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變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)列車論文
0前言
我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，客觀上對(duì)交通和運(yùn)輸提出了更高的要求。鐵路作為交通運(yùn)輸市場(chǎng)的傳統(tǒng)主導(dǎo)，近年來(lái)卻面臨著高速公路和民航運(yùn)輸?shù)木薮筇魬?zhàn)。近期國(guó)家不僅規(guī)劃建設(shè)跨省鐵路項(xiàng)目沿海鐵路（上海—寧波—深圳—香港快速鐵路），以實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍“四橫四縱”鐵路快速客運(yùn)通道構(gòu)想，而且正在積極籌建中巴鐵路，實(shí)現(xiàn)我國(guó)新疆與巴基斯坦的陸上交通，以及建設(shè)中緬鐵路—西南出海鐵路大通道，架設(shè)南亞大陸橋以加快我國(guó)西部大開發(fā)。中國(guó)鐵路網(wǎng)將在全球戰(zhàn)略定位的基礎(chǔ)上，具有新的戰(zhàn)略意義。對(duì)于鐵路客運(yùn)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)客車的高速化、舒適化顯得尤為迫切。面對(duì)新的更高的要求，我國(guó)列車客車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)一方面需要有條件的吸收引進(jìn)世界最新科技成果，一方面需要加強(qiáng)自主創(chuàng)新。
目前我國(guó)現(xiàn)有使用的列車空調(diào)大部分采用單元式空調(diào)機(jī)組，這種列車空調(diào)的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,僅能通過(guò)控制機(jī)組的開停對(duì)機(jī)組進(jìn)行安全保護(hù)和對(duì)客車車廂內(nèi)進(jìn)行溫度控制,難以滿足極不穩(wěn)定的列車空調(diào)運(yùn)行工況,不能滿足乘客對(duì)舒適性的要求。又由于空調(diào)通風(fēng)機(jī)始終滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),不能根據(jù)熱、濕負(fù)荷變化而調(diào)節(jié),造成嚴(yán)重的能耗浪費(fèi)。[2]
變冷媒流量空調(diào)系統(tǒng)(VRF)，自1982年日本Dakin公司首先推出以來(lái)，二十幾年中得到迅速發(fā)展和推廣，已經(jīng)在民用建筑上被廣泛應(yīng)用。VRF系統(tǒng)的特點(diǎn)可以有效解決現(xiàn)有列車單元式空調(diào)機(jī)組的不足。
1VRF系統(tǒng)的特點(diǎn)
（1）VRF系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷情況，通過(guò)變頻控制器自動(dòng)調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速（變頻范圍50%~130%），使系統(tǒng)內(nèi)冷媒的循環(huán)流量得以改變，進(jìn)而對(duì)制冷量進(jìn)行自動(dòng)控制以符合使用要求，從而能保證在負(fù)荷變化范圍內(nèi)，壓縮機(jī)以較高的效率運(yùn)行。VRF空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)的能效比相當(dāng)高，當(dāng)部分負(fù)荷率在40%～60%之間變化時(shí)，VRF空調(diào)系統(tǒng)的能效比相對(duì)最高[4]。可見(jiàn)，列車在多變的氣候條件下，大部分時(shí)間空調(diào)處于低負(fù)荷工況，VRF空調(diào)系統(tǒng)在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)能耗小，能效比更高，故可有效地節(jié)約能源。
（2）VRF空調(diào)系統(tǒng)擁有一套方便、專用的微電子系統(tǒng)，能提供控制、檢測(cè)、管理包括能量消耗等項(xiàng)目的各項(xiàng)功能，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的控制功能：a．成組控制，通過(guò)遙控器連接機(jī)組；b．區(qū)域控制，將幾組作為一個(gè)區(qū)域，通過(guò)集中遙控器上的操作按鈕對(duì)其進(jìn)行控制；c．組塊控制，用集中檢測(cè)面板控制整個(gè)系統(tǒng)，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)站、主站傳送到集中檢測(cè)面板上。靈活的控制系統(tǒng)尤其適用于列車臥鋪車廂，可以分別獨(dú)立的對(duì)各包廂單元進(jìn)行調(diào)溫、除濕、控制風(fēng)速多功能控制，從而保證各臥鋪包廂的舒適性。
（3）VRF系統(tǒng)由一臺(tái)室外機(jī)和數(shù)臺(tái)室內(nèi)機(jī)組成，因而又稱為多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。多臺(tái)不同種類的室內(nèi)機(jī)由一個(gè)冷媒管路連接，每一臺(tái)室內(nèi)機(jī)可以根據(jù)控制單元的要求，進(jìn)行獨(dú)立的制冷或制熱的運(yùn)轉(zhuǎn)。目前變制冷劑流量最先進(jìn)的空調(diào)技術(shù)，室內(nèi)機(jī)數(shù)量可多達(dá)16臺(tái)，并可進(jìn)行獨(dú)立的控制；由于VRF技術(shù)解決了回油運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題，使室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)之間的冷媒管長(zhǎng)度延至l00m，室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)之間的高低差增加至50m，各室內(nèi)機(jī)之間高差可允許15m。
2軟臥車廂的立面特點(diǎn)和負(fù)荷特點(diǎn)
（1）軟臥車廂車體長(zhǎng)25米，每節(jié)有10個(gè)包廂，依次排列相連接。各包廂尺寸相同、方位一致，包廂外是公共通道，沒(méi)有可供休息桌椅，乘客主要在包廂內(nèi)休息；
（2）包廂尺寸：2.05×2×2.54（長(zhǎng)×寬×高：米），每個(gè)包廂分上、下鋪共4個(gè)鋪位，包廂內(nèi)立面空間小，乘客只能在鋪位坐立和躺臥，其它活動(dòng)區(qū)域很小；
（3）整節(jié)車廂呈狹長(zhǎng)形，車內(nèi)定員為41人(包括1名乘務(wù)員)。車體6個(gè)表面均為散熱面，車廂冷、熱負(fù)荷大，各包廂冷、熱負(fù)荷基本相同；
（4）車廂內(nèi)溫度冬季應(yīng)不低于22℃，夏季不高于26℃，應(yīng)保持空氣新鮮；（“鐵標(biāo)”規(guī)定）
軟臥車廂相對(duì)硬座、硬臥車廂車內(nèi)人員少，新風(fēng)負(fù)荷和新風(fēng)量較小；包廂內(nèi)舒適性要求高，各鋪位空間溫度場(chǎng)和微風(fēng)速場(chǎng)應(yīng)盡可能均勻穩(wěn)定。根據(jù)軟臥車廂的立面特點(diǎn)和負(fù)荷特點(diǎn)，VRF空調(diào)系統(tǒng)的多聯(lián)機(jī)方式符合列車軟臥緊湊包廂分隔的立面形式,適用于軟臥車廂狹長(zhǎng)空間的冷量輸送。本文提出采用變冷媒流量空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)替代單元式空調(diào)機(jī)組的新思路，對(duì)列車軟臥車廂使用VRF空調(diào)系統(tǒng)做管路設(shè)計(jì)。
3列車軟臥車廂VRF空調(diào)系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)
3.1新風(fēng)管路
列車軟臥車廂采用VRF空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng),外部空氣通過(guò)車體一側(cè)新風(fēng)口、新風(fēng)吸入箱，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入全熱交換器，與車廂內(nèi)排風(fēng)熱濕交換后，新風(fēng)由新風(fēng)管道送至每個(gè)臥鋪包廂吊頂內(nèi)的靜壓箱。新風(fēng)與室內(nèi)機(jī)處理后的回風(fēng)在其中充分混合后送至各個(gè)軟臥包廂中。
3.2回風(fēng)管路
軟臥包廂頂部送風(fēng)在室內(nèi)循環(huán)后，沿包廂底部的出風(fēng)格柵排出到包廂外的行人走廊。如圖2，在每個(gè)臥鋪間吊頂上分別安裝一臺(tái)室內(nèi)機(jī)組，室內(nèi)機(jī)連接回風(fēng)口設(shè)置在臥鋪間對(duì)面車窗以上，回風(fēng)經(jīng)由走廊側(cè)壁吸入回風(fēng)口，再由回風(fēng)管引入室內(nèi)機(jī)處理。這種送回風(fēng)方式，不同于列車單元空調(diào)機(jī)組僅在車廂走道門外吊頂處設(shè)置一個(gè)的集中回風(fēng)口，防止集中回風(fēng)混雜的煙氣在負(fù)壓作用下又誘引入車廂臥鋪間，從而有效避免空氣二次污染。
3.3排風(fēng)系統(tǒng)
VRF空調(diào)系統(tǒng)的排風(fēng)一部分由全熱交換器與新風(fēng)熱量交換后排出。設(shè)計(jì)時(shí)，室內(nèi)排風(fēng)可以從車廂內(nèi)臥鋪包廂吊頂上接小段風(fēng)管直接吸入，經(jīng)過(guò)換熱機(jī)熱交換后連接由排風(fēng)管引至車廂底部排出。另外部分廢排氣由廢排風(fēng)機(jī)通過(guò)車底的橫向風(fēng)道與軟臥車廂包廂外走廊側(cè)壁的風(fēng)道相連，吸入廢排氣至車體外，為保證車廂內(nèi)正壓，廢排風(fēng)機(jī)與壓力保護(hù)閥連接。
3.4冷凝水管管路設(shè)計(jì)
VRF空調(diào)系統(tǒng)的每臺(tái)室內(nèi)機(jī)都引出一條冷凝水管，并由一條總冷凝管道順次的按照1%的坡度連接，一起排到列車洗漱間或衛(wèi)生間。冷凝水管直接從室內(nèi)機(jī)的凝水盤底部引出，凝水盤不存水，可以減少滋生細(xì)菌現(xiàn)象發(fā)生。
3.5冷媒管路設(shè)計(jì)
VRF空調(diào)系統(tǒng)室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)冷媒配管連接方式有三種：線性分流方式、端管分流方式和組合方式。制冷壓縮機(jī)吸氣管路過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起制冷系統(tǒng)的制冷能力降低和單位制冷量耗電量的增加，所以必須綜合考慮配管與節(jié)能兩方面的因素。軟臥車廂上選用的是線性分流方式，如圖3所示。通過(guò)冷媒分歧管和管道接頭將各室內(nèi)機(jī)順次連接在一起，這種配管方式特別適用于列車車廂這種縱深較長(zhǎng)的空間。因每間包廂外形尺寸相當(dāng)，空調(diào)負(fù)荷也相當(dāng)，室內(nèi)機(jī)選擇同一型號(hào)，并且安裝在各包廂吊頂同一標(biāo)高上，所以冷媒管路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不需要分區(qū)。目前冷媒配管采用同徑化管道系統(tǒng)技術(shù)，只需冷媒主管道管徑相同就可以應(yīng)用。由于采用統(tǒng)一管徑，管道施工和管徑選擇大量簡(jiǎn)化，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定并且易于維護(hù)。
根據(jù)車廂尺寸和室內(nèi)、外機(jī)的布置，設(shè)計(jì)配管長(zhǎng)度為60m。VRF系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)以冷媒R22作為傳熱介質(zhì)，其傳送的冷量幾乎是以等流量水的10倍、空氣的20倍，所以列車車廂空調(diào)的冷媒配管管徑很小，（以10HP的室外機(jī)為例，對(duì)應(yīng)冷媒管管徑φ28.6mm，外加不足10mm厚的高效的橡塑保溫材料。）無(wú)需如傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)那樣占據(jù)大量的管道空間。系統(tǒng)采用冷媒直接蒸發(fā)式供冷，省去了水系統(tǒng)換熱的能量傳遞環(huán)節(jié)，從而減少了輸送耗能及冷媒輸送中的能量損失。
4結(jié)論
變制冷劑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)既能體現(xiàn)車廂內(nèi)各包廂的立面和負(fù)荷一致性，又可以滿足各包廂空調(diào)的獨(dú)立性控制和舒適性調(diào)節(jié)要求,同時(shí)實(shí)現(xiàn)列車低負(fù)荷條件下的節(jié)能。通過(guò)管路設(shè)計(jì),說(shuō)明軟臥車廂使用VRF空調(diào)系統(tǒng)的可行性。列車采用VRF空調(diào)系統(tǒng)的舒適性和安全性需要進(jìn)一步研究和實(shí)驗(yàn)分析。
參考文獻(xiàn)
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