轨道车辆给水卫生系统发展现状及趋势

马志会 张国栋 熊剑春 栾健洋 张天 王超

摘  要：轨道车辆给水卫生系统主要为旅客和司乘人员提供卫生服务设施、洗漱用水、饮用水，是轨道车辆不可或缺的重要组成部分。中国轨道车辆给水卫生技术已经比较成熟，可以较好地满足使用和检修维护要求。未来中国轨道车辆给水卫生需积极研究新材料、新技术的应用，争取站到本领域的制高点。

关键词：轨道车辆;给水;卫生;发展趋势

中图分类号：U273 文献标志码：A

轨道车辆给水卫生系统主要为旅客和司乘人员提供卫生服务设施、洗漱用水、饮用水，是轨道车辆不可或缺的重要组成部分。给水卫生主要包括给水装置和卫生装置。给水装置的主要功能是提供各种用水，如饮用水、餐车用水、洗漱用水及便器冲洗用水，主要部件有净水箱、净水管路和注水装置;卫生装置为旅客及司乘人员提供舒适的卫生设施，并收集排泄污物，主要部件有卫生间、盥洗室、集便装置、污物管路和污物箱。

1 国内外发展现状

1.1 污物收集

集便装置用于接收和存储车辆在运行期间卫生间内便器的污物或来自盥洗设施的洗漱灰水。目前国内外主要采用真空集便装置，主要分为真空保持式、真空推拉式和中转式等。

真空集便装置主要包括电气控制盘、气水控制盘、便器组成和污物箱。通过预设控制程序对气路、水路及排污管路上的各种阀门进行控制，完成“加压-冲洗-排空-恢复”循环过程，集便装置的核心技术是过程控制和故障诊断。

国外轨道车辆集便装置主要由德国EVAC设计和生产，其次丹麦的GLOVE和SEMVAC也占据一定的市场份额，技术都非常成熟稳定。国内集便装置经历了技术引进、消化吸收、再创新等阶段，已形成了符合中国铁路运营需求且深度统型集便装置技术，从功能、接口和子部件都进行了定义，为未来的运营检修打下了良好的基础[1]。

真空集便装置在使用时会产生较大的瞬时噪声，影响乘客舒适性。尤其对于卧铺车来说，较大的噪声会严重影响乘客休息，如何有效降低真空集便装置的瞬时噪声将成为改善旅客乘坐环境舒适性的一个重要研究方向。

1.2 绿色环保

1.2.1 微生物降解

为了减少或消除污物的二次处理和污染，降低后处理费用，国外已经开始研究从源头降解和处理污物。德国、瑞士[2]、印度、印度尼西亚、越南和孟加拉等国家在部分车辆中采用了微生物降解污物技术，即污物箱演变为收集和降解污物的空间。此种方式不需要吸污，污物在污物箱内降解后可直排，但处理污物速度较慢，对微生物的生长环境要求严格，一旦污物箱加热系统损坏或列车需要断电，微生物就会失去活性。

1.2.2 灰水

由盥洗設施排出的废水简称为灰水，灰水可直接排入轨道上，也可通过集便装置收集存放于污物箱中。由于环境保护的需求，并考虑低温时冻结的影响，灰水收集进入污物箱已经在国内动车组上广泛实施，但污物箱的容积增加了约33%，这对整车的空间布置是不利的。

受民用废水回收利用的启发，德国已经开始研究将列车灰水进行净化，净化后的灰水用于冲洗便器，这种方法既可以节省污物箱容积，还可以节省净水箱容积、减轻列车重量;国内也开始了对灰水净化再利用进行了地面静态研究，主要研究方向为物理过滤净化。

1.2.3 卫生间异味

卫生间的空气环境由空调系统集中送新风，并通过废排系统进行排废气。如厕产生的异味可通过空调系统消除。但卫生间内的清洁剂、消毒剂遗留的气味，以及隐蔽角落潮湿的环境滋生细菌微生物而产生霉味，垃圾异味，空调系统无法完全消除。因此有效消除卫生间异味的技术将成为改善旅客乘坐环境舒适性的又一个重要研究方向。

1.3 轻量化

1.3.1 水箱

目前，国内外列车的水箱通常采用不锈钢材质，既可满足强度、防腐、不污染水质等各项要求，同时具有优异的防火性能。为了降低重量，国外部分车辆的车内小水箱采用了塑料材质，不仅重量轻，且防腐性能优异，防火性能也满足车辆要求，但是要满足25～30年的寿命要求，还需结合运用来验证。

1.3.2 净水管路

净水管路通常采用不锈钢或铜材质，其中中国和大部分欧洲国家净水管路主要采用不锈钢，美国、加拿大主要采用铜材质。由于不锈钢或铜本身的材质特性，安装时调整量较小，对于更改量比较频繁的管路来说是不利的。CRH3型车及德国的动车组少量采用了铝塑管，这种铝塑管成型好、调整量大、重量轻、成本低，装配较容易。对于净水管路来说，可尝试采用此种铝塑管，但是需重点关注防火和环保性能，满足相应标准的要求。

1.3.3 污物箱

污物箱是储存污物的装置，材质一般为不锈钢材质。日本新干线车辆的污物箱首次采用了FRP复合材料制造，其结构为在FRP复合材料制椭圆形外壳周围，用加热方法粘接聚氯乙烯泡沫塑料，并在上面再手糊一层FRP复合材料的夹层结构。FRP复合材料重量较小，不易被腐蚀，但是要满足强度需求，就需要采用椭圆或圆形结构，不能充分利用列车空间，工艺较复杂，大面积应用存在困难。

1.3.4 卫生间

目前国内外卫生间壳体和地板主要采用玻璃钢材质[3]，墙板主要采用铝蜂窝，顶板和检查门主要为高密度板。随着新材料碳纤维、纸蜂窝等的出现，国内外已经开始探索这些轻型材料在卫生间上的应用，但也发现了纸蜂窝刚度不足、碳纤维与其他材料连接困难的问题，且成本高昂，未大面积推广。

2 给水卫生系统发展趋势

2.1 污物收集

集便装置噪声主要来自喷射器和抽吸污物时便盆处的噪声，可以高达93 dB～96 dB，对邻近的客室乘客产生影响，尤其是对卧铺车的乘客产生较大影响。目前国内外对于集便装置的隔音降噪研究不足，并无有效的措施。基于旅客舒适性需求，未来可从2个方面进行研究。1）对喷射器产生的噪声，可以在喷射器外围设置隔音装置，减少噪声的传递。2）便盆处的噪声可以可通过便盆底部管路的变径降低噪声;卫生间区域可以整体进行隔离降噪，使噪声不能传递到客室区域。

2.2 绿色环保

2.2.1 微生物降解

深入研究微生物降解技术，减少外界环境对微生物的影响，提高微生物降解的效率，达到直排水的标准是未来研究的重点[4]。另外，为了提高污物降解的效率，也可以采用电化学方法降解污物，但是需要考虑周期性添加试剂产生的成本，选择相对低廉且效果好的试剂是非常重要的。

2.2.2 灰水再利用

國外学者Robert E Eden等曾提出：在长途旅行列车上，旅客使用过的洗漱水，污染杂质只占0.1%左右，比海水的3.5%还少，经过适当处理可再重复利用。灰水再利用技术可将洗盆的灰水经过简单处理后冲洗便器，一方面节省水箱用水，缓解列车上用水紧张的局面;另一方面大大降低污物箱的容积负荷;水箱和污物箱容积变小，同时也会降低重量，可谓一举三得。

灰水再利用装置需兼顾以下3点。1）列车是一个狭长体，大部分空间用来承载旅客，装置安装空间很小，因此必须采用处理空间小、质量轻的设备。2）列车运行时间有限，要选用速率快、最好能实现即开即停的处理技术手段。3）应平衡处理效果和制造费用的矛盾，达到处理效益和成本的平衡。

目前国内外灰水再利用技术处于静态研究阶段，主要通过过滤的方式处理洗盆灰水，出水基本可以达到中水回用的标准。不过暂未经过实际运营的验证，滤料的更换周期、成本和可靠性等有待验证，并继续优化。

2.2.3 除异味措施

卫生间内的清洁剂、消毒剂气味以及隐蔽角落潮湿的环境滋生细菌微生物而产生霉味，垃圾异味，可通过加装除菌除味小设备或环保健康版来解决。

除菌除味小设备主要通过高电压击穿气体，产生一定浓度的臭氧，通过臭氧的氧化作用达到除菌除味的目的。日本在这方面的技术领先，并具有国际专利，核心技术是控制臭氧浓度在一定范围内，不对人体造成危害，且将列车提供的低压转化成高压的电控设备安全可靠。日本的这种设备已在机场等大型公共场所应用，正逐步在轨道车辆上推广。

另外一种可降解异味的设备是环保健康板，它采用无臭氧、无放射性、不插电、免维护的负离子发生技术，不需要通电就能释放大量对人体有益的负氧离子，能消烟除尘、杀菌防霉、去除甲醛氨气、净化空气，创造健康舒适的局域空气环境，并且具有耐高温、防火、绿色环保、绝热、隔音和无有害物质等特性。这种健康板可直接粘接在卫生间内部的墙板上，目前在轮船的卫生间中广泛应用，后续可以推广到轨道车辆卫生间。

2.3 轻量化

2.3.1 水箱

重力式供水的水箱一般位于车内较高位置，通过高度差给用水部件供水。此种水箱重心较高，且采用不锈钢板拼焊而成，为了保证强度，通常会设置筋板，重量较大，对于整个车辆的设计不利。尽管法国部分车辆和我国CRH1前期车型的车内小水箱采用过密度较小的塑料材质，但是技术并不成熟，拼缝及管路接口等采用何种方式连接，如何保证强度等都需要研究。随着新型材料研究的进步，各种性能优异的塑料也源源不断地出现，基于减重需求的塑料材质的水箱发展前景广阔。车内容积较小的水箱可优先考虑采用塑料材质，并针对轨道车辆的特殊需求，研究满足使用和强度要求的轻型水箱。

2.3.2 净水管路

铝塑管是一种由中间纵焊铝管、内外层聚乙烯塑料以及层与层之间热熔胶共挤复合而成的新型管道。聚乙烯是一种无毒、无异味的塑料，具有良好的耐撞击、耐腐蚀和抗天候性能。中间层纵焊铝合金使管子具有金属的耐压强度，耐冲击能力使管子易弯曲不反弹，铝塑复合管具有金属管坚固耐压和塑料管抗酸碱耐腐蚀2个特点。铝塑复合管内部平滑、不腐蚀，不结水垢，弯曲容易，最可贵的是铝塑管不易结霜，保温性好，非常适合使用于水管路系统中使用。

2.3.3 卫生间

随着减重需求越来越迫切，新型轻质材料逐渐开始在卫生间中使用，最主要的就是用碳纤维代替玻璃钢，纸蜂窝代替铝蜂窝。目前，碳纤维和纸蜂窝并未大面积使用在卫生间中，仅在减重要求非常高的车辆中进行尝试，主要原因是这2种材质的成本较高。随着碳纤维和纸蜂窝材料的发展，相信未来可以突破成本的枷锁，大面积应用在卫生间中。

3 结语

我国的给水卫生技术经过了引进消化再吸收的过程，已经比较成熟可靠，可满足运营维护需求。未来可以在中国轨道车辆给水卫生系统中，积极研究新材料、新技术，在舒适性、绿色环保和轻量化等方面实现给水卫生新一轮的变革。

参考文献

[1]岳文志，王卫，董德洪，等. 铁路客车统型真空集便装置的设计.设计制造，2015，53（2）：20-22.

[2]王兴华，缪峰，葛会超.旅客列车自处理式卫生间新技术发展探讨[J].铁道车辆，2015，53（11）：31-34.

[3]崔婧美，李瑞淳.国外铁路车辆卫生间设计[J].科技创新，2014（3）：13-14.

[4]范青杨.集便器在中国轨道车辆上的应用[J].城市轨道交通研究，2008（5）：15-17.