手，將列車載荷運用于空調系統溫度設定中，并優化空調系統壓縮機的控制邏輯。試驗表明，優化前后列車車廂內溫度的波動、列車牽引電耗等方面都有所改善。

參考文獻：

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