變制冷劑流量管理論文

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摘要：本文提出列車上使用變制冷劑流量(VRF)空調系統這一新概念,闡述VRF空調系統的節能性和舒適性等優勢，并根據列車軟臥車廂的立面特點,做VRF空調系統管路設計分析。

關鍵詞：變制冷劑流量空調系統列車軟臥車廂管路設計

0前言

我國經濟的持續高速發展，客觀上對交通和運輸提出了更高的要求。鐵路作為交通運輸市場的傳統主導，近年來卻面臨著高速公路和民航運輸的巨大挑戰。近期國家不僅規劃建設跨省鐵路項目沿海鐵路（上海—寧波—深圳—香港快速鐵路），以實現全國范圍“四橫四縱”鐵路快速客運通道構想，而且正在積極籌建中巴鐵路，實現我國新疆與巴基斯坦的陸上交通，以及建設中緬鐵路—西南出海鐵路大通道，架設南亞大陸橋以加快我國西部大開發。中國鐵路網將在全球戰略定位的基礎上，具有新的戰略意義。對于鐵路客運市場來說，實現客車的高速化、舒適化顯得尤為迫切。面對新的更高的要求，我國列車客車空調通風系統一方面需要有條件的吸收引進世界最新科技成果，一方面需要加強自主創新。

目前我國現有使用的列車空調大部分采用單元式空調機組，這種列車空調的控制系統簡單,僅能通過控制機組的開停對機組進行安全保護和對客車車廂內進行溫度控制,難以滿足極不穩定的列車空調運行工況,不能滿足乘客對舒適性的要求。又由于空調通風機始終滿負荷運轉狀態,不能根據熱、濕負荷變化而調節,造成嚴重的能耗浪費。[2]

變冷媒流量空調系統(VRF)，自1982年日本Dakin公司首先推出以來，二十幾年中得到迅速發展和推廣，已經在民用建筑上被廣泛應用。VRF系統的特點可以有效解決現有列車單元式空調機組的不足。

1VRF系統的特點

（1）VRF系統根據系統負荷情況，通過變頻控制器自動調整壓縮機轉速（變頻范圍50%~130%），使系統內冷媒的循環流量得以改變，進而對制冷量進行自動控制以符合使用要求，從而能保證在負荷變化范圍內，壓縮機以較高的效率運行。VRF空調系統在部分負荷時的能效比相當高，當部分負荷率在40%～60%之間變化時，VRF空調系統的能效比相對最高[4]。可見，列車在多變的氣候條件下，大部分時間空調處于低負荷工況，VRF空調系統在低負荷狀態下運行時能耗小，能效比更高，故可有效地節約能源。

（2）VRF空調系統擁有一套方便、專用的微電子系統，能提供控制、檢測、管理包括能量消耗等項目的各項功能，可以實現優越的控制功能：a．成組控制，通過遙控器連接機組；b．區域控制，將幾組作為一個區域，通過集中遙控器上的操作按鈕對其進行控制；c．組塊控制，用集中檢測面板控制整個系統，監控數據通過數據站、主站傳送到集中檢測面板上。靈活的控制系統尤其適用于列車臥鋪車廂，可以分別獨立的對各包廂單元進行調溫、除濕、控制風速多功能控制，從而保證各臥鋪包廂的舒適性。

（3）VRF系統由一臺室外機和數臺室內機組成，因而又稱為多聯機空調系統。多臺不同種類的室內機由一個冷媒管路連接，每一臺室內機可以根據控制單元的要求，進行獨立的制冷或制熱的運轉。目前變制冷劑流量最先進的空調技術，室內機數量可多達16臺，并可進行獨立的控制；由于VRF技術解決了回油運轉問題，使室外機與室內機之間的冷媒管長度延至l00m，室內機與室外機之間的高低差增加至50m，各室內機之間高差可允許15m。

2軟臥車廂的立面特點和負荷特點

（1）軟臥車廂車體長25米，每節有10個包廂，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，沒有可供休息桌椅，乘客主要在包廂內休息；

（2）包廂尺寸：2.05×2×2.54（長×寬×高：米），每個包廂分上、下鋪共4個鋪位，包廂內立面空間小，乘客只能在鋪位坐立和躺臥，其它活動區域很小；

（3）整節車廂呈狹長形，車內定員為41人(包括1名乘務員)。車體6個表面均為散熱面，車廂冷、熱負荷大，各包廂冷、熱負荷基本相同；

（4）車廂內溫度冬季應不低于22℃，夏季不高于26℃，應保持空氣新鮮；（“鐵標”規定）

軟臥車廂相對硬座、硬臥車廂車內人員少，新風負荷和新風量較小；包廂內舒適性要求高，各鋪位空間溫度場和微風速場應盡可能均勻穩定。根據軟臥車廂的立面特點和負荷特點，VRF空調系統的多聯機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空間的冷量輸送。本文提出采用變冷媒流量空調通風系統替代單元式空調機組的新思路，對列車軟臥車廂使用VRF空調系統做管路設計。

3列車軟臥車廂VRF空調系統管路設計

3.1新風管路

如圖1，列車軟臥車廂采用VRF空調送風系統,外部空氣通過車體一側新風口、新風吸入箱，經過濾網過濾后進入全熱交換器，與車廂內排風熱濕交換后，新風由新風管道送至每個臥鋪包廂吊頂內的靜壓箱。新風與室內機處理后的回風在其中充分混合后送至各個軟臥包廂中。

3.2回風管路

軟臥包廂頂部送風在室內循環后，沿包廂底部的出風格柵排出到包廂外的行人走廊。如圖2，在每個臥鋪間吊頂上分別安裝一臺室內機組，室內機連接回風口設置在臥鋪間對面車窗以上，回風經由走廊側壁吸入回風口，再由回風管引入室內機處理。這種送回風方式，不同于列車單元空調機組僅在車廂走道門外吊頂處設置一個的集中回風口，防止集中回風混雜的煙氣在負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。

圖2軟臥包廂送回、風示意圖

3.3排風系統

VRF空調系統的排風一部分由全熱交換器與新風熱量交換后排出。設計時，室內排風可以從車廂內臥鋪包廂吊頂上接小段風管直接吸入，經過換熱機熱交換后連接由排風管引至車廂底部排出。另外部分廢排氣由廢排風機通過車底的橫向風道與軟臥車廂包廂外走廊側壁的風道相連，吸入廢排氣至車體外，為保證車廂內正壓，廢排風機與壓力保護閥連接。

3.4冷凝水管管路設計

VRF空調系統的每臺室內機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生間。冷凝水管直接從室內機的凝水盤底部引出，凝水盤不存水，可以減少滋生細菌現象發生。

3.5冷媒管路設計

VRF空調系統室外機與室內機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。制冷壓縮機吸氣管路過長會引起制冷系統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。通過冷媒分歧管和管道接頭將各室內機順次連接在一起，這種配管方式特別適用于列車車廂這種縱深較長的空間。因每間包廂外形尺寸相當，空調負荷也相當，室內機選擇同一型號，并且安裝在各包廂吊頂同一標高上，所以冷媒管路設計簡單，不需要分區。目前冷媒配管采用同徑化管道系統技術，只需冷媒主管道管徑相同就可以應用。由于采用統一管徑，管道施工和管徑選擇大量簡化，系統運行穩定并且易于維護。

圖3軟臥車廂VRF空調系統

冷媒管路線性分布方式

根據車廂尺寸和室內、外機的布置，設計配管長度為60m。VRF系統室內機以冷媒R22作為傳熱介質，其傳送的冷量幾乎是以等流量水的10倍、空氣的20倍，所以列車車廂空調的冷媒配管管徑很小，（以10HP的室外機為例，對應冷媒管管徑φ28.6mm，外加不足10mm厚的高效的橡塑保溫材料。）無需如傳統的空調系統那樣占據大量的管道空間。系統采用冷媒直接蒸發式供冷，省去了水系統換熱的能量傳遞環節，從而減少了輸送耗能及冷媒輸送中的能量損失。

4結論

變制冷劑通風空調系統既能體現車廂內各包廂的立面和負荷一致性，又可以滿足各包廂空調的獨立性控制和舒適性調節要求,同時實現列車低負荷條件下的節能。通過管路設計,說明軟臥車廂使用VRF空調系統的可行性。列車采用VRF空調系統的舒適性和安全性需要進一步研究和實驗分析。

參考文獻

1.彥啟森.論多聯式空調機組.暖通空調,2002,32(5):2～4

2.劉希女.變頻技術在列車空調系統中應用的思考.制冷與空調,2003,3(4):51～53

3.陳煥新,楊培志.鐵路空調客車硬座車廂空氣品質的主觀評價.制冷與空調,2003,3(4):57～59

4.薛衛華.變頻控制熱泵式VRV空調機組運行特性與節能性能實驗研究.節能技術.2003，21（3）：3～5