列车检修库局部空调送风参数研究

许力方 雷 波



列车检修库局部空调送风参数研究

许力方 雷 波

（西南交通大学机械工程学院 成都 610031）

以局部空调环境下的列车检修库工作区为研究对象，选取PMV-PPD指标作为热舒适评价标准，得到满足作业人员热舒适的空气参数。以成都列车检修库为例，校核实际作业区空气参数并计算局部送风参数及空调负荷。

检修库；局部空调；PMV-PPD；送风参数；空调负荷

0 引言

列车检修库是车辆停放、检查、整备、运用及修理的管理中心，担负着各工艺设备的维修、检测、管理工作。检修库内作业人员、检修设备及车辆本身会产生大量的热量，同时检修库内并未设置机械排风，夏季气温较高时，工人作业环境较为恶劣，影响作业安全和检修质量。

列车检修库属于高大工业建筑，工人作业区域不定且空间有限，宜采用移动式局部空调改善作业环境。本文分析作业区环境参数、空调送风参数和空调负荷，为移动式局部空调设计提供参考。

1 列车检修库工作特点

列车检修库主要包括临修库、不落轮镟库和检查库。临修库主要是对影响运行舒适度、平稳度以及运营安全等情况进行临时、突发性故障检修，主要对动车组转向架及走行部、受电弓、空调、制动等大部件检查或更换检修，以及对车内设备、车外其他机械或电气部分进行故障检查或更换检修。不落轮镟库主要是对车轮进行不解体镟修加工。检查库主要对列车进行一、二级修，主要通过车载设备和地面设备对动车组技术状态进行检查与检测，更换易损易耗件和故障件，及时消除各类设备故障，同时对全列车进行客运整备作业，保证动车组设备完好地投入上线运营。

通过现场调研，临修库作业全部需要工人手动操作，为轻度或中度体力劳动；工人作业时间较长，通常在6小时以上；列车单侧检修人员2～3人，工人主要活动区域长5m，最小宽度1.4m，最大宽度2.7m，移动式空调送风距离2m。不落轮镟库车轮单侧工作人员1人，作业人员大多数时间可静坐休息，整个工作段内活动量小，工作时间持续1～2个小时；工人主要活动区域长3m，宽1m，作业人员可根据使用习惯任意放置移动式空调，送风距离不固定。检查库与不落轮镟库类似，工人作业区域阻挡较少，机组可任意放置。

2 列车检修库作业区环境参数

2.1 列车检修库热舒适评价模型

预测平均投票数和预测不满意百分数（）评价指标是应用最广泛的热舒适性指标，并被编入国际标准ISO7730，它是在大量实验数据的统计分析的基础上，并结合人体的热舒适方程，提出的表征人体热舒适的一个较为客观的指标。该指标综合考虑了人体活动程度、衣服热阻、空气温度、平均辐射温度、空气湿度和空气流动速度等六个因素，并从心理、生理学主观热感觉的等级为出发点，是迄今为止，考虑人体热舒适感诸多因素最全面的评价指标。

Fanger教授提出了基于当人体蓄热率=0时的预测平均评价的关系式[1]：

=[0.303exp(-0.036)+0.0275]（1）

式（1）中，为人体的新陈代谢率，W/m2；为人体热负荷，W/m2。可按下式计算：

=--3.05[5.733-0.007(-)-P]-0.42(--58.2)-0.0173(5.867-P)-0.0014(34-t)-3.96×10-8f[(t+273)4-(+273)4]-fh(t-t) （2）

式中：为人体向外所做的机械功，W/m2；P为水蒸气分压力，kPa；t为空气干球温度，℃；f为服装的面积系数，(m2·℃)/W；t为衣服外表温度，℃；为环境平均辐射温度，℃；h为对流换热系数，W/(m2·℃)。

根据参考文献[3]，将、等参数代入到方程式（1）中，得到检修库热环境下以P、t、t为自变量的预测平均评价方程：

=0.0325×{51.66+5.022P+0.1596t-4.0788×10-8[(t+273)4-(t+273)4]-12.463(t-t)}（3）

指标代表了同一环境下绝大多数人的感觉，但是人与人之间存在生理差别，因此指标并不能够代表所有个人的感觉。Fanger又提出了预测不满意百分比（Predicted Percentage Dissatisfied）指标来表示人群对热环境不满意的百分数，并给出了它与的定量关系[2]：

=100-95exp[-(0.033534+0.21792)] （4）

2.2 列车检修库热舒适度等级

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[4]，将热舒适度划为两个等级，Ⅰ级夏季0≤0.5，≤10%；Ⅱ级0.5≤≤1，10%≤≤27%。考虑到节能和作业时间，可将检修库作业区的舒适度等级定为Ⅱ级。计算出列车检修库夏季舒适度等级为Ⅱ级时的检修库工作区的风速，温度t，相对湿度，见表1。

图1 检修库工作区舒适度随风速(v)、温度(ta)、相对湿度(RH)的变化曲线

表1 0.5≤PMV≤1时的空气参数

续表1 0.5≤≤1时的空气参数

Table 1 Air parameters under 0.5≤PMV≤1

图1给出了部分随风速、温度、相对湿度的变化曲线图，从图中可知风速对的影响比温度大，相对湿度对的影响最小。

2.3 列车检修库作业区空气参数

成都夏季通风室外计算温度28.6℃，相对湿度70%，含湿量17.5g/kg。通过EnergyPlus软件模拟得到成都地区检修库自然通风下室内温度为29.7℃，室内含湿量与室外含湿量相等，均为17.5g/kg，室内相对湿度66.4%，空气焓值74.58kJ/kg，此为局部空调空气处理前参数。

经过指标计算得到的作业点环境参数（表1），通过局部射流公式[5]和卷吸公式[6]分别得到的送风温度、送风速度和送风含湿量，采用这样的计算方法，送风温度和送风湿度不存在耦合。但是移动式局部空调在没有再热或加湿的情况下，实际空调送风温度与送风湿度（相对湿度）是密切耦合的，二者不能同时满足设计要求。通常情况下，先满足作业区设计温度的要求，为了获得相同的热舒适性（），采用改变作业区风速的方法来解决。

以作业区环境温度27℃，相对湿度70%，风速1m/s为例进行计算。利用局部射流公式[5]得到送风温度22.6℃，送风速度3.2m/s。送风温度22.6℃时，露点送风含湿量16.4g/kg，经射流卷吸，作业区相对湿度变成76.7%，为达到相同热舒适性（），风速从1m/s提高到1.05m/s。同理，当作业点环境温度27℃，相对湿度80%，风速1m/s时，经校核，实际作业区环境参数为：27℃，相对湿度76.7%，风速0.95m/s。

当作业区23～26℃时，送风温度较低，空调负荷较大，在此区间内的工作区参数并无太大实际意义。针对成都列车检修库，提出作业区27～29℃时的空气参数，见表2。

表2 实际作业区空气参数

作业区相对湿度由送风含湿量、周围空气含湿量共同决定。当列车检修库地理位置确定后，列车检修库周围空气参数确定；当作业区的设计温度一经确定，送风温度、送风含湿量随之确定；然后在相同下确定工作区风速，最后确定送风速度。表2说明，作业区相对湿度与作业区温度一一对应，在这种情况下，人体热舒适（）取决于风速。

3 列车检修库局部空调送风参数及空调负荷

3.1 送风参数和空调负荷计算方法

为实现机组统一，根据现场调研结果，确定单个工位局部空调作业区送风距离为2m，送风宽度0.7m。根据参考文献[5]的局部送风射流计算公式，选择直径150mm风口，当送风距离为2m时，求得作业区有效宽度为0.73m，满足设计需求。根据表2给出的作业区温度、风速并结合射流公式，求得送风温差及送风速度，从而进一步求得送风温度、送风风量。

局部空调负荷包括显热和潜热两部分，计算公式如下：

式中，为空调全热负荷，kW；1为空调显热负荷，kW；2为空调潜热负荷，kW；为空气质量，kg/s；1为空气处理前焓值，kJ/kg；2为空调送风焓值，kJ/kg；为空气定压比热，kJ/(kg·K)；1为空气处理前温度，K；2为空调送风温度，K。

3.2 局部空调送风参数及空调负荷

以成都地区列车检修库为例，对单个工位计算得到列车检修库局部空调的送风参数及空调负荷，结果见表3。当作业区温度高于27℃时，局部空调采用非露点送风，此时送风含湿量与检修库内环境空气含湿量相同，无潜热负荷，局部空调负荷较小。

表3 列车检修库局部空调送风参数及空调负荷

3.3 作业区温度、风速对空调负荷影响

为了研究作业区温度、风速对局部空调负荷的影响，选择作业区温度分别为25、26、27、28、29℃，风速分别为0.5、1.0、1.5m/s时的局部空调负荷作为研究对象，分析结果见图2。

（a） （b）

图2 局部空调负荷随温度、风速变化图

Fig.2changing withtand

图2（a）中，工作区温度在25～27℃时，负荷由潜热和显热组成。当作业区温度每升高1℃时，潜热负荷下降比例比显热负荷大，且各负荷下降比例均不相同；当工作区温度在27～29℃时，作业区温度每升高1℃，显热负荷均下降58.8%；当只有显热负荷时，空调负荷与温度成线性关系。

图2（b）中，当风速从0.5m/s变化到1m/s，风速增大一倍，局部空调显热负荷与潜热负荷均增加100%；当风速从1m/s变化到1.5m/s，风速增加50%，显热及潜热负荷均增加50%，由此可知局部空调负荷与风速呈正比例关系。

4 结论

通过现场调研，明确了列车检修库的现场环境和工人作业特点并计算得到满足工人热舒适性要求的空气参数。以成都列车检修库为例，计算分析了列车检修库单个工位移动式局部空调送风参数及空调负荷，分析了作业区温度和风速对空调负荷的影响，其结果可作为移动式局部空调设计参考。

[1] ASHRAE Standard 62.1.Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality[S]. Atlanta: American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers, Inc, 2004.

[2] Fanger P O. Thermal comfort[M]. Copenhagen: Dan ish Technical Press, 1970.

[3] 朱颖心.建筑环境学[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[4] GB/T 50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[5] 王汉青.通风工程[M].北京:机械工业出版社,2007.

[6] 廉乐明.工程热力学[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

Research on the Local Air Conditioning Air Supply Parameters in Train Service Shop

Xu Lifang Lei Bo

( School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, 610031 )

This thesis is based on the air parameters condition which meets the thermal comfort for personnel working in train service shop under local air conditioning. With the selection of PMV-PPD index as the thermal comfort standard, we got the air parameters satisfying personnel’s thermal comfort. In the case of Chengdu train service shop, we checked the actual operating area air parameters, and obtained the air supply parameters and air conditioning load of local air conditioning.

Train service shop; Local air conditioning; PMV-PPD; Air supply parameters; Air conditioning load

1671-6612（2016）06-630-04

TU831.1

A

许力方（1990.12-），女，在读硕士研究生，E-mail：303734754@qq.com

雷 波（1961.05-），男，教授，博导，E-mail：lbswjtu@163.com

2015-06-11