地鐵車輛中濕度開關和模式計算時間對空調制冷效果的影響

(武漢地鐵集團運營有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著城市發展，近幾年國內許多大型城市相繼開通或在建地鐵。而地鐵空調屬于電動客車的重要部分，為乘客提供舒適的溫度和新鮮的空氣。地鐵空調分為定頻和變頻，其中定頻空調在進行制冷的過程中會對溫度進行監測，當溫度達到溫度曲線規定的溫度時，空調會根據溫度選擇所需要的制冷工況進行制冷，直到溫度達到規定的溫度。其中在進行制冷工況切換的過程中，有些廠家的設備會每隔一定時間計算一次運行模式，根據檢測到的客室溫度和壓縮機的運行時間來決定下一個空調制冷的工況。國內現有的定頻空調中，不同廠家對模式計算時間的設定是不一樣的。有些將模式計算時間設定為在不同的運行工況下，計算的時間不同；有的則是將計算時間固定不變，統一設定為一個值，用來對工況進行切換。同時為了提高乘客舒適度有些列車上會設置濕度開關，當濕度達到設定值后開關動作，制冷目標溫度根據設定程序降低一定度數。

武漢夏季天氣濕度非常大，濕度常年在85%以上，且夏季溫度也很高。武漢地鐵8號線三期在前期運營過程中發現，當列車在自動冷模式時，會偶發出現客室溫度偏離目標溫度過大，造成客室溫度過低的情況，針對此情況本文對其進行了一系列的分析，通過分析采取措施，使得此情況得到了解決。

1 濕度開關和模式計算時間對制冷效果的影響

地鐵列車空調在運行過程中，客室內的溫度調節是一個復雜的過程。在不同站點乘客數量和開關門的時間不一樣，那么客室內的溫度也會隨之有所變化。因此在運行過程中會自動根據客室內的溫度進行一系列的調節。而網絡系統進行調節的過程中會有一個調節的標準曲線。通過采集室外和室內的溫度進行實時的調節，確保溫度能夠維持在一個穩定的區間。圖為地鐵列車進行自動冷過程中運行模式選擇的制冷工況曲線，左側線為啟動時工況，右側為制冷時工況。

圖1 溫度曲線

圖1為空調運行在自動冷工況時，空調控制系統根據室內溫度與目標溫度進行對比，依據溫度曲線來調節空調機組運行的制冷等級。目標溫度在不同地鐵或不同線路上設置也不大一樣，目前通用的是利用UIC曲線進行設定，參考室外溫度，利用公式進行計算來得到目標溫度。因此目標溫度是一個動態的。

目前我國地鐵建設迅速，地鐵列車運行環境復雜。有的列車全程運行在隧道內，有的全程高架，有的隧道和高架混合。對于前面兩種運行環境而言，相對來說列車的溫度調節起來比較容易。而對于有隧道和高架混合的環境而言，高溫天氣時，列車從隧道到高架，或者從高架到隧道，此時溫度變化比較大，因此溫度調節比較復雜。對于運行環境比較穩定的地鐵車輛而言，地鐵空調運行一段時間后，空調會長時間在通風模式和35%制冷進行來回切換。而對于運行環境變化比較大的情況，此時隧道和高架的溫差會影響空調的目標溫度，此時制冷工況會在高于35%的情況運行。而且不同城市的濕度也會有很大影響，當環境濕度達到濕度開關的動作值時，此時會降低目標溫度。

針對上述情況，對空調系統存在模式計算時間和濕度開關的列車，假設當時客室處于通風到制冷的臨界狀態。

設T：室內溫度

t1：壓縮機運行時間

t2：模式計算時間

Tic1：變化前得目標溫度

Tic2：變化后的目標溫度

CP1、CP2：分別代表為1臺空調機組中的2臺壓縮機

當室內溫度為：Tic1-t4≦T，且Tic2+t1≦T時，此時空調則會進入100%制冷模式。空調運行過程中有一個運行條件，壓縮機啟動和停止必須滿3 min的限制，因此壓縮機啟動后必須運行3 min，中途可以進行減載運行。假設室內溫度為當空調進入100%制冷工況的時候，運行一段時間，當室內溫度達到以下條件：

Tic2+t3≦T≦Tic2+t2

t1<3 min

按照溫度曲線，此時空調應當進行減載，進行85%制冷。空調的運行模式是每隔t2計算一次，最極端的情況時壓縮機運行時間t1≦3 min，此時壓縮機任然要運行t2時間達到模式計算時間，這時空調依然運行在100%制冷。空調100%制冷運行時間最長達到3+t2 min。目前有些地鐵車輛設置的模式計算時間有些最高可達3 min，因此在此條件下空調100%制冷運行時間為6 min，此時客室內溫度遠低于進入通風模式的溫度Tic2-t5，因而出現客室制冷溫度過低的情況。如圖2所示。

圖2 未取消模式計算時間制冷簡略圖

當時8號線地鐵列車的目標溫度為25 ℃，濕度開關動作值為65%，溫度梯度為0.5 ℃，模式轉換時間2 min。由于當時由通風狀態到制冷工況時，模式計算時間還未到，因此溫度繼續上升。等到模式計算時間時，此時濕度開關恰好動作，導致目標溫度下降，變為24 ℃，列車空調系統直接進入100%制冷。在實際進行100%制冷時，客流量適中的情況下，溫度下降趨勢為1 ℃/min左右。運營達到通風狀態時室內理論上的極端溫度可達到20 ℃，而當時的實際溫度為22 ℃。列車最適宜溫度在25 ℃，顧客的舒適度是最好的，顧客投訴最少。當目標溫度偏離過大達到22 ℃時，顧客投訴率會直線上升，影響列車運營。

2 提高濕度開關值和取消模式計算時間制冷效果分析

取消模式計算時間后，當出現上述的情況時，此時的空調運行情況可簡單如圖3流程圖所示。

圖3 取消模式計算時間后制冷簡略圖

根據所發現的情況，后期根據實際情況調高了濕度開關動作值，同時取消了模式計算時間。從取消模式計算時間后制冷簡略圖3中可以看出，當取消計算時間后，制冷過程中空調此時會根據圖1中的溫度曲線進行平穩的降溫，雖然增加了空調的制冷運行時間，但也避免了在特定條件下出現溫度急劇降低的情況。列車庫內和線上運營情況良好，目標溫度不會出現大的變化，基本能夠維持在25 ℃左右進行變動，而且變動是平緩進行。當濕度開關動作后，此時的空調也能夠根據制冷曲線進行平緩調節，根據室內溫度選擇所需要的工作模式。不會出現維持在某一個高制冷工況內的情況。

目前有些地鐵雖然說大部分是在隧道內穿行，但也有少部分城市的地鐵會上高架運行。特別是武漢這種城市，當列車從高架運行進入隧道時，如果遇上高溫天氣出現高架上溫度和隧道內溫差相差太大和不同區域濕度變化比較大的時候。如果存在模式計算時間和出現濕度開關設置值不合理的情況時，會出現目標溫度下降過大，使得空調進入更高的制冷工況后保持一個長時間的高制冷工況狀態，進而導致客室溫度下降過快的情況。因此取消模式計算時間和綜合區域濕度分布特點設置濕度開關動作值，可以有效避免此情況發生。

3 結語

設置濕度開關和模式計算時間的初衷是為了提高乘客舒適度。因此應該結合目標城市的天氣情況設置濕度開關動作值，同時取消模式計算時間。這樣可以防止出現客室溫度下降過低情況，提高空調工作模式轉換靈敏度，可以提高乘客舒適度。