國內(nèi)外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀研究我國鐵路客車空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀及改進(jìn)探討1.我國鐵路客車空調(diào)的現(xiàn)狀我國客車空調(diào)起步較晚。在無強(qiáng)迫通風(fēng)客車及空調(diào)客車以前，客車通風(fēng)只能處于自然通風(fēng)狀態(tài)，夏季是靠開窗、車頂風(fēng)扇及自然通風(fēng)器進(jìn)行換氣，冬季則全靠自然通風(fēng)器換氣，所以車內(nèi)空氣品質(zhì)極差。自從20世紀(jì)80年代開始，鐵路空調(diào)才得以迅速發(fā)展，目前我國鐵路客車普遍采用車頂單元式空調(diào)機(jī)組。通過近幾年的應(yīng)用實踐表明，該空調(diào)機(jī)組基本上能滿足夏、冬兩季的供冷和供熱要求，為旅客提供了舒適的乘車環(huán)境。但與世界先進(jìn)國家相比，無論是技術(shù)還是工藝方面，我國鐵路客車空調(diào)仍然處于相對落后狀態(tài)。通過調(diào)查分析，總結(jié)出以下幾個方面：a）客車通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)。目前很多空調(diào)客車通風(fēng)量各不相同，風(fēng)量較大的空調(diào)客車造成微風(fēng)速超標(biāo)，而風(fēng)量小的制冷效果又不好，達(dá)不到車廂內(nèi)的溫、濕度要求。這些都影響了旅客的舒適性，并造成了不必要的能量浪費(fèi)。

b）客車室內(nèi)溫、濕度控制不當(dāng)。車廂內(nèi)溫、濕度控制不當(dāng)是旅客抱怨較多的一個問題。在很多空調(diào)客車的運(yùn)行過程中，白天和夜晚的送風(fēng)量基本保持不變，造成旅客夜間普遍反映較冷而不能休息。這種情況是由于空調(diào)系統(tǒng)供冷量與室外氣候的變化和車廂內(nèi)熱、濕負(fù)荷的變化不相適應(yīng)造成的。c）新風(fēng)量不足。新風(fēng)量不足直接導(dǎo)致了旅客對室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）的不滿意。很多長期乘坐空調(diào)客車的旅客反映經(jīng)常會感到頭暈、氣悶、喉嚨干燥等不良癥狀。這些大都是由于車廂內(nèi)空氣品質(zhì)較差而引起的。究其原因，是因為車廂內(nèi)新風(fēng)量不足。這與客車空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計及運(yùn)行管理有關(guān)。d）空調(diào)系統(tǒng)能耗大。目前使用的單元式空調(diào)機(jī)組的耗電量很大。以編組18輛全列空調(diào)客車為例，其中硬座7輛，軟臥1輛，其余為硬臥?？照{(diào)發(fā)電車平均發(fā)電量700kW，空調(diào)耗電幾乎占總發(fā)電量的50%，單機(jī)能效比只有2.0左右。因此每列客車均配有專門的空調(diào)發(fā)電車以滿足空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的電力，空調(diào)發(fā)電車油耗高直接導(dǎo)致運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益下降。e）氟里昂制冷劑的禁用問題。氟里昂蒸汽壓縮機(jī)組的客車空調(diào)裝置中。但該系統(tǒng)存在著致命的弱點，即它所采用的工質(zhì)氟里昂危害大氣中的臭氧層，是一種受環(huán)保限制的工質(zhì)。此外，氟里昂價格較高，在客車空調(diào)運(yùn)行和檢修過程中氟里昂的泄漏使得客車運(yùn)行和維護(hù)成本增加。因此，這種制冷裝置的工質(zhì)替代和換型是大勢所趨2.誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用探討2．1誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的原理誘導(dǎo)器系統(tǒng)是一種半集中式空調(diào)系統(tǒng)。圖1是誘導(dǎo)器系統(tǒng)的原理圖。經(jīng)過集中處理的空氣（一次風(fēng)）由風(fēng)機(jī)送入車廂內(nèi)的誘導(dǎo)器中，誘導(dǎo)器是分設(shè)于車廂內(nèi)的局部設(shè)備（或稱末端裝置）。它由靜壓箱、噴嘴和消聲材料等組成。一次風(fēng)進(jìn)入誘導(dǎo)器的靜壓箱，經(jīng)噴嘴后以高速射出（20-30m/s）由于噴出氣體的引射作用，在誘導(dǎo)器內(nèi)造成負(fù)壓，室內(nèi)空氣（即回風(fēng)，又稱二次風(fēng)）被吸入誘導(dǎo)器，一、二次風(fēng)相混合后由誘導(dǎo)器風(fēng)口送出。送入誘導(dǎo)器的一次風(fēng)通常是新風(fēng)，在必要時也可使用部分回風(fēng)。誘導(dǎo)器的性能指標(biāo)之一是誘導(dǎo)比，誘導(dǎo)比按下式計算（參見圖1所示）：對于一定結(jié)構(gòu)的誘導(dǎo)器，在一定的風(fēng)量范圍內(nèi)n為定值。2．2鐵路客車的誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)2．2．1空調(diào)系統(tǒng)的組成鐵路客車誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)采用空氣冷源和誘導(dǎo)器送風(fēng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分簡單，運(yùn)行可靠性大大優(yōu)于目前的單元式空調(diào)系統(tǒng)。其中，空氣冷源的獲得是另一個研究問題，相關(guān)技術(shù)比較成熟，在列車上的應(yīng)用也引起了人們的關(guān)注[4]。在文本中，筆者重點討論誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)的制冷裝置采用空氣作為制冷工質(zhì)，空氣制冷機(jī)組采用讓壓縮空氣在透平膨脹機(jī)內(nèi)膨脹作功，對外輸出功率的方法來獲得低溫空氣，用作誘導(dǎo)器的一次風(fēng)。在圖2的空調(diào)系統(tǒng)中，末端裝置采用圖1所示的全空氣誘導(dǎo)器系統(tǒng)。采用這種系統(tǒng)時，室內(nèi)所需的冷負(fù)荷全部由空氣（一次風(fēng)）承擔(dān)。它通過誘導(dǎo)車廂內(nèi)的空氣（二次風(fēng)），達(dá)到增大送風(fēng)量和減小送風(fēng)溫差的作用，可減少旅客由于送風(fēng)溫差過大而產(chǎn)生的抱怨。同時，也可在誘導(dǎo)器裝置內(nèi)加電熱器以適應(yīng)室內(nèi)負(fù)荷變運(yùn)的需要，對于因人員密集而室內(nèi)熱濕比較小的鐵路客車比較適用。該系統(tǒng)分為運(yùn)動部件、供氣管路、控制系統(tǒng)、電加熱器及送風(fēng)末端裝置（誘導(dǎo)器）5個部分。其中控制系統(tǒng)可考慮與其他系統(tǒng)如照明系統(tǒng)、消防安全系統(tǒng)等共同由每節(jié)車廂的微機(jī)甚至單片機(jī)來控制，構(gòu)成無人值守型的車廂，降低運(yùn)行費(fèi)用，提高安全可靠性。2．2．2誘導(dǎo)器系統(tǒng)鐵路客車誘導(dǎo)器可采用頂置式散流型誘導(dǎo)器（圖3）和下置式誘導(dǎo)器。應(yīng)用前者可不改變現(xiàn)有車廂風(fēng)道結(jié)構(gòu)和送風(fēng)方式。由于鐵路客車運(yùn)行時間和區(qū)間長，人員活動情況變化較大（白天散熱負(fù)荷明顯大于夜間散熱負(fù)荷）。因此，可考慮采用變風(fēng)量誘導(dǎo)裝置，即在誘導(dǎo)系統(tǒng)的一次風(fēng)口或二次風(fēng)口處安裝風(fēng)量調(diào)節(jié)閥門，通過車廂內(nèi)的溫控器進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以保證車廂內(nèi)的溫、濕度要求，達(dá)到舒適和節(jié)能的目的。這是進(jìn)一步研究的課題。3.誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用前景采用如圖2所示的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，可改善目前鐵路客車上采用單元式空調(diào)機(jī)組所帶來的一系列問題。它具有以下優(yōu)點：a）該系統(tǒng)采用空氣作為制冷工質(zhì)，避免了氟里昂機(jī)組工質(zhì)泄漏造成的環(huán)境污染和維護(hù)保養(yǎng)問題。b）車廂與外界環(huán)境之間只用壓力調(diào)節(jié)器聯(lián)通，用于向外界排出部分廢氣，如圖2中10所示，故車廂可實現(xiàn)近擬的全封閉。這樣，可以保持車內(nèi)溫度和對外界一定的正壓力，防止風(fēng)沙進(jìn)入，可解決列車提速后經(jīng)過隧道產(chǎn)生的壓力波動和噪聲影響，提高快速列車乘坐的舒適性。c）該系統(tǒng)使用的壓力空氣由機(jī)車提供或來自各車廂安裝的壓氣機(jī)，管路布置比較簡單。特別是提速后采用的大馬力機(jī)車和電力機(jī)車拖動，安裝合乎要求的壓氣機(jī)應(yīng)該不成問題，而且可以不需要專門的空調(diào)發(fā)電車。d）末端裝置采用誘導(dǎo)器送風(fēng)，可大大減少處理的空氣量，空氣處理設(shè)備減小，可取消回風(fēng)管道，通風(fēng)機(jī)耗電量也相應(yīng)減少，有利于節(jié)約客車空調(diào)能耗，降低運(yùn)行成本。e）該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較單元式空調(diào)機(jī)組簡單，可將空氣制冷機(jī)組安裝在車廂下以節(jié)省客車空間，降低車輛重心，提高客車運(yùn)行速度和平穩(wěn)性。

二、國外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展 在日本,最初在鐵道車輛上安裝空調(diào)是在當(dāng)時的特快列車上，用以調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的溫、濕度，以提高乘坐舒適度,至今已有50多年的歷史。當(dāng)時,開發(fā)有各種各樣的空調(diào)，但直到1964年東京奧運(yùn)會開幕之前，才在東海道新干線整列車上安裝空調(diào)裝置，當(dāng)時將空調(diào)安裝在車頂，近來，隨著列車的高速化，空調(diào)幾乎都安裝在車輛地板下。日本東武鐵道100系新型特快列車專用的新型空調(diào)系統(tǒng)：為了在一年四季都不使空調(diào)機(jī)閑置，采用熱泵式空調(diào)機(jī)，并裝用了變壓變頻能童調(diào)節(jié)裝置，以便根據(jù)空調(diào)負(fù)荷精確地調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)的能量。這種熱泵可在-20℃的情況下起動、運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，為彌補(bǔ)低溫時的能量不足，以及在梅雨期進(jìn)行除濕時不致過冷，空調(diào)裝置內(nèi)還安裝了PTC加熱器。1970年起，通勤車上也開始安裝空調(diào)，從而大大