市域动车组空调系统设计

于玉超+丁大龙+张萌

摘要：介绍了某市域动车组空调系统设计的研究背景、工作方式、主要组成及工作原理，对市域动车组空调系统设计具有一定的参考及借鉴意义。

关键词：市域动车组；空调系统；加热；制冷

1 背景介绍

随着国家经济社会的发展和城市化进程的加快，城市轨道交通市场对市域动车组的需求呈现明显上升趋势，并将在短期内形成发展规模。市域动车组主要连接城郊（如城市外环、卫星城、城市远郊）、相邻的城市或地区（如旅游景点、机场等）。市域动车组以载客量大、快速起停等特点得到越来越多的关注。

本文以某时速160公里城际动车组空调系统方案为例对市域动车組的空调系统进行优化设计。

2 工作方式

客室空调系统工作方式如下：

（1）新风经过空调机组上新风口吸入，并进行初步过滤。

（2）回风主要通过车厢内边顶区域的缝隙吸入，经边顶上部与车顶之间的回风空间进入客室空调机组。

（3）回风和新风在空调机组内的混合腔中混合，经过空调机组内部的蒸发器或电加热器的处理，即经过制冷剂蒸发制冷或电加热器加热处理。

（4）经过处理的气体通过送风道系统送到需要调节的客室。

（5）废气是通过车顶内装缝隙，再经车顶上的自然通风器排出车外。

（6）车内的辅助加热器为客室区域补充供暖。

（7）司机室通风单元通过内部的调速风机和加热器，分别为司机室进行增压供风和补充供暖。

（8） 系统控制由位于通过台间壁内的空调控制柜进行。空调控制柜内的控制器通过读取新风温度传感器、回风温度传感器、送风温度传感器的温度值，控制各部件的运行。

（9）主回路供电失效时，由应急逆变器给空调机组通风机供电，关闭回风门，为车内提供足够新风。

3 系统功能及组成

空调系统具有如下功能：预冷、预热、通风、制冷、加热、紧急关闭、客室温度调节功能。

空调系统主要由以下部件组成：

3.1 客室空调机组

空调机组为单元式结构，安装在客室两端车顶框架内，通过8个减震器与车体连接。空调机组送风口和回风口均在机组两前端面，冷风通过风道与客室内部相通，通过车体两侧缝隙进行回风。

机组箱体从结构上分为室内蒸发腔、室外冷凝腔两部份。离心式通风机、蒸发器、电加热器等安装在室内蒸发腔；轴流式冷凝风机、冷凝器、压缩机等安装在室外冷凝腔。主要部件包括全封闭涡旋式压缩机2台、离心式通风机2台、轴流式冷凝风机2台、冷凝器2台、蒸发器2台，电加热器2台等。机组内设有混合风滤尘网，打开机组小盖板，可进行清洗、拆换等操作，简单方便。

空调机组选用全封闭涡旋制冷压缩机，以R407C为制冷剂，毛细管为节流元件。每台机组由两个独立的制冷循环系系统组成，能够根据车内热负荷的情况调节空调机组的冷量。

3.2 司机室送风单元

司机室设置一台送风单元，保证司机室内的通风和制热功能。

司机室送风单元是用于轨道车辆司机室的增压换气设备，结构型式为单元式，安装在司机室车顶部，将处理过的空气经送风口送入司机室。送风单元耐振动、抗冲击，能适应地面及地下隧道等不同的运行环境。

司机室送风单元的外罩采用不锈钢板材质，送风单元主要由离心风机、电加热器、变压器等组成，可以实现制热和通风功能，通过司机台的选择开关实现模式调节。司机室送风单元通过离心风机由进风口从客室主风道引入经空调处理后的空气，由出风口送入司机室。司机室内送风的方向由通风单元出风口导向器进行控制，可根据司机喜好调整送风角度，从送风口送出的空调风能直接吹到司机座位区域。司机室内安装有电加热器，可通过调节模式开关来实现制热模式。

3.3 供风道

在每一节车厢端部设有一组送风道，用于对车内空气的输送和分配。送风道采用铝板，内部粘贴保温材料。风道具有良好的密封性，车门关闭时能有效地隔热、隔声。

由于空调机组采用顶置前出前回，两端送风的型式，风道布置采用对送式送风。客室送风道安装在车顶的顶板上方，在顶板上有通长的送风格栅沿车体两侧分布，通过格栅向客室送风，这样的分布保证客室区域的空气流动比较均匀。当一台空调机组发生故障时，另一台空调机组处理后的空气也能送入整个车厢。

软风道连接客室风道与司机室风道，将处理后的新风通过软风道引入司机室。软风道材料为氯丁橡胶，风道的防火要求符合DIN5510的相关标准，阻燃等级执行4级。

3.4 回风道

在客室风道下方布置有回风道，回风道与客室送风道集成在客室送风道上，这样既节省了安装空间，又保证客室内的空气循环再利用，通过客室空调机组这个介质完成送回风功能。

3.5 排风装置

在每个头车车顶外设置8个排风装置，中间车车顶外设置6个排风装置。

排风装置属于自然通风器，用于向车外换气和应急通风。排风装置能调节车内气压，其调节风门根据车内压力变化而动作。当车内无正压时，排风装置的调节风门保持关闭状态；当车内有正压时，排风装置的调节风门打开；根据车内正压的大小，排风装置的调节风门打开角度不同，正压越大，开度也越大，从而保证车内压力相对恒定。在应急通风时，调节风门开度为最大，从而保证车内有足够的废气排出。

3.6 电加热器

在每一节车厢的客室座椅下部，布置了两种规格的电加热器。电加热器采用不锈钢外壳和不锈钢绕片式加热管，每组加热器分两组进行控制。

电加热器工作时，不仅给车厢提供舒适的温度，还为乘客腿部提供必须的热量，以满足乘客对于温度的需求，保证客室区域的舒适性。？？

3.7应急逆变器

每辆车车下设有一台应急逆变器，用于主回路供电失效时给通风机供电，保证车内的新风供应。

4工作原理

车厢内的空气通过回风口吸入空调机组内，在蒸发器前与外界新风混合，经过滤网过滤后，在通风机的作用下，经过蒸发器，被冷却、干燥后，通过主风道均匀地送到车内。

制冷系统连续工作，使车内温度逐渐降低，从而达到制冷、除湿的目的。通过设置在车内的回风温度传感器和新风口的新风传感器，可实现对车内空气温度按照曲线自动控制。同时，配合回风阀和新风阀的控制，空调机组能够自动实现预冷、制冷和通风功能。

在交流辅助电源设备故障情况下，应急通风系统立即自动投入工作，向客室、司机室输送新风。当交流辅助电源供电正常时，空调系统自动转入正常工作状态。

5性能分析

市域动车组空调系统的布置，满足旅客对客室舒适性的要求。

在司机室，有专门为司机室通风和取暖的通风单元。在司机台上，通过旋钮可以调节司机室的风量大小和通风单元内电加热器对客室的暖风需求。

每辆车各设置两台客室空调机组，无论是车辆在定员还是超员的情况下，都能满足乘客对于新风和采暖的需求。通过客室中顶板送风格栅向客室输送新风，满足乘客对通风的需求。在车厢的顶部，有废排装置，客室内的空气通过车内的正压通过驱动废排装置的风门打开，已达到往外排风的效果。

6 总结

此市域动车组已经生产制造完成，在进行整车静止试验及运行试验时，车厢内的温度、湿度、微风速等舒适性参数均满足设计要求。此市域动车组型式试验的成功对于后续市域动车组的研发具有一定的参考性和借鉴意义。