高速鐵路客車空調應用論文

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摘要：近年來，鐵路的高速化對空調設計人員提出了挑戰，與普通空調客車相比，高速空調客車無論是速度還是設計結構都有較大區別，因此必須針對高速客車的實際情況設計研制適宜的空氣調節系統。本文根據高速客車的運行特點，研究了與普通列車相比，高速列車對空調系統提出的新的要求。結合高速客車空調系統的要求，推出了全空氣誘導空調系統在高速客車上的應用性分析以及其在高速列車運行所獨具的優點，論證了誘導空調系統運用于高速鐵路客車的可能性與必要性。文章最后指出誘導空調系統需要改進的某些缺陷，并提出了相應的改進措施，使得誘導空調系統在高速客車上的應用性進一步加強。

關鍵詞：高速客車誘導空調

1國內外鐵路客車及其空調系統的發展

中國鐵路擁有十分輝煌的過去。然而，隨著中國航空業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。此后中國鐵路經過了幾次提速，到2003年客車最高運行時速已經達到了200公里以上。[1]

在國外，高速鐵路客車發展非常迅猛。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）(TrainaGrandeVitesse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"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，幾年內這種列車最高時速將達到400公里。

國內外高速鐵路客車的發展告訴我們，鐵路即將進入一個高速時代。為適應鐵路高速化的要求，必須對現有的空調系統進行改進或提出新的空調理念。

2鐵路高速化對客車空調裝置提出的挑戰

與普通空調客車相比，高速空調客車無論是速度還是設計結構都有較大區別，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節系統，才能保證客車內達到所要求的空氣參數和空氣品質，為旅客提供舒適的旅行環境。

針對高速客車的運行特點對其空調系統提出了如下要求：

1）空調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性，其輔助設備（包括空調系統）及車體重心位置必須降低，以利于整車重心的降低。

2）空調系統的運轉部件要求少

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節系統具有較高的穩定性和可靠性，這就要求高速客車空氣調節系統的運轉部件盡可能減少，以降低事故率，易于維護管理。

3）空調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化設計），給其空氣調節系統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節系統，才能滿足車內的空氣參數設計要求。

4）空調系統的運行品質要求高

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

5）空調系統的調節性能要求好

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

6）空調系統的工作條件差

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

綜合以上條件可以看出，高速客車對空調系統有較高的要求，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節系統。針對高速鐵路客車對空調系統的新的、更高的要求，本文提出了誘導空調系統在高速客車上應用。

3全空氣誘導空調系統在高速客車上的應用分析

按照誘導器內是否設置盤管，誘導空調系統可以分為兩種類別：“空氣－水”誘導器系統和全空氣誘導器系統。“空氣－水”誘導器系統的一部分夏季室內冷負荷由空氣負擔，另一部分由水（通過二次盤管加熱或冷卻二次風）負擔。但是由于此種系統內部結構較復雜，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，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系統——全空氣誘導空調系統。

采用全空氣誘導空調系統時，車內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，能夠誘導一定數量的室內空氣，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部裝置電加熱器以適應室內負荷變動的需要。

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

全空氣誘導空調系統特別適用于高速客車，與高速客車對空調系統的特殊要求相對照可以看出，全空氣誘導空調系統具有以下優點：

節省車廂內的空間

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

2）提高車廂內的空氣品質及人體的舒適性

由于高速客車密閉性高，運行時間長，所以對車廂內的舒適性及空氣品質要求較高。而全空氣誘導空調系統送風溫差較小，送風量大，新風量充足，人體的舒適感和室內的空氣品質較高。另外，在軟硬座客車中，常用的頂送風空調系統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流，使旅客居留區處于空氣的回流區內，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，車內空間有限，如采用大風道通風系統，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系統，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人體的舒適度。

系統的穩定性與可靠性高

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，要求空調的穩定性與可靠性較高。誘導器空調系統的運轉部件遠遠少于其他空調系統，這對于穩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勢；而且由于系統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，為了保證車身平穩及運行安全，要求車體的重心盡可能低。相比于頂置式空調系統來說，全空氣誘導空調系統采用下部送風，空調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）系統適用范圍大，并可以單獨調節

鐵路客車由于經過的區域范圍大，外部環境差別非常明顯，因此要求空調系統能根據情況，及時調整。誘導空調系統可以在誘導器內裝置電加熱器以適應車內負荷變化的需要。當車內負荷變化時，可以通過開啟電加熱裝置進行適應調整，使得系統的工況調節范圍變大，更好的保證車內空氣參數。同時，在每個誘導器入口處可以設置錐形調節閥，以實現包間內系統的單獨調節[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生凝結水和結霜問題。

綜上所述可以看出，誘導空調系統是一種非常適用于高速鐵路客車的空調形式，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系統的改進

4.1誘導空調系統存在的缺點

雖然全空氣誘導空調系統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，致使系統的能量消耗大。

系統的噪聲較大，會造成噪聲污染，影響車內的舒適度。

春秋過渡季節無法充分利用室外新風，系統冷量消耗大。

4.2誘導空調系統的改進措施

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

根據文獻[5]，可以設置集中排風裝置，并在排風與新風管道系統設置全熱交換器，以利于回收排風冷量，降低系統能量消耗。

采取消聲措施，降低系統噪聲

為了降低系統噪聲，在風機的出口管路設置消聲靜壓箱，以降低風機噪聲；在誘導器內部的靜壓箱內壁以及混合箱內壁貼高頻吸聲材料，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

為了在春秋季節充分利用室外新風，可以在空調包間的送風支管上設置旁通風道，使過渡季節的室外新風不經過靜壓箱和噴嘴而直接進入室內，這樣，既節約了冷量，又提高了空氣品質。

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系統的適用性分析，并對其某些缺點采取了改進措施。誘導空調系統在高速列車上的應用目前在國內尚無研究，而在國外已經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展，誘導空調系統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展概況，國外鐵道車輛，1991,(1):7~11

3趙榮義范存養等.空氣調節（第三版），中國建筑工業出版社，1994

4楊晚生.客車空調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.高速客車空氣調節系統的應用分析，第11界全國暖通空調學術情報網論文集，北京：中國建筑工業出版社，2001