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變制冷劑流量空調系統列車(chē)論文
0前言
我國經(jīng)濟的持續高速發(fā)展，客觀(guān)上對交通和運輸提出了更高的要求。鐵路作為交通運輸市場(chǎng)的傳統主導，近年來(lái)卻面臨著(zhù)高速公路和民航運輸的巨大挑戰。近期國家不僅規劃建設跨省鐵路項目沿海鐵路（上�！獙幉ā钲凇愀劭焖勹F路），以實(shí)現全國范圍“四橫四縱”鐵路快速客運通道構想，而且正在積極籌建中巴鐵路，實(shí)現我國新疆與巴基斯坦的陸上交通，以及建設中緬鐵路—西南出海鐵路大通道，架設南亞大陸橋以加快我國西部大開(kāi)發(fā)。中國鐵路網(wǎng)將在全球戰略定位的基礎上，具有新的戰略意義。對于鐵路客運市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，實(shí)現客車(chē)的高速化、舒適化顯得尤為迫切。面對新的更高的要求，我國列車(chē)客車(chē)空調通風(fēng)系統一方面需要有條件的吸收引進(jìn)世界最新科技成果，一方面需要加強自主創(chuàng )新。
目前我國現有使用的列車(chē)空調大部分采用單元式空調機組，這種列車(chē)空調的控制系統簡(jiǎn)單,僅能通過(guò)控制機組的開(kāi)停對機組進(jìn)行安全保護和對客車(chē)車(chē)廂內進(jìn)行溫度控制,難以滿(mǎn)足極不穩定的列車(chē)空調運行工況,不能滿(mǎn)足乘客對舒適性的要求。又由于空調通風(fēng)機始終滿(mǎn)負荷運轉狀態(tài),不能根據熱、濕負荷變化而調節,造成嚴重的能耗浪費。[2]
變冷媒流量空調系統(VRF)，自1982年日本Dakin公司首先推出以來(lái)，二十幾年中得到迅速發(fā)展和推廣，已經(jīng)在民用建筑上被廣泛應用。VRF系統的特點(diǎn)可以有效解決現有列車(chē)單元式空調機組的不足。
1VRF系統的特點(diǎn)
�。�1）VRF系統根據系統負荷情況，通過(guò)變頻控制器自動(dòng)調整壓縮機轉速（變頻范圍50%~130%），使系統內冷媒的循環(huán)流量得以改變，進(jìn)而對制冷量進(jìn)行自動(dòng)控制以符合使用要求，從而能保證在負荷變化范圍內，壓縮機以較高的效率運行。VRF空調系統在部分負荷時(shí)的能效比相當高，當部分負荷率在40%～60%之間變化時(shí)，VRF空調系統的能效比相對最高[4]�？梢�(jiàn)，列車(chē)在多變的氣候條件下，大部分時(shí)間空調處于低負荷工況，VRF空調系統在低負荷狀態(tài)下運行時(shí)能耗小，能效比更高，故可有效地節約能源。
�。�2）VRF空調系統擁有一套方便、專(zhuān)用的微電子系統，能提供控制、檢測、管理包括能量消耗等項目的各項功能，可以實(shí)現優(yōu)越的控制功能：a．成組控制，通過(guò)遙控器連接機組；b．區域控制，將幾組作為一個(gè)區域，通過(guò)集中遙控器上的操作按鈕對其進(jìn)行控制；c．組塊控制，用集中檢測面板控制整個(gè)系統，監控數據通過(guò)數據站、主站傳送到集中檢測面板上。靈活的控制系統尤其適用于列車(chē)臥鋪車(chē)廂，可以分別獨立的對各包廂單元進(jìn)行調溫、除濕、控制風(fēng)速多功能控制，從而保證各臥鋪包廂的舒適性。
�。�3）VRF系統由一臺室外機和數臺室內機組成，因而又稱(chēng)為多聯(lián)機空調系統。多臺不同種類(lèi)的室內機由一個(gè)冷媒管路連接，每一臺室內機可以根據控制單元的要求，進(jìn)行獨立的制冷或制熱的運轉。目前變制冷劑流量最先進(jìn)的空調技術(shù)，室內機數量可多達16臺，并可進(jìn)行獨立的控制；由于VRF技術(shù)解決了回油運轉問(wèn)題，使室外機與室內機之間的冷媒管長(cháng)度延至l00m，室內機與室外機之間的高低差增加至50m，各室內機之間高差可允許15m。
2軟臥車(chē)廂的立面特點(diǎn)和負荷特點(diǎn)
�。�1）軟臥車(chē)廂車(chē)體長(cháng)25米，每節有10個(gè)包廂，依次排列相連接。各包廂尺寸相同、方位一致，包廂外是公共通道，沒(méi)有可供休息桌椅，乘客主要在包廂內休息；
�。�2）包廂尺寸：2.05×2×2.54（長(cháng)×寬×高：米），每個(gè)包廂分上、下鋪共4個(gè)鋪位，包廂內立面空間小，乘客只能在鋪位坐立和躺臥，其它活動(dòng)區域很��；
�。�3）整節車(chē)廂呈狹長(cháng)形，車(chē)內定員為41人(包括1名乘務(wù)員)。車(chē)體6個(gè)表面均為散熱面，車(chē)廂冷、熱負荷大，各包廂冷、熱負荷基本相同；
�。�4）車(chē)廂內溫度冬季應不低于22℃，夏季不高于26℃，應保持空氣新鮮；（“鐵標”規定）
軟臥車(chē)廂相對硬座、硬臥車(chē)廂車(chē)內人員少，新風(fēng)負荷和新風(fēng)量較��；包廂內舒適性要求高，各鋪位空間溫度場(chǎng)和微風(fēng)速場(chǎng)應盡可能均勻穩定。根據軟臥車(chē)廂的立面特點(diǎn)和負荷特點(diǎn)，VRF空調系統的多聯(lián)機方式符合列車(chē)軟臥緊湊包廂分隔的立面形式,適用于軟臥車(chē)廂狹長(cháng)空間的冷量輸送。本文提出采用變冷媒流量空調通風(fēng)系統替代單元式空調機組的新思路，對列車(chē)軟臥車(chē)廂使用VRF空調系統做管路設計。
3列車(chē)軟臥車(chē)廂VRF空調系統管路設計
3.1新風(fēng)管路
列車(chē)軟臥車(chē)廂采用VRF空調送風(fēng)系統,外部空氣通過(guò)車(chē)體一側新風(fēng)口、新風(fēng)吸入箱，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入全熱交換器，與車(chē)廂內排風(fēng)熱濕交換后，新風(fēng)由新風(fēng)管道送至每個(gè)臥鋪包廂吊頂內的靜壓箱。新風(fēng)與室內機處理后的回風(fēng)在其中充分混合后送至各個(gè)軟臥包廂中。
3.2回風(fēng)管路
軟臥包廂頂部送風(fēng)在室內循環(huán)后，沿包廂底部的出風(fēng)格柵排出到包廂外的行人走廊。如圖2，在每個(gè)臥鋪間吊頂上分別安裝一臺室內機組，室內機連接回風(fēng)口設置在臥鋪間對面車(chē)窗以上，回風(fēng)經(jīng)由走廊側壁吸入回風(fēng)口，再由回風(fēng)管引入室內機處理。這種送回風(fēng)方式，不同于列車(chē)單元空調機組僅在車(chē)廂走道門(mén)外吊頂處設置一個(gè)的集中回風(fēng)口，防止集中回風(fēng)混雜的煙氣在負壓作用下又誘引入車(chē)廂臥鋪間，從而有效避免空氣二次污染。
3.3排風(fēng)系統
VRF空調系統的排風(fēng)一部分由全熱交換器與新風(fēng)熱量交換后排出。設計時(shí)，室內排風(fēng)可以從車(chē)廂內臥鋪包廂吊頂上接小段風(fēng)管直接吸入，經(jīng)過(guò)換熱機熱交換后連接由排風(fēng)管引至車(chē)廂底部排出。另外部分廢排氣由廢排風(fēng)機通過(guò)車(chē)底的橫向風(fēng)道與軟臥車(chē)廂包廂外走廊側壁的風(fēng)道相連，吸入廢排氣至車(chē)體外，為保證車(chē)廂內正壓，廢排風(fēng)機與壓力保護閥連接。
3.4冷凝水管管路設計
VRF空調系統的每臺室內機都引出一條冷凝水管，并由一條總冷凝管道順次的按照1%的坡度連接，一起排到列車(chē)洗漱間或衛生間。冷凝水管直接從室內機的凝水盤(pán)底部引出，凝水盤(pán)不存水，可以減少滋生細菌現象發(fā)生。
3.5冷媒管路設計
VRF空調系統室外機與室內機冷媒配管連接方式有三種：線(xiàn)性分流方式、端管分流方式和組合方式。制冷壓縮機吸氣管路過(guò)長(cháng)會(huì )引起制冷系統的制冷能力降低和單位制冷量耗電量的增加，所以必須綜合考慮配管與節能兩方面的因素。軟臥車(chē)廂上選用的是線(xiàn)性分流方式，如圖3所示。通過(guò)冷媒分歧管和管道接頭將各室內機順次連接在一起，這種配管方式特別適用于列車(chē)車(chē)廂這種縱深較長(cháng)的空間。因每間包廂外形尺寸相當，空調負荷也相當，室內機選擇同一型號，并且安裝在各包廂吊頂同一標高上，所以冷媒管路設計簡(jiǎn)單，不需要分區。目前冷媒配管采用同徑化管道系統技術(shù)，只需冷媒主管道管徑相同就可以應用。由于采用統一管徑，管道施工和管徑選擇大量簡(jiǎn)化，系統運行穩定并且易于維護。
根據車(chē)廂尺寸和室內、外機的布置，設計配管長(cháng)度為60m。VRF系統室內機以冷媒R22作為傳熱介質(zhì)，其傳送的冷量幾乎是以等流量水的10倍、空氣的20倍，所以列車(chē)車(chē)廂空調的冷媒配管管徑很小，（以10HP的室外機為例，對應冷媒管管徑φ28.6mm，外加不足10mm厚的高效的橡塑保溫材料。）無(wú)需如傳統的空調系統那樣占據大量的管道空間。系統采用冷媒直接蒸發(fā)式供冷，省去了水系統換熱的能量傳遞環(huán)節，從而減少了輸送耗能及冷媒輸送中的能量損失。
4結論
變制冷劑通風(fēng)空調系統既能體現車(chē)廂內各包廂的立面和負荷一致性，又可以滿(mǎn)足各包廂空調的獨立性控制和舒適性調節要求,同時(shí)實(shí)現列車(chē)低負荷條件下的節能。通過(guò)管路設計,說(shuō)明軟臥車(chē)廂使用VRF空調系統的可行性。列車(chē)采用VRF空調系統的舒適性和安全性需要進(jìn)一步研究和實(shí)驗分析。
參考文獻
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