基于25B型高原工务淋浴车改造设计

李 曦

（中国铁路南宁局集团有限公司 柳州机车车辆有限公司，工程师，广西 柳州 545007）

目前国内的工务工程改造车主要以宿营车为主，为沿线工作者提供住宿，由于宿营车空间有限，只提供休息场所及单个厕所，洗漱不便且缺少生活娱乐设施，设计改造一辆具备淋浴、生态厕所、建身休闲于一体的淋浴车，改善沿线工作者的生活环境。结合中国铁路青藏局集团有限公司所处的高原环境提出了基于25B型高原工务淋浴车改造设计方案，具备在高原环境下循环淋浴、厕所污染物零排放、健身、生活于一体等功能，有效提升工务沿线工作者的生活质量。

1 整车设计需求

高原工务淋浴车是在25B型客车基础上加装改造。25B 型客车车体长度25500mm、车体宽度3105mm、车体高度（自重下）4433mm；原车布局为两端设通过台；一位端设小走廊、锅炉、乘务室、厕所等；二位端设置厕所、小走廊等；车辆中部设包间及大走廊或硬座。

1.1 功能需求

淋浴车是针对工务沿线工作者定向开发的，能在户外环境下满足工人淋浴、休闲、健身要求，具备高原环境下淋浴循环制热，厕所污物生态降解等特性，并具有过滤净化、影视、健身、按摩、通风换气等功能的工务工程列车。

1.2 淋浴用水量需求

由于工务沿线施工时，人员较多，为提高淋浴效率，淋浴车需要容纳几个人同时淋浴。据调研，1个人淋浴用水量约为35L，综合考虑供电、载重等问题，设计定义4个人同时淋浴，车上水箱装满水可供50人淋浴，所需总用水量至少为1.75t。

1.3 加热方式

目前市面上用水的加热方式通常有电热水器加热、空气能加热、蒸汽锅炉加热三种方式，其优缺点比较如下。

①电热水器可实现即开即用，不需要预热，具备自动调温功能，但电功率较大，温度较低的环境水温不高。

②空气能加热具有高效节能的特点，其节能效果是电热水器的4倍，但冬天易结霜、使用时需进行预热。

③蒸汽锅炉加热，耗能大且存在结水垢问题，增加设备维护成本。

综上分析，结合青藏高原环境及经济性，拟采用空气能+电加热器的淋浴组合系统循环制热。

1.4 加水方式

考虑整车连挂，结合车内布置，设置贯通水管，保证全列车贯通注水，一位端两侧各设置一个注水口，并安装净水装置，过滤杂质，减少水垢。

1.5 厕所污物处理方式

目前工务工程列车的厕所是采用真空集便的方式，污物集中在车下污物箱存储，后续到车站进行统一处理，由于工务在沿线工作时间长，一般三个月以上，没有办法定期到车站卸污，造成使用不方便，为解决这一困境，引进生物降解技术，建立生态厕所，使用适应高原的菌种对厕所污物进行降解，实现污物零排放。

1.6 淋浴污水处理方式

淋浴污水一般情况下是采用直排方式，但考虑青藏的高原环境，存在冻土，为防止淋浴污水直排冲坏轨道路基，决定在车下设置一个3t 的污水箱，收集淋浴污水，定期使用排水管引排到轨道路基外。

1.7 健身休闲方式

结合日常生活需求，配置卫星影视系统、综合训练器、动感单车、按摩椅、咖啡机等设备，打造健身休闲于一体的场所

1.8 整车结构

综上，高原工务淋浴车整车结构为下部加装3t污物箱、空调外机，管路系统重新布置，上部设置淋浴系统、洗衣机、影视系统、健身器材、电力系统、生态厕所。

2 整车结构设计

2.1 整车布局设计

根据整车设计需求及空间结构，从一位端依次布置1 个设备间、4 个淋浴间、1 个洗衣间、1 个活动间、1个生态厕所、1个配电间，整车布局图见图1。

图1 整车布局图

2.2 水箱设计

2.2.1 车上水箱设计 为有效利用空间和平衡整车配重，提高整车稳定性和安全性，将水箱设置在车顶（平顶板上方）。一位端设备间平顶板上方设置2个水箱供淋浴使用，二位端通过台上方设置1 个水箱供洗衣及厕所用水。

考虑到每次4 人淋浴，车辆装满水一次需满足50 人淋浴，每人用水量约3.2L，所需总用水量约1.75t。铁路客车的椭圆水箱容量约为1t，所以在设备间上方设置2个淋浴用水箱。洗衣及厕所用水按常规设置1个1t水箱，由于空间限制，铁路客车用的椭圆水箱尺寸过大，要保证容量不变，把该水箱设置成2000mm*1200mm*400mm 的方水箱，布置在通过台上方。

2.2.2 车下污物箱设计 车下污物箱是用来收集车上淋浴及洗衣污水，根据50 人淋浴用水标准，一天产生污水约2t 左右，且车上配置3t 水箱，为了保持配重平衡，在车下枕内二位侧配置3t 的污物箱，整体结构参照客车集便器污物箱，安装1 个温度传感器，控制加热管工作，当箱内温度低于3℃时，加热管开始工作，水温上升到8℃后，加热管停止工作，具有防止传感器失效时的保护功能；各管及阀须采取防冻措施，保证能正常使用。

2.3 淋浴系统设计

2.3.1 淋浴系统工作原理 该淋浴系统主要由空气能、电加热水箱、热循环泵、增压泵及管路组成。为克服空气能在高原低温环境工作效率下降的弊端，采用电加热水箱替代空气能常规配置的冷水箱，通过单独电气柜自动控制，使空气能和电加热水箱相互辅助工作，当环境温度底于5°C时，电热水箱通电加热制热水；当环境温度高于5°C时，空气能热泵主机启动循环制热水模式，对水箱里的水进行加热，如热泵主机工作1 个小时后，水箱中的水温仍未能达到设定值53°C时，那么电控系统会自动跳转接通电热水箱继续加热工作，加速整个制热水过程，实现循环供水，淋浴控制系统原理图见图2。

图2 淋浴控制系统原理图

2.3.2 淋浴系统的选型 考虑到高原环境下户外作业温差较大，且需要淋浴人员较多，为保证淋浴车保持在40℃左右。通过查阅相关资料，空气能功率需不低于3匹，电加热水箱功率不低于12kW。经综合考虑，选择格力空气能（型号为KFRS-20ZM/C2S），巨浪电热水箱（型号为BVE-120-12）。

2.4 生态厕所设计

生态厕所是指粪便排泄物采用微生物降解技术进行处理，粪便不需水冲、不向外排放。厕所厕具的粪便入口用活动闸板封堵起来，用来阻止人体排泄物臭味及封堵厕具洞孔，达到阻止臭气外溢和避免产生视觉污染，进入处理器的粪便在微生物菌处理下，不会产生臭味外溢，免水冲，无须外接化粪池，负压除臭，无二次污染。

本次采用的生态厕所是属于车载式，直接安装在车厢内部，无需悬挂在车下，尺寸为700mm*700mm*400mm，配置大便器、小便器、洗手池，可适用-30°C～50°C 的气温条件，日处理量达100 人次/天。该工作原理是利用微生物新陈代谢原理，将一定优化配置的降解菌种加入到菌床载体（锯末或刨花等蓬松体）置入产品的主反应器中，当排泄物进入主反应器后经搅拌器工作使之与菌床充分混合，生长在载体上的好氧菌等有效菌种分别能产生蛋白酶、脂肪酶等，使排泄物分解成被微生物利用的低分子物质，降解微生物摄取这些低分子物质后将其转化成二氧化碳（CO2）、水（H2O）等，以气体形式分离出来排放到空气中，无其他污染物排放，降解菌种还有专门消除臭味的微生物，保障空气清新。

2.5 管路设计

通过管路改造，一位端设备间水箱的水供淋浴使用，二位端通过台上方水箱供洗衣及厕所用水，水路原理图见图3。

图3 水路原理图

2.6 其他辅助功能设计

2.6.1 卫星天线选型 由于工作环境是高原地区，且在铁路沿线，无法接入网线联网看电视节目，要实现该功能，只能采用卫星天线。从历年改造车中使用卫星天线发现，普通卫星天线在高原地区无法使用，接收信号较差，为此选用一款适用高原地区使用的卫星天线，型号为：AC200V 车载动中通V9 系列，经测试满足使用要求。

2.6.2 健身器材配置 根据日常生活需求，在活动间配置综合训练器、动感单车、电动按摩椅、仰卧板、45kg哑铃套装、体脂称等，合理布局，满足日常健身需求。

3 电气系统改造设计

3.1 整车电气改造设计

①全车加装AC380V 贯通线和本车交流支线，在车体两端加装连接器插座；取消车底、车端DC48V供电线管及线路；设置应急电源柜。

②安装电加热器：侧走廊设嵌入式电加热器4组；活动室设嵌入式电加热器11 组；每个淋浴房更衣室内设单元式电加热器1 组；卫生间设单元式电加热器1 组；所有电加热器分全暖半暖由照明电源柜内的电加热器控制开关单独控制。

③安装空调机组：活动室两端间壁上各设1.5P壁挂式空调1台，主机安装在车下，做好固定防盗。

④原车底电瓶箱取消，加装应急电瓶箱。

⑤全车布线采用整体布线方式，符合《铁道客车配线布线规则》。不同电压制式电缆分开布线及穿管，并采取防鼠措施。

⑥活动间统一布设卫星电视配置卫星电视电源、信号线、配套自动天线机顶盒及电视，安装位置在间壁上。

3.2 整车功率分配及线径选择

淋浴车需要供电的设备较多，主要有淋浴系统、空调、浴霸、电加热器、车内照明灯，在客车供电三相平衡原则下，整车线路设计充分考虑整车功率分配及线径选择。依据《铁路客车用电线电缆》（QC/R814-2021）标准、功率P=UI 及载流量Icorr=k1×k2×k3×k4×Icable，（Icable为参考载流量，Icorr为电缆使用时的载流量，k1：环境温度系数，k2：敷设修正系数，k3：寿命折算系数，k4：工作制系数。）对整车线径进行载流量核算，见表1 淋浴车三相功率分配及线径载流量核算。

表1 淋浴车三相功率分配及线径载流量核算

4 结论

25B型高原工务淋浴车的改造设计借鉴了国内先进淋浴系统技术、生态厕所技术，并充分考虑车辆运行条件、维修条件和使用习惯等因素，具备在高原环境下循环淋浴、厕所污染物零排放、健身、生活于一体等功能的特点，有效提升了工务沿线工人的生活质量。