誘導空調(diào)系統(tǒng)在高速鐵路客車上

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　　1 國內(nèi)外鐵路客車及其空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展

　　中國鐵路擁有十分輝煌的過去。然而，隨著中國航空業(yè)的重組和大量高速公路的修建，航空運輸和長途公路運輸開始興起，到1996年，中國的公路客運量甚至超過了鐵路客運量。從1997年開始，中國鐵路開始進行全國性的鐵路提速。此后中國鐵路經(jīng)過了幾次提速，到2003年客車最高運行時速已經(jīng)達到了200公里以上。[1]

　　在國外，高速鐵路客車發(fā)展非常迅猛。例如，法國的高速鐵路技術是一種比較成熟的技術，高速鐵路（TGV）（Train a Grande Vitesse 法文超高速列車之意）已達到每小時513公里的實驗速度。而日本也正在開發(fā)“21世紀之星”高速列車，這種列車除時速達350公里的超高速外，在性能上較以往有大幅度的提高，還具有乘坐舒適和車內(nèi)安靜的特點[2].德國將磁懸浮列車作為未來的新型交通工具，幾年內(nèi)這種列車最高時速將達到400公里。

　　國內(nèi)外高速鐵路客車的發(fā)展告訴我們，鐵路即將進入一個高速時代。為適應鐵路高速化的要求，必須對現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)進行改進或提出新的空調(diào)理念。

　　2 鐵路高速化對客車空調(diào)裝置提出的挑戰(zhàn)

　　與普通空調(diào)客車相比，高速空調(diào)客車無論是速度還是設計結構都有較大區(qū)別，因此只有針對高速客車的實際情況設計研制適宜的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，才能保證客車內(nèi)達到所要求的空氣參數(shù)和空氣品質(zhì)，為旅客提供舒適的旅行環(huán)境。

　　針對高速客車的運行特點對其空調(diào)系統(tǒng)提出了如下要求：

　　1）空調(diào)設備的安裝位置要求降低

　　高速客車由于其速度快（一般都在200km/h以上），為了保證行車的安全并且為了提高運行的平穩(wěn)性，其輔助設備（包括空調(diào)系統(tǒng)）及車體重心位置必須降低，以利于整車重心的降低。

　　2）空調(diào)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)部件要求少

　　高速客車由于其停站間隔長，同時維護正常運營的人員少，因此必須保證其空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，這就要求高速客車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)部件盡可能減少，以降低事故率，易于維護管理。

　　3）空調(diào)裝置的安裝空間要求小

　　高速客車由于其獨特的設計結構（車體一般采用流線型優(yōu)化設計），給其空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設備預留的安裝空間較小，因此，只有針對其預留空間的結構特點設計研制合適的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，才能滿足車內(nèi)的空氣參數(shù)設計要求。

　　4）空調(diào)系統(tǒng)的運行品質(zhì)要求高

　　高速客車由于其速度快，車廂的氣密性高，車內(nèi)人員較密集，同時客車運行時間比較長，因此對車內(nèi)的空氣品質(zhì)要求高，否則旅客極易產(chǎn)生疲勞、惡心、乏力等不適癥狀。

　　5）空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能要求好

　　高速客車中一般都將整個車廂分割為若干個小包間，要求每個包間內(nèi)都能夠方便的單獨調(diào)節(jié)每個包間內(nèi)的空氣參數(shù)，而且由于客車經(jīng)過的地域室外參數(shù)差別較大，這就要求其空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能好，以利于適應不同的工況要求。

　　6）空調(diào)系統(tǒng)的工作條件差

　　高速客車空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理裝置置于野外高速行駛的運動載體上，經(jīng)常處于不穩(wěn)定的環(huán)境條件下工作，列車本身的振動和與車軌的撞擊會給其空調(diào)系統(tǒng)的運行帶來很大的負面影響。

　　綜合以上條件可以看出，高速客車對空調(diào)系統(tǒng)有較高的要求，因此，必須針對高速客車實際的運行工作條件研制設計相應的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。針對高速鐵路客車對空調(diào)系統(tǒng)的新的、更高的要求，本文提出了誘導空調(diào)系統(tǒng)在高速客車上應用。

　　3 全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)在高速客車上的應用分析

　　按照誘導器內(nèi)是否設置盤管，誘導空調(diào)系統(tǒng)可以分為兩種類別：“空氣－水”誘導器系統(tǒng)和全空氣誘導器系統(tǒng)。“空氣－水”誘導器系統(tǒng)的一部分夏季室內(nèi)冷負荷由空氣負擔，另一部分由水（通過二次盤管加熱或冷卻二次風）負擔。但是由于此種系統(tǒng)內(nèi)部結構較復雜，一旦損壞維修量大，且占用空間大，同時需要一套單獨的水系統(tǒng)，所以不適于高速客車的要求。在高速客車上采用的是另一種誘導空調(diào)系統(tǒng)——全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)。

　　采用全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)時，車內(nèi)所需的冷負荷全部由空氣（一次風）負擔。這種誘導器不帶二次冷卻盤管，實際是一個特殊的送風裝置，能夠誘導一定數(shù)量的室內(nèi)空氣，達到增加送風量和減少送風溫差的作用，有時也可以在誘導器內(nèi)部裝置電加熱器以適應室內(nèi)負荷變動的需要。

　　全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)在客車上工作過程是：一次風（車外空氣經(jīng)過處理由風機送入車內(nèi)）進入到誘導器的靜壓箱，經(jīng)噴嘴高速噴出。由于高速噴射氣流的引射作用使得車內(nèi)的空氣（二次風）被誘導到誘導器中，在混合箱中與一次風充分混合，然后經(jīng)出風口送入到車內(nèi)[3].

　　全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)特別適用于高速客車，與高速客車對空調(diào)系統(tǒng)的特殊要求相對照可以看出，全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

　　節(jié)省車廂內(nèi)的空間高速客車由于其獨特的設計結構，對于空間要求極為嚴格，空調(diào)占用的車廂空間應盡可能的小。由于誘導器系統(tǒng)空氣處理設備的送風量僅為一次風量，因而風量小，使得系統(tǒng)處理設備及風道截面也較小，與以往的集中式空調(diào)系統(tǒng)相比，較好的解決了風道安裝空間狹小的矛盾。且誘導器在車內(nèi)布置靈活，能適應各種車型的需要。

　　2）提高車廂內(nèi)的空氣品質(zhì)及人體的舒適性

　　由于高速客車密閉性高，運行時間長，所以對車廂內(nèi)的舒適性及空氣品質(zhì)要求較高。而全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)送風溫差較小，送風量大，新風量充足，人體的舒適感和室內(nèi)的空氣品質(zhì)較高。另外，在軟硬座客車中，常用的頂送風空調(diào)系統(tǒng)氣流直接吹向旅客頭部，這樣，在冬季會使旅客感覺頭暈、不適，而夏季冷風先吹頭部也容易使人感冒。而誘導器通常安裝在客車車窗下部，不會對人體直吹，而且從送風口出來的氣流沿車窗貼附流動到車頂部，在橫斷面方向形成環(huán)流，使旅客居留區(qū)處于空氣的回流區(qū)內(nèi)，大大提高了舒適度；并且由于新風量大，人體的舒適感也會明顯提高。而對于軟硬臥客車來講，由于一般是兩層或三層臥鋪，車內(nèi)空間有限，如采用大風道通風系統(tǒng)，冷風會直接從頂部吹到上鋪旅客身上，人體的舒適感較差；而采用全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)，風道布置于車廂下部，而誘導器布置于車窗下部，不會造成直吹，這樣會大大提高車廂內(nèi)人體的舒適度。

　　系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性高高速客車由于停站間隔較長，且由于列車高速行駛，工作條件惡劣，要求空調(diào)的穩(wěn)定性與可靠性較高。誘導器空調(diào)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)部件遠遠少于其他空調(diào)系統(tǒng)，這對于穩(wěn)定性與可靠性都要求很高的高速列車來講無疑是一個很大的優(yōu)勢；而且由于系統(tǒng)需要處理的風量變少了，這樣，空氣處理設備的使用壽命會大大提高，同時也就降低了空氣處理設備的損壞率，為高速列車在惡劣工作環(huán)境下正常運行提供了保證。

　　4）設備安裝位置低

　　高速客車由于速度快，為了保證車身平穩(wěn)及運行安全，要求車體的重心盡可能低。相比于頂置式空調(diào)系統(tǒng)來說，全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)采用下部送風，空調(diào)機組可以安裝在車下，且誘導器安裝于車廂下部，從而降低了車體重心。

　　5）系統(tǒng)適用范圍大，并可以單獨調(diào)節(jié)

　　鐵路客車由于經(jīng)過的區(qū)域范圍大，外部環(huán)境差別非常明顯，因此要求空調(diào)系統(tǒng)能根據(jù)情況，及時調(diào)整。誘導空調(diào)系統(tǒng)可以在誘導器內(nèi)裝置電加熱器以適應車內(nèi)負荷變化的需要。當車內(nèi)負荷變化時，可以通過開啟電加熱裝置進行適應調(diào)整，使得系統(tǒng)的工況調(diào)節(jié)范圍變大，更好的保證車內(nèi)空氣參數(shù)。同時，在每個誘導器入口處可以設置錐形調(diào)節(jié)閥，以實現(xiàn)包間內(nèi)系統(tǒng)的單獨調(diào)節(jié)[4].

　　6）誘導器通常安裝于車窗下部，這樣，冬季由于熱風首先接觸玻璃窗，可以解決窗口由于溫度低而產(chǎn)生凝結水和結霜問題。

　　綜上所述可以看出，誘導空調(diào)系統(tǒng)是一種非常適用于高速鐵路客車的空調(diào)形式，但是，其也存在著一些缺點需要進行改進。

　　4 高速鐵路客車誘導空調(diào)系統(tǒng)的改進

　　4.1誘導空調(diào)系統(tǒng)存在的缺點

　　雖然全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)非常適合于高速鐵路客車的要求，但是它還存在著以下缺點需要加以改進：

　　新風比大，風機壓頭高，致使系統(tǒng)的能量消耗大。

　　系統(tǒng)的噪聲較大，會造成噪聲污染，影響車內(nèi)的舒適度。

　　春秋過渡季節(jié)無法充分利用室外新風，系統(tǒng)冷量消耗大。

　　4.2誘導空調(diào)系統(tǒng)的改進措施

　　針對以上存在的缺點，可以采用以下措施加以克服：

　　集中排風，設置能量回收裝置根據(jù)文獻[5]，可以設置集中排風裝置，并在排風與新風管道系統(tǒng)設置全熱交換器，以利于回收排風冷量，降低系統(tǒng)能量消耗。

　　采取消聲措施，降低系統(tǒng)噪聲為了降低系統(tǒng)噪聲，在風機的出口管路設置消聲靜壓箱，以降低風機噪聲；在誘導器內(nèi)部的靜壓箱內(nèi)壁以及混合箱內(nèi)壁貼高頻吸聲材料，以消除噴射噪聲。由于誘導器噪聲主要是由于噴嘴氣流速度太大而引起噪聲，因此可以通過增加噴嘴數(shù)量，增大噴嘴面積，降低噴嘴的氣流速度來降低噴嘴噴射噪聲。

　　設置旁通風道，充分利用自然冷量為了在春秋季節(jié)充分利用室外新風，可以在空調(diào)包間的送風支管上設置旁通風道，使過渡季節(jié)的室外新風不經(jīng)過靜壓箱和噴嘴而直接進入室內(nèi)，這樣，既節(jié)約了冷量，又提高了空氣品質(zhì)。

　　5 結語

　　本文對誘導器的基本原理及特點進行了簡單介紹，針對高速鐵路客車進行了全空氣誘導空調(diào)系統(tǒng)的適用性分析，并對其某些缺點采取了改進措施。誘導空調(diào)系統(tǒng)在高速列車上的應用目前在國內(nèi)尚無研究，而在國外已經(jīng)進行了多項研究并部分投入使用。隨著我國高速鐵路客車的發(fā)展，誘導空調(diào)系統(tǒng)由于其對高速客車的良好適用性定將漸受重視。

　　參考文獻：

　　1 俞展猷. 國外高速列車發(fā)展簡述與我國提速列車試驗的回顧， 鐵道機車車輛， 1999，（3）：1~6

　　2 郭榮生. 國外高速旅客列車發(fā)展概況，國外鐵道車輛，1991，（1）：7~11

　　3 趙榮義范存養(yǎng)等. 空氣調(diào)節(jié)（第三版），中國建筑工業(yè)出版社，1994

　　4 楊晚生. 客車空調(diào)靜壓均勻送風道的性能研究及誘導器的研制：[碩士論文].青島：青島建筑工程學院，2002

　　5 楊晚生張吉光史自強等. 高速客車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應用分析，第11界全國暖通空調(diào)學術情報網(wǎng)論文集，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001