新一代卧铺动车组空调系统的研发

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[摘 要]空调系统是动车组关键系统之一，具备为旅客提供通风、制冷和采暖等功能。根据多年设计经验总结，从空调机组总体方案设计、选型、送风系统、回风系统、新风系统和压力保护等方面对新一代卧铺动车组空调系统的研发进行优化。

[关键词]动车组 空调 送风 回风 新风 气流 压力保护

中图分类号：U231.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0293-02

0.背景

目前中国高速铁路网运营的动车组主要为座车，随着动车组在夜间长时间运行旅客舒适性较差的缺陷也显现出来。基于此，新一代卧车动车组设计定位为白天作为座车运营，晚上作为卧车运营，研制新型的空调系统既应保证旅客在白天乘坐和晚上熟睡的需求。新一代卧铺动车组空调系统是在既有CRH1E基础之上研制的，首先要继承原来的优点，然后要改进CRH1E空调系统的不足，最后还要综合考虑动车组内装整体的设计。

1.空调系统总体方案设计

1.1 空调机组选型

新一代卧铺动车组空调系统除了要解决原来的问题，更要提升性能。从空调机组型式的选择方面，主要从以下几个方面进行对比分析，从而得出结论：新一代卧铺动车组空调采用分体式机组更适合，提供给旅客更加舒适的乘车环境。

1.2 既有CRH1E卧车分体式空调存在问题及在新一代卧铺动车组中的改进措施

1.2.1 膨胀阀容易被堵塞

单元式空调机组由于不需要在车辆上安装制冷剂管路，制冷剂内部的清洁全部在空调机组厂家一次完成，不会由于运输、现车组焊冷媒管的不当以及条件限制而导致异物进入或产生（焊接氧化物），因此，热力膨胀阀被异物堵塞的故障也随之解决。

1.2.2 扩展模块故障率高

由于控制器的扩展模块故障率高，同时由于增加了手动制冷功能，软件控制逻辑进一步增加，导致软件运行速度进一步降低，为了更好地满足软件运行速度的问题，在新一代卧铺动车组中，不再使用该模块，更改为采用两块控制器，使得软件运行速度大大提高，同时也不会再发生空调控制器扩展模块故障率高的问题。

2.空调系统主要设计参数

考虑到该动车组在白天还将作为座车运营，每辆车的定员数量增加到60+1（1名乘务员），因此，客室空调机组参数如下做重新核算，空调系统设计参数如表2所示。

3.空调系统风道设计

3.1 送风系统

主送风道采用分段变截面形式，风道内部变截面处加导流板，在风道一侧接10个送风支管，通过末端客室送风格栅向10个包间以及走廊送风；风道前端连接2个支风道向通过台送风。

3.2 回风系统

回风系统充分利用列车吊顶空间，在密封的列车吊顶空间一侧设置回风口同空调机组的回风进风口连接；在包间门的下端开设格栅通风口；走廊顶部两侧设置条缝风口。包间内的空气通过格栅进入走廊空间同走廊空间的气流汇合由条缝风口进入车辆顶部密封空间，由回风道进入空调机组。

3.3 新风及排风系统

新风通过客室空调的送风风机引入；排风由设在列车端部的废排装置完成，废排装置的进风口包括五部分：一个进风口接通过台、两个进风口接卫生间、两个进风口与密封的吊顶空间相通。

4.计算流体力学模拟计算

4.1 风道计算

为了更好的验证空调系统的舒适度性能，对空调送风道进行了模拟计算。按1：1的比例建立模型，在不影响计算结果的情况下，对计算模型进行了部分简化。风道整体模型及风口编号见图2，计算结果见表3。

4.2 气流组织计算

夏季工况考虑太阳辐射情况，太阳辐射强度为800W/m2，角度为30°，通过对原车厢内系统模型进行必要的假设和简化，建立物理模型。

根据模拟计算结果分析，风速符合EN13129标准风速不超过0.25m/s的要求；温差符合EN13129标准中的温差不超过2K的要求。

5.空调系统压力保护设计

动车组在其通过隧道时由于车外压力变化很大，为了满足车内乘客的舒适度要求，避免司乘人员耳膜有不适感，除了动车组在设计制造方面保证气密性外，在空调系统中，设置压力保护系统是必需的。新一代卧铺动车组被委托给铁科院检验站于2015年1月17日-1月18日在正线进行了空气动力学型式试验。初步试验结果显示：车内外压差最大值：2261Pa（

新一代卧铺动车组的运营速度、车体结构等车辆参数均与CRH1A-250铝合金动车组相同，所以卧铺列车采用与之相同的压力保护系统，客室空调采用被动式压力保护系统，司机室空调采用主动式压力保护系统。

5.1 被动式压力保护系统

安装在头车的车外压力探测器能够感测到车外压力波动，当压力波值到达设定数值，压力保护控制单元将发送信号关闭新风压力保护阀PPV和废排压力保护阀PPV，PPV将在极短时间内完全关闭，保证车厢内与外界空气的隔绝，避免车内产生过高的压力波动，最大程度地满足乘客的舒适性要求。

压力探测装置安装在动车组头车内，当车内外压差变化超过设定值时，动车组压力保护系统启动。此时安装在动车组头车内的压力控制装置控制中间继电器动作，从而驱动各车空调控制柜内的中间继电器全部动作，进而控制各车安装在新风进口和废排出口的压力保护阀动作，关闭新风进口和废排装置出口，用于阻隔车外压力波动传入车内。

此时空调系统以全回风方式运行。本车的空调控制器可通过控制接口与压力控制装置进行通讯，将压力保护动作信号发送给空调控制器，把该状态作为一个数字输入，同时将本车机组新风阀及废排单元废排风阀的故障反馈信息输入到空调控制器，通过空调控制器将压力保护系统的状态信息等传给IDU。

当压力触发条件不满足时，压力监控单元发出控制信号，使压力保护阀动作，打开空调机组新风进口和废排出口的压力保护阀，恢复空调系统的新风供应和废气排放。

5.2 主动式压力保护系统

司机室采用主动式压力保护系统，安装有高静压的新风机，在列车运行时，新风机一直保持工作，在列车通过隧道车外压力波动比较大时，高静压的新风机能够保证从车外吸入足够的新风量，避免车内过大的压力波动。

根据正线----宁安客运专线型式试验结果表明，新一代卧铺动车组车内压力3s最大变化最大值为269Pa，车内压力1s最大变化最大值为150Pa，车内外压差最大值为1105Pa，满足试验大纲要求。

6.结论

经过以上的分析，新一代卧铺动车组空调系统总体上能够满足旅客舒适度的要求：空调系统送风较均匀，有助于提高客室的舒适性；同时考虑到了客户运营维护的重要性，采用单元式空调机组以及低故障率的控制器；为了满足高速运营车内压力波动的要求；增加了压力保护系统，正线试验表明车内压力波动满足旅客舒适度的要求。