350km/h智能化列车一等座车空调系统设计

王 剑 刘海波 耿兴春

(中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司 产品研发中心，河北 唐山 063035)

自铁路第6 次大提速以来，陆续推出了200km/h、250km/h及以上若干速度等级的高速列车。速度的提升对空调系统的要求指标也随之提升，不同于普通客车的空调系统，高速车必须考虑到列车高速运行时气流、压力、振动等因素的影响，因而对于空调机组的结构、安装、换气装置的设置、气流组织、控制等都有特殊的要求。本文简述适应我国大部分地区的350km/h 高速智能化列车中一等座车空调系统的设计原理及结构。

1 空调系统设计概述

1.1 采用单元式空调机组

单元式空调机组，相对而言结构简单，便于维护，同时考虑到国内各线路运营环境，新风口位置应尽量远离地面，因此采用车顶单元空调机组较为合理。虽然可能提高车辆中心，但通过合理配置其它设备，这一点可以忽略。为适应限界及空气动力学要求，半埋入车体中并在空调机组两端安装导流罩以达到降阻的目的，总体上与车顶融为一体，形成流畅的气动力布局。

1.2 采用合理的气流组织

随着我国经济水平的提高，高速车的发展，人们对乘坐舒适性提出了更高的要求，要在有限的空间内达到舒适的乘车感受，必须通过合理的气流组织来实现，采用按照冷热空气流通特点设置的流场，见图1 和图2。通过风道内部调节装置分配冷热风的数量这种方式增加了乘客舒适度。

图1 夏季流场

1.3 采用压力保护系统

研究表明，当列车行驶时，车体四周会形成一个负压的附面层。车速越高，该附面层内的压力越低，当车速高于160Km/h 时，负压区的存在会影响车内换气。当两车交会或过隧道时，高速列车表面会产生较大的压力变化，它会波及车内，造成乘客不适。压力保护系统能有效防止外界的压力波传入车内。

1.4 温度控制标准

图2 冬季流场

按国际铁路联盟标准UIC553:2004《客车通风、采暖和空调》规定的温度调节曲线调节车内温度。一等座车空调系统采用以上结构及工作原理设计后，提高了旅客的舒适度，并获得良好的装饰效果。该车在四方车辆研究所热工试验室进行的静置热工试验高速运行试验中均达到令人满意的效果。

2 空调机组参数及设计说明

2.1 空调机组参数

制冷量44 kW制热量35 kW总风量 制冷 4，500m3/h制热 2，500m3/h新鲜空气流量(制冷) 1，600m3/h回风量(制冷) 2，880m3/h制冷剂R407C交流电源 AC440V，60Hz，3相直流电源 DC110V (77～135V)

2.2 空调机组设计说明

空调机组与铝合金车体上的安装框之间进行连接和密封。空调机组两端车顶上各安装有一个导流罩，这个罩的形状应依据设计要求和空气动力学载荷进行最优化设计。

客室空调机组采用单级蒸汽压缩式制冷方式，R407C 环保制冷剂，有两套完全独立的制冷系统组成;制热采用不锈钢电阻式加热管。

冷凝空气由机组两侧吸入，通过冷凝器并经冷凝风机垂直向上排出;混合空气从空调机组两侧面吸入，经过空气过滤装置、蒸发器、电热器后，由通风机向空调机组的前面吹出。

空调机组壳体由铝合金材料和不锈钢材料混合制造。压缩机通过减震元件与机组框架相连，这种连接可以削弱传递到车体上的振动和结构噪音。制冷管路最大程度采取冗余和密封措施，为尽可能避免泄漏，管路选择铜焊连接。

3 空调系统的组成及布置

客室空调系统主要由客室空调机组、新风格栅、混合气箱、送风道系统、多孔客室顶板、废排风道系统、废排单元、温度和压力波传感器、空调控制系统等组成。

新风格栅安装车体的新风开口法兰上，包括铝材质迷宫格栅、气动保护风门、新风温度传感器等。混合气箱安装在新风格栅与客室空调机组之间，用于新风和回风的混合。送风道系统主要包括过渡风道、消音风道、主送风道、支风道和软风道等，主要用于风量的调节和分配。风道主体材质为铝板和保温材，消音风道中还有风道再热器、送风温度传感器、风量调节风门。通过风量调节门实现制冷和采暖模式下的气流分配。多孔客室顶板采用薄铝板经冲压后制作，多孔送风均匀性好。客室废排风道和车下废排风道，风道主体材质为铝板和保温材，主要用于废气的收集和排出。废排单元包括废排风机、风量调节风门、压力波保护风门、应急逆变器等组成，主要用于客室废气的排出，同时提供应急通风的电源和进行应急通风。

4 空调系统的控制

司机室操作台设置整列车空调开启集控开关，通过车辆硬连线连接到每节车厢的空调控制器中，控制整列车空调系统的启停;在司机室设置一个司机室客室空调功能选择器，控制单车司机室空调的运行模式，工作模式有:通风、手动制冷、手动制暖、自动、关闭位;在每节车厢设置一个客室空调功能选择器，控制单车客室空调的运行模式，工作模式有:通风、手动半冷、手动全冷、手动半暖、手动全暖、自动、关闭位。在选择手动模式时，空调机组可以根据选择的工作模式开启相应的空调部件来进行客室内温度调节;在选择自动模式时，空调机组根据环境温度及客室内部温度情况自动选择工作方式来调节客室内温度。

空调机组在新风口和废排口设置压力保护装置，当外界压力产生波动时，及时关闭新风口，提高客车的舒适性。

［1］UIC553:2004，客车通风、采暖及空调［S］.

［2］UIC651:2002，机车、动车、动车组和带司机室客车的司机室结构［S］.

［3］詹耀立.客车空调装置［M］，北京:中国铁道出版社，1999.

［4］孙毅刚.铁路客车空调控制技术综述［J］.铁道车辆，1998，36(3):15-16.

［5］四方车辆研究所.国外高速客车空调通风系统及车内气压控制系统概况［R］.1997.