印度孟买地铁车辆空调系统设计研究

印度孟买地铁车辆空调系统设计研究

余陈杨天智李行

关键词：孟买地铁空调系统高温高湿除湿模式

1．概述

印度孟买距海岸16公里，属于海带城市，主要气候条件可分为夏季、雨季和冬季三种气候条件。气候条件如表1所示：

为适应当地气候条件，中车株洲电力机车有限公司在自主研发的A型不锈钢车平台空调系统上研发了大功率并联式空调机组系统，该机组配合布置在天花板上方的风道系统可有效的将客室温度调节在24℃，相对温度60%左右。

2．空调机组选型

2.1负荷计算

根据业主要求空调系统需满足在夏季车外温度为42℃，相对湿度为35%的额定工况下，车内温度应达到24℃，相对湿度60%。设计参数如表2所示：

其中K为车体传热系数，

F为车体面积,W/(m2·K)

△t为室内及室外温差,K

Qsf,Qsw,Qsd分别为车窗，侧墙及顶盖的太阳辐射量,W

n为乘客数量。q为人体散发的热量,W

V为新风体积流量,m3/s

ρ为新风密度,kg/m³

Ie,Ii为室外及室内空气的焓,kJ/kg

经计算，每辆车制冷需求为97494.8kW，拟选用两台制冷量为49kW的大功率空调机组。

2.2并联式压缩机设计

由于机组制冷量较大，且本项目对空调机组高温性能要求较高，根据合同规定，空调机组在车外冷凝器进口空气温度≤47℃时，空调机组满负荷正常工作；当冷凝器进口空气温度＞47℃并≤52℃时，制冷系统能够减载工作；当冷凝器进口空气温度＞52℃时，制冷系统将停止工作，通风功能仍有效，当外界温度降低，系统压力恢复到正常范围时制冷系统自动恢复工作。

根据以上要求，本项目每台空调机组中选用4台重载、运输用的谷轮立式涡旋压缩机。压缩机采用两两并联，在低负荷或高温环境可实现半冷运行，避免系统频繁启停导致室内温度波动剧烈。

并联压缩机区别于其它压缩机的不同之处在于它具有油平衡管与气平衡管。油平衡管的作用在于保持两并联压缩机的润滑油均处于安全范围内，避免出现一台压缩机润滑油过多而另外一台缺油的现象。气平衡管的作用在于均衡两压缩机的吸气压力，使两台压缩机在工作时保持相同吸气压力。

图1并联式压缩机示意图

从蒸发器回来的制冷剂气体先通过一个回气管汇集，然后再分流至两台压缩机。由于并联压缩机通过气平衡管与回气管相通，当空调机组处于25%制冷只有一台压缩机工作时，与其并联的另一台压缩机也会有制冷剂气体进入，但是这些制冷剂同时会通过气平衡管流入启动的另外一台压缩机。这种现象对压缩机本身没有任何影响，也不会影响到系统循环及制冷效果。由于两台压缩机功率与排气量相同，在工作时产生相同的吸气压力，同时两台压缩机之间设置有气平衡管，将两压缩机低压腔串通，由此可以保证，两台压缩机吸入的制冷剂气体基本相同。

在制冷循环中，压缩机从蒸发器吸入制冷剂气体，将其压缩成高温高压的制冷剂蒸汽，排入风冷冷凝器，经与外界空气进行热交换，放出热量冷凝成高压的制冷剂液体，然后经热力膨胀阀降压后变成低温低压液体，进入蒸发器，吸收由室内流过蒸发器的空气的热量，蒸发成低压蒸汽再被压缩机吸入，完成一个制冷循环[3][4]。

2.3机组控制

每个客室空调机组中有四个温度传感器，分别为新风温度传感器（作为室外温度）、回风温度传感器（作为室内温度）以及两个送风温度传感器，各温度检测值被传送到控制器；控制器取其平均温度作为室内温度、室外温度和送风温度，并根据客室内的温度以及目标温度，控制空调机组工作在通风、制冷、预冷等不同的工作模式，调节客室内处于舒适的温度。每节车中设置一个湿度传感器，位于回风道内（作为室内湿度）。

在制冷模式下，空调控制系统检测到车内无制冷需求时，会自动运行通风模式，此时压缩机停机，冷凝风机停止运行，仅通风机工作；当车内制冷负荷较小时，空调系统根据制冷需求，自动在以下四种模式下工作：当制冷需求为0-25%时，仅开启一台压缩机；25-50%时开启二台压缩机；50-75%时开启三台压缩机；超过75%时，四台压缩机全开。

空调机组采用两端送风，底部回风的方式。新风从机组侧边的四个新风口进入空调机组，回风通过蒸发腔底部的回风口进入空调机组。混合空气被送风机吸入，首先经过混合风滤网除尘，再经过蒸发器盘管冷却除湿，处理后的混合空气经过送风机送入车顶风道系统，通过风道输送到乘客车厢。然后混合风被冷却并被吹入客室的风道系统。

空调系统按以下公式自动计算出设定温度（Tic）：

当Te≤19℃，Tic=22℃；

当39℃≥Te＞19℃，Tic=22℃+0.25(Te-19℃)℃；

当Te＞39℃，Tic=27℃。

空调系统气流组织包括：

1)送风：通过天花板中部对称的2条出风格栅送风，整辆车都有进行均匀送风。送风风道采用对角线设计，当一台空调制冷故障时，可有效解决整车温度分布不均问题；

2)回风：在车辆中间两个模块（DMC/T车）设有共4个回风口，回风口位于空调设备下方；

3)排风：车内废气经过拐角顶板预留的缝隙进入车顶空间，然后通过布置在车顶的超级电容上集成的排气装置排出。

空调通风系统示意如下图1：

3．空调系统除湿模式

每节车在客室设置一个湿度传感器。当客室内湿度低于60%时，湿度开关断开。当客室内湿度高于70%时，湿度开关闭合，空调启动除湿模式。

参考文献

[1]詹耀立客室空调装置[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[2]TB/T1957-91，铁路空调客车热工计算方法[S].

[3]EN14750，城市与郊区轨道车辆空调铁路空调[S].

[4]李树林制冷技术[M].北京：机械工业出版社，2003.