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1、-第 1 页国内外铁道车辆空调的发展现状-第 2 页国内外铁道车辆空调的发展现状前言随着铁道车辆的高速发展和人民生活水的提高，旅客列车的乘坐舒适性越来越好，空调机组在铁道车辆上以得到广泛的应用。我国的列车空调技术起步晚，现在还相对处于落后状态。但这些年我国列车空调技术发展速度也很快，技术也越来越成熟。特别是 90 年代末以后，随着科学技术的不断发展，列车空调技术不断得到完善，但仍然还存在着一些问题。主题一国内铁道车辆空调的发展1普通旅客列车空调20 世纪 80 年代以来，我国铁路空调列车得到了迅猛发展。我国除 5070 年代末,引进和个别厂家制造、安装分装式空调外,目前我国铁路空调列车普遍采用
2、车顶单元式空调机组。通过近几年的应用实践表明，该空调机组基本上能满足夏、冬两季的供冷和供热要求，为旅客提供了比较舒适的乘车环境。但与世界先进国家相比，无论是在技术还是在工艺方面，我国铁路客车空调仍然处于相对落后的状态并存在着诸多方面的问题。我国铁路客车空调装置的结构形式主要分为：分装式和车顶单元集中式两种类型。分装式空调机组通常是将压缩机、冷凝器、冷凝风机和储液罐安装在车下，而将通风机、蒸发器、膨胀阀和空气预热器等置于车顶的一端。这些机组的形式主要有 KK 一30 和 KK 一 50 型。目前除了由西德进口的客车仍采用这些类型外，国产客车的空调机组己逐步被车顶单元集中式所取代。分装式机组的主要
3、缺点是体积大，拆装困难和检修不方便，同时由于制冷设备管路较长，接头较多，容易产生泄漏。车顶单元集中式空调机组是将压缩机、冷凝风机、气液分离器、干燥过滤器、毛细管(或膨胀阀)、通风机、蒸发器和空气预热器中在一个箱体里组成一个完整的单元，安装在车体的一端或两端，有的置于车体的中部。目前这类空调机组有 KLD 一 29、KLD 一40、KLP4.7A 型等。集中式空调机组的优点是体积小、重量轻、结构紧凑，机组互换性好和检修方便，同时，因空调机组安装与车上，还可与避免车体排放的废水和脏物对冷凝器的腐蚀，延长机组的使用寿命。集中式空调机组一体化以后，制冷设备管路大为缩短，不但可以节省大量的有色金属，还可
4、以减少泄漏。实际上，我国空调车所装配的单元集中式空调机组均采用全封闭式制冷压缩机，能量调节采用停、开压缩机的办法来实现。以空调硬座车为例，每台机组有两台制冷压缩机，每车共四台制冷压缩机，可实现输气量的 100%、75%、50%、25%、0 五档调节。但实际的运行过程中，只能实现 100%、50%、O 三档调节。输气量的调节也就是压缩机的启动，由温度控制器启动其停机温度点，根据车内热负荷的变化可以不开压缩机至全开压缩机来实现输气量调节。2高速列车空调高速列车空调的布置，由于速度高，必须降低安装重心。动车普遍采用车下安装单元式空调机组并设计诱导通风方式。CRH1 动车组空调系统：司机室空调系统采用
5、单元式空调机组；且安装了地板加热器。进入司机室的气流通过置于车顶和天花板之间的风道进行分配，且具有回风功能。客室调系统共有两台空调机组，采用的是分体式空调，压缩机和冷凝器单元安装在车下，空气处理单元安装在车内。气流通过置于车顶和天花板之间的矩形风道进行分配，并具有回风功能。车厢两端的车顶设置有排气单元。通过安装在车辆侧墙内的加热器实现车内供热，并可通过空调系统控制器进行控制。CRH2 动车组的空调系统主要由空调装置、换气装置及通风系统构成；空调装置由空调机组-第 3 页及车上配电柜内的空调显示设定器组成；为了降低车体的重心，适应动车组高速运行，空调机组和通风系统的主要风道分别设置在地板下及地板
6、中间。司机室空调系统采用分体式结构(变频式)。司机室制冷设备由室外机、台室内机、电源箱、变压器、控制面板 5 部分组成。制冷动作为 3 段手动调节风量的温度控制。CRH2 型动车组在车底下部安装供排气一体的换气装置。换气装置采用变频器控制送风机的运行转速，运行速度高于 160km/h 时，风机高速运行；低于160km/h 时，风机低速运行。通过提高送风机的风压，能够更好地抑制客室内压力的变动，同时确保客室内换气量的要求。CRH3 动车组空调系统组成：安装在车顶的单元式空调机组；安装在车顶并贯穿于整车的供风道；空调机组两侧的新、回风混合箱；安装在车下的废排单元和布置在车内的废排风道。在制冷模式下
7、，大约有 75以上的风量通过中间管道输送，外侧的暖气管道输送 25。废排风道分布在内墙和地板之间的列车两侧。CRH5型动车组的空调系统具有一些优点：新风量可调；双制冷系统；整体噪声小；具有防止车内压力波动功能；更多的安全保护；先进的控制系统和网络通讯功能；采用先进的涡旋压缩机和环保型制冷剂。3.地铁车辆空调地铁是采用第 3 轨供电的方式，这种方式在车顶不必设受电弓，可以使地铁隧道的尺寸减小，车顶的尺寸也可以接近隧道的尺寸。这样，在车顶安置空调极为困难。所以，空调大都采用嵌入车体两端上部的形式。广州地铁二号线列车的每个空调单元由两个相对独立的制冷回路组成，每一个独立的制冷回路都有其各自的压缩机、
8、膨胀阀、冷凝器。蒸发器位于空调单元的前后侧，冷凝器位于空调单元的左右侧，两个制冷回路在两个蒸发器中并行布置，互不相交；而一号线空调每个单元中只有一条制冷回路。对比两种不同布置的空调系统，二号线列车空调系统设计更加完善。当某些故障使某压缩机必须停止运行时，对于一号线列车空调系统，此时此空调单元的制冷过程会全部停止；而对于二号线列车空调系统,此时空调单元中的一个机组的制冷过程会停止,而另一个机组会继续运行，这样就避免车厢内出现明显的温差带。二号线空调系统的紧急逆变器安装在车底；一号线空调系统的紧急逆变器安装在车顶空调单元内部。就两种紧急逆变器安装位置而言，安装在车底部分的紧急逆变器更可靠一些，因为
9、安装在空调单元内部的紧急逆变器在空调运行时，其周围空气的湿较大、温度较高，这就要求紧急逆变器需要更高的 IP 防护等级虽然提高的 IP 等级，但在此种高温、高湿度的环境下终究会对紧急逆变器有所影响；而对于安装在车底的紧急逆变器，其运行的外界环境就相对好一些，稳定性更高，并且维修更换起来的工作量会相对减少。二号线列车空调系统的制冷压缩机采用涡旋式压缩机。一号线列车空调系统的制冷压缩机采用全封闭式螺杆式压缩机，压缩机、螺杆机构及供油系统组装在一个密封的机壳内。螺杆式压缩机具有结构简单、易损件少、压比大、对湿压缩不敏感、平衡性能好等特点。由过往几年的乘客集中反映来看，不同地铁线路，甚至同一路线不同车
10、厢内的体感不一是最受关注的问题。某号线热似火山，某号线又冷似冰箱某节车厢冷死了，某节车厢又热晕了为了解决乘客舒适乘车问题，上海地铁已有 60%的列车完成了空调系统的更新换代，可以实现司机根据实际情况对温度进行微调，不过，由于需要乘客集体反映或者需要列车到终点后再行调节等问题，该举措效果还是不甚明显。今年，为了进一步解决该问题，申通地铁公司早早就开展了空调检测与清洁。上海地铁全网络 2500 节车厢、5000 个空调机组，将全部进行例行检查、功能测试和深度清洁。每周更换一次海绵滤网，每月进行一次彻底清洁，保证空调的洁净和作业正常。同时，上海-第 4 页地铁已有 60%的列车完成了空调系统的更新换
11、代，可以实现司机根据实际情况对温度进行微调。我们的司机可对列车内的空调温度进行一个区间值的微调，比如说室外是 35，那这个区间就是 22-27。”比如 2 号线列车，以往的“西门子”列车，采用的是旋钮式人工控制各节列车空调的系统，要调节每节车厢的温度，司机或者检修人员需要进入车厢，手动调节旋钮。这样的操作，在早晚高峰乘客聚集时，显然难以实现；而更新为新的司机室集中控制空调的“阿尔斯通”等车型后，司机在驾驶室内就可以通过触摸屏，在 19-27范围内，即时调节整列车的温度。二国外铁道车辆空调的发展在日本,最初在铁道车辆上安装空是在当时的特快列车上，用以调节车厢内的温、湿度，以提高乘坐舒适度,至今已
12、有 50 多年的历史。当时,开发有各种各样的调，但直到 1964 年东京奥运会开幕之前，才在东海道新干线整列车上安装空调装置，当时将空调安装在车顶，近来，随着列车的高速化，空调几乎都安装在车辆地板下。日本东武铁道100 系新型特快列车专用的新型空调系统：为了在一年四季都不使空调机闲置，采用热泵式空调机，并装用了变压变频能童调节装置，以便根据空调负荷精确地调节空调机的能量。这种热泵可在-20的情况下起动、运转。另外，为弥补低温时的能量不足，以及在梅雨期进行除湿时不致过冷，空调装置内还安装了 PTC 加热器。1970 年起，通勤车上也开始安装空调，从而大大改善了上、下班高峰时的车内环境。在车辆的车
13、顶上设置 1 台，空调控制器设置在空调附近的顶棚部，省略了与空调装置连接的配线。此外，运用模糊推论、年度全自动功能、加热除湿功能等，根据季节与乘客的状况进行控制。其缺点是：首先车辆顶部受到车辆限界的限制，其安装空间有限，其次是使车辆的重心提高，不利于高速化。三.列车空调现存的问题1.新风量不足我国铁路客运存在运量和运能的矛盾，因此空调列车经常出现超员现象，特别是在春运、寒暑假等假日，超员达 30%以上，这就要求增加新风量来削弱这一影响，而目前列车上的新风量是不可调节的，这一缺陷也将导致新风量不足。要使车厢内的各项污染物均达到合格的要求，按照 CO2 浓度指标所确定的新风量最多。因此，车厢内新风
14、量主要是依据车厢内的 CO2 浓度来确定，而列车上的新风量是不可调节的。因此，建议通过在列车上增设二氧化碳浓度传感器控制系统，传感器根据车厢内的二氧化碳浓度来调节新风量，使车厢内的二氧化碳浓度维持在设定浓度值及其以下，以保证车厢内良好的空气品质，改善旅客的乘车环境。2.通风系统存在缺陷空调列车的通风系统由送风、回风和排风三部分组成。空气的送入、回流和排出，必然会引起车内空气的扰动，引起车内的空调温度的波动，影响人体的热舒适感觉。例如，软卧车在夏季运行时，其车顶风道前部（靠近通风机出口）的风压大于后部，因此送风口送风量不均匀，结果导致处于风道尾部的乘客感到闷热；对于采用孔板送风的硬卧车，由于设于
15、车厢上侧的孔板向下吹冷风，结果导致上铺的乘客感觉过冷。由于阴雨天气和晚间，人们活动次数少，新陈代谢速度慢，按照设定的温度工作，会使乘客感到寒冷。这些问题是可以解决的，在车上安装温度传感器调节系统，传感器时刻对车内温度进行监控，对空调进行自动调节，以适应人们的需要，夜间自动调节温度低一些。对于卧铺车厢，应该在每个床位上方中部设置孔板式风道，以改变上铺冷的问题。总结-第 5 页铁路客运作为我国最主要的一种客运方式，如何在新形势下改善旅客乘车环境将成为一个迫切需要解决的问题。并且列车空调一旦发生故障，后果是很严重的。据美国媒体报道，德国当局 7 月 11 日宣布，德国至少 3 趟列车因遭遇高温天气而
16、出现故障，列车内空调停止运行，52 名乘客因高温身体出现不适，其中 8 人中暑虚脱，另有 44 人也需要医疗救助。报道指出，德国这种现代化的高速列车采用了封闭式车窗，无法打开，因此一旦空调系统崩溃，车厢内的空气循环将受到严重影响。3 趟列车当地时间 10 日晚从柏林开往德国西部，其中 2 辆列车的空调系统在即将到站时出现故障停止运行，另外 1 辆列车的空调在抵达比勒费尔德市之前，开始制热而非制冷。当局派出91 名前往比勒费尔德火车站，对出现头晕目眩、头疼、呼吸困难等症状的乘客进行救援。德国联邦铁路公司表示，此次问题是由于天气太热，车外温度过高引起的。当地救援小组的负责人表示，故障列车内的气温高达 50 摄氏度。可见，列车空调对旅客旅途的生命安全也是相当重要的，大力发展列车空调也极有必要。