地铁车辆中湿度开关和模式计算时间对空调制冷效果的影响

2020-05-20

技术与市场 2020年5期

(武汉地铁集团运营有限公司，湖北武汉 430000)

0 引言

随着城市发展，近几年国内许多大型城市相继开通或在建地铁。而地铁空调属于电动客车的重要部分，为乘客提供舒适的温度和新鲜的空气。地铁空调分为定频和变频，其中定频空调在进行制冷的过程中会对温度进行监测，当温度达到温度曲线规定的温度时，空调会根据温度选择所需要的制冷工况进行制冷，直到温度达到规定的温度。其中在进行制冷工况切换的过程中，有些厂家的设备会每隔一定时间计算一次运行模式，根据检测到的客室温度和压缩机的运行时间来决定下一个空调制冷的工况。国内现有的定频空调中，不同厂家对模式计算时间的设定是不一样的。有些将模式计算时间设定为在不同的运行工况下，计算的时间不同；有的则是将计算时间固定不变，统一设定为一个值，用来对工况进行切换。同时为了提高乘客舒适度有些列车上会设置湿度开关，当湿度达到设定值后开关动作，制冷目标温度根据设定程序降低一定度数。

武汉夏季天气湿度非常大，湿度常年在85%以上，且夏季温度也很高。武汉地铁8号线三期在前期运营过程中发现，当列车在自动冷模式时，会偶发出现客室温度偏离目标温度过大，造成客室温度过低的情况，针对此情况本文对其进行了一系列的分析，通过分析采取措施，使得此情况得到了解决。

1 湿度开关和模式计算时间对制冷效果的影响

地铁列车空调在运行过程中，客室内的温度调节是一个复杂的过程。在不同站点乘客数量和开关门的时间不一样，那么客室内的温度也会随之有所变化。因此在运行过程中会自动根据客室内的温度进行一系列的调节。而网络系统进行调节的过程中会有一个调节的标准曲线。通过采集室外和室内的温度进行实时的调节，确保温度能够维持在一个稳定的区间。图为地铁列车进行自动冷过程中运行模式选择的制冷工况曲线，左侧线为启动时工况，右侧为制冷时工况。

图1 温度曲线

图1为空调运行在自动冷工况时，空调控制系统根据室内温度与目标温度进行对比，依据温度曲线来调节空调机组运行的制冷等级。目标温度在不同地铁或不同线路上设置也不大一样，目前通用的是利用UIC曲线进行设定，参考室外温度，利用公式进行计算来得到目标温度。因此目标温度是一个动态的。

目前我国地铁建设迅速，地铁列车运行环境复杂。有的列车全程运行在隧道内，有的全程高架，有的隧道和高架混合。对于前面两种运行环境而言，相对来说列车的温度调节起来比较容易。而对于有隧道和高架混合的环境而言，高温天气时，列车从隧道到高架，或者从高架到隧道，此时温度变化比较大，因此温度调节比较复杂。对于运行环境比较稳定的地铁车辆而言，地铁空调运行一段时间后，空调会长时间在通风模式和35%制冷进行来回切换。而对于运行环境变化比较大的情况，此时隧道和高架的温差会影响空调的目标温度，此时制冷工况会在高于35%的情况运行。而且不同城市的湿度也会有很大影响，当环境湿度达到湿度开关的动作值时，此时会降低目标温度。

针对上述情况，对空调系统存在模式计算时间和湿度开关的列车，假设当时客室处于通风到制冷的临界状态。

设T：室内温度

t1：压缩机运行时间

t2：模式计算时间

Tic1：变化前得目标温度

Tic2：变化后的目标温度

CP1、CP2：分别代表为1台空调机组中的2台压缩机

当室内温度为：Tic1-t4≦T，且Tic2+t1≦T时，此时空调则会进入100%制冷模式。空调运行过程中有一个运行条件，压缩机启动和停止必须满3 min的限制，因此压缩机启动后必须运行3 min，中途可以进行减载运行。假设室内温度为当空调进入100%制冷工况的时候，运行一段时间，当室内温度达到以下条件：

Tic2+t3≦T≦Tic2+t2

t1<3 min

按照温度曲线，此时空调应当进行减载，进行85%制冷。空调的运行模式是每隔t2计算一次，最极端的情况时压缩机运行时间t1≦3 min，此时压缩机任然要运行t2时间达到模式计算时间，这时空调依然运行在100%制冷。空调100%制冷运行时间最长达到3+t2 min。目前有些地铁车辆设置的模式计算时间有些最高可达3 min，因此在此条件下空调100%制冷运行时间为6 min，此时客室内温度远低于进入通风模式的温度Tic2-t5，因而出现客室制冷温度过低的情况。如图2所示。

图2 未取消模式计算时间制冷简略图

当时8号线地铁列车的目标温度为25 ℃，湿度开关动作值为65%，温度梯度为0.5 ℃，模式转换时间2 min。由于当时由通风状态到制冷工况时，模式计算时间还未到，因此温度继续上升。等到模式计算时间时，此时湿度开关恰好动作，导致目标温度下降，变为24 ℃，列车空调系统直接进入100%制冷。在实际进行100%制冷时，客流量适中的情况下，温度下降趋势为1 ℃/min左右。运营达到通风状态时室内理论上的极端温度可达到20 ℃，而当时的实际温度为22 ℃。列车最适宜温度在25 ℃，顾客的舒适度是最好的，顾客投诉最少。当目标温度偏离过大达到22 ℃时，顾客投诉率会直线上升，影响列车运营。

2 提高湿度开关值和取消模式计算时间制冷效果分析

取消模式计算时间后，当出现上述的情况时，此时的空调运行情况可简单如图3流程图所示。

图3 取消模式计算时间后制冷简略图

根据所发现的情况，后期根据实际情况调高了湿度开关动作值，同时取消了模式计算时间。从取消模式计算时间后制冷简略图3中可以看出，当取消计算时间后，制冷过程中空调此时会根据图1中的温度曲线进行平稳的降温，虽然增加了空调的制冷运行时间，但也避免了在特定条件下出现温度急剧降低的情况。列车库内和线上运营情况良好，目标温度不会出现大的变化，基本能够维持在25 ℃左右进行变动，而且变动是平缓进行。当湿度开关动作后，此时的空调也能够根据制冷曲线进行平缓调节，根据室内温度选择所需要的工作模式。不会出现维持在某一个高制冷工况内的情况。

目前有些地铁虽然说大部分是在隧道内穿行，但也有少部分城市的地铁会上高架运行。特别是武汉这种城市，当列车从高架运行进入隧道时，如果遇上高温天气出现高架上温度和隧道内温差相差太大和不同区域湿度变化比较大的时候。如果存在模式计算时间和出现湿度开关设置值不合理的情况时，会出现目标温度下降过大，使得空调进入更高的制冷工况后保持一个长时间的高制冷工况状态，进而导致客室温度下降过快的情况。因此取消模式计算时间和综合区域湿度分布特点设置湿度开关动作值，可以有效避免此情况发生。