轨道车辆空调全新风模式运行分析

2023-10-29刘光升

技术与市场 2023年10期

刘光升,李刚,佘凯,王莹,曹臣,路琪

山东朗进科技股份有限公司,山东济南 250000

0 引言

轨道车辆作为城市的主要公共交通设施,人流量较大,是病毒传染的高风险场所。增加新风供应、加快车内的换气速度是有效降低病毒传染的最直接方案。在客室环境健康及防疫方面,蒋正飞[1]建议地铁车站通风空调防疫措施采用全新风运行方式,为整车提供新鲜空气,调控车厢内的温湿度。

目前,轨道车辆空调已普遍采用全新风模式。为提高轨道车辆空调运行全新风模式的可靠性,本文通过在焓差实验室中测试全新风模式和正常模式下不同的制冷、制热工况,得到了轨道车辆空调性能随室外温度、湿度变化的数据,经过与正常模式的数据对比和整车试验的验证,分析了运行全新风模式的问题,并提出了相应的优化方案。

1 机组性能试验

1.1 试验要求

本次试验采用空气焓差法,对空调机组的送风、回风参数以及循环风量进行测量,用测出的风量与送风、回风焓差的乘积确定空调机组的性能[2]。

试验条件为:控制送风道引风机,使风量为全新风模式的送风量;控制焓差实验室室内侧温度、湿度与室外侧一致;试验室室外侧和室内侧的温度、湿度与试验工况的要求偏差分别不超过±0.5 ℃和±3%RH。

1.2 测试工况

依据空调所在运营地的气象参数资料,得出机组在不同室外温度、湿度条件下的运行特性,试验工况如表1所示。

表1 试验工况

2 运行分析与问题优化

在正常模式下,新风阀和回风阀全开,测试空调机组送风量为5 000 m3/h;在全新风模式下,新风阀全开,回风阀全关,新风阻力增加导致送风机的风量减小到正常阻力时的60%,此时空调机组送风量为3 000 m3/h。

2.1 全新风模式运行分析

2.1.1 制冷试验

1)室外湿球温度的影响。图1反映了以额定工况(室外温度为33 ℃、相对湿度为70%)的性能参数为基准值时,机组制冷量相对值和功率相对值随室外湿球温度变化的关系。随着湿球温度的升高,都呈现出逐渐上升的趋势。相应的能效比相对值也因两者的变化规律呈现出逐渐上升的趋势,如图2所示。

图1 制冷量、功率相对值随室外湿球温度的变化关系

图2 能效比相对值随室外湿球温度的变化趋势

图3 能效比相对值随室外干球温度的变化

2)室外干球温度的影响。图 3 反映了变频空调机组能效比相对值随室外干球温度变化的关系。以额定工况(干球温度为33 ℃、相对湿度为70%)的能效比为基准值,室外干球温度由33 ℃降至27 ℃时,平均干球温度每降低1 ℃,机组能效比上升5%,表明全新风模式下变频空调机组在低温工况时,可达到较高的能效比。

2.1.2 制热试验

在全新风模式下进行制热试验:室外工况由0 ℃升至7 ℃,制热量和功率都上涨,但功率的上升幅度要大于制热量的上升幅度,导致能效比的降低。吸、排气压力和出风干球温度,都随室外干球温度的上升而上升。测试结果如表2所示。

表2 不同工况试验结果

2.2 全新风模式问题分析

2.2.1 与正常模式的数据对比

1)制冷数据对比。在焓差实验室中,保持室外工况和压缩机频率相同,测试全新风模式的制冷量,相比正常模式衰减13.6%,空调功耗无差别,但会导致车厢降温速度变慢,影响车厢内舒适性。相关数据如表3所示。

表3 制冷数据对比

2)制热数据对比。在焓差实验室中,保持室外工况和压缩机频率相同,测试全新风模式的制热量,相比正常模式衰减13.7%,空调功耗相比降低9.3%,出风干球温度只有16.2 ℃,同样会导致车厢升温速度变慢,影响车厢内舒适性。相关数据如表4所示。

表4 制热数据对比

2.2.2 整车试验

在整车试验中运行全新风模式,测试车内正压为56 Pa;正常通风模式下测试车内正压为30 Pa。龚承启等[3]指出地铁A型车正常情况下正压值应在30～50 Pa。全新风模式虽然确保了客室内供风全部为外部供风,但是车内正压的增加会有其他风险,比如赵耿等[4]研究发现,在郑州地铁2号线上运行全新风模式时,全新风模式较其他空调模式,在车门关闭时需要克服更大的风压阻力,且会影响车门稳定性。

2.3 全新风模式优化分析

从全新风模式与正常模式的数据对比中可看出,在室外工况一致时运行全新风模式会衰减空调性能。因此在全新风模式下通过提高送风量或者压缩机运行频率来提升空调冷量和热量的输出,是值得研究的课题。

2.3.1 提高送风量

在焓差实验室中,提高送风道中引风机频率模拟提高空调送风量,分别验证在3 000、3 300、3 500和4 000 m3/h时的制冷量、功率和能效比的变化关系。如图4所示,以全新风模式正常风量3 000 m3/h时的性能参数为基准值,发现随着风量的提升,制冷量和能效比呈现上升的趋势,空调功耗变化不大。