广佛地铁空调出风不均分析及改进
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摘要：空调系统作为地铁列车的重要组成部分，是与乘客直接交互的界面，是列车舒适性的重要评价指标。车顶一体式空调系统要求运行噪音小、温度湿度适宜、送风均匀性好，整个车厢内温度分布均匀。但由于车门频繁开关，与隧道内空气热交换；列车运行中穿膛风引起车厢内空气流动；送风口结构形式及风道设计等诸多因素都将影响车厢内的气流组织，导致出风的不均匀。本文主要分析广佛线列车客室出风不均的原因及改进措施。
关键词：广佛线；空调；风道；出风均匀性；冲孔板
中图分类号：U664.5+1 文献标识码：A
引言
广州至佛山线（简称广佛线）是国内首条城际轨道交通线路，采用四节编组，两动两托的动力配置形式，设计最高时速90km/h,最高运行速度80km/h。每节车厢配置了两立的车顶一体式空调机组，司机室设有独立的增压风机用于对客室及司机室空气调节。广佛线空调机组的制冷量为37kw，正常情况下送风量不小于4000m3/h，紧急通风量不小于2000m3/h 。自2010年10月开通以来，乘客多次反映同一节车厢内温度差异性较大，严重影响了乘坐的舒适性。本文主要阐述通过在出风格栅处加装阻体的方法来改善空调系统出风均匀性。
1 风道组成及原理
1.1 风道组成
广佛线空调系统风道主要由空调、软风道、主风道、静压箱和出风格栅组成。临近司机室的A车风道增加司机室增压风机和可变频调节的出风口。空调风道主要由铝合金型材通过铆接而成，在风道拼接部位焊接少量过渡材料以增加风道强度和密封性，拼接焊缝处涂密封胶防止漏风。为了防止风道内送风与外部空气因为温度差而产生冷凝水，通常需要在风道的内侧或外侧粘贴一层保温棉，广佛线风道采用的是外保温形式。
1.2 风道原理
地铁列车风道设计主要有三种形式，分别为:大截面准静压送风风道、圆管式送风风道和条缝式静压均匀送风风道。广佛线采用的是条缝式静压均匀送风风道，经过机组处理的冷风经过送风机送到主风道，再经过静压隔板的开口进入静压风道，然后经送风格栅送到客室。根据伯努利定理可知，当流体处于同一平面上流动时，如果截面1比截面2大，那么截面1处的流速就远小于截面2处流速，截面1处的静压也就大很多。因此可以通过使送风系统减少动压，增加静压，使风吹得更远。
2 广佛线空调送风现状分析及优化方案
2.1 送风不均匀性分析
广佛线送风风道（带司机室）如下图1，该车厢设两套独立的送回风系统，一前一后，两机组分别向两侧送风，车厢中部为两机组送风的交汇处。如下图在客室格栅正下方距地面1.7m处设42个风速测点。
图1 测点位置
整改前用风速仪对各测点进行测量，记录原始风速如下表1。
表1 整改前各测点风速
测点 风速/（m·s-1） 测点 风速/（m·s-1） 测点 风速/（m·s-1） 测点 风速/（m·s-1）
1 2.11 12 0.2 23 0.5 34 0
2 0.65 13 0.44 24 0.49 35 0.42
3 0.46 14 0.51 25 0.31 36 0.53
4 0.44 15 0.1 26 0.67 37 0.51
5 0.61 16 0.42 27 0.5 38 0.32
6 0.58 17 0.57 28 0.49 39 0.45
7 0.55 18 0.61 29 0.32 40 0.49
8 0.3 19 0.79 30 0.1 41 1.15
9 0.2 20 1.7 31 0.0 42 1.75
10 0 21 0.87 32 0
11 0 22 0.67 33 0.1
从测试数据看车厢端部和中部的风速明显偏大，最大静风速达到2.11m/s，远高于标准要求的0.7m/s，而1、2、7、8号车门附近几乎感觉不到有风。整个车厢出风严重不均匀。靠近送风口处的风速较小，风道尾端风速较大，这是由于主风道起始端的送风速度较高，静压较低造成的。例如上表中测点8和测点33风别是风道始端，送风量严重偏少；而测点20和测点42是风道末端，送风量偏大。
2.2 出风不均匀性优化方案
从风速较大差异性可以判断整段静压风道存在较大压差。由于列车风道已经完全组装好，且风道藏于车顶顶板内，不可能通过改变风道截面面积或者改变出风条缝宽度、孔口面积来实现出风均匀性。经济易操作的办法是在风道截面面积、出风条缝和孔口面积都不变的情况下，通过在出风格栅处设置不同阻体来实现送风均匀性。
在出风格栅处加装规格尺寸分别为550×110、600×110、800×110和1130×110的多种规格冲孔板，具体安装位置如下图所示。每个冲孔板上圆孔直径和数量各有差异，在风速最大区域安装孔径最小的冲孔板，从风速大的区域到小的区域所使用的冲孔板圆孔密度和孔径逐次增大。这样能够改变风道静压分分布，增加风速小区域静压，增大此处的出风速度；减少风速大区域降压，减少此处的出风速度。
图2阻体冲孔板安装位置
按照图2位置安装完冲孔板后，再次对相同位置风速测点进行测量，数据见表2
表2 优化后各测点风速
测点 风速/（m·s-1） 测点 风速/（m·s-1） 测点 风速/（m·s-1） 测点 风速/（m·s-1）
1 1.00 12 0.20 23 0.50 34 0.18
2 0.20 13 0.29 24 0.70 35 0.29
3 0.14 14 0.37 25 0.38 36 0.18
4 0.20 15 0.42 26 0.31 37 0.16
5 0.15 16 0.20 27 0.21 38 0.35
6 0.22 17 0.23 28 0.15 39 0.30
7 0.15 18 0.24 29 0.20 40 0.19
8 0.12 19 0.25 30 0.16 41 0.66
9 0.17 20 0.46 31 0.16 42 0.69
10 0.13 21 0.58 32 0.22
11 0.16 22 0.49 33 0.18
图3 整改前后数据对比图
对比表1和表2数据，从图3可以看出风道始端风速较小末端较大，整改后均匀性有了较大改善。以R表示出风均匀性，分别计算整改前后出风均匀性如下
整改前=
其均匀性按式 R=
——整改前平均风速
——每个测点的风速
N——测点数量
计算出整改前均匀系数R=0.45，整改后均匀系数R=0.19。从上面计算可知空调系统出风格栅加装冲孔板以后，使出风格栅腔的压力分布更趋均匀，送风不均匀系数R由0.45变为0.19，送风均匀性得到较大改善。
3、结语
1、广佛线空调送风不均匀是由于静压风道内压力不均，导致风道尾端风速偏大，而风道始端出风严重偏小。
2、最好的解决办法是在主风道内安装挡板以达到出风均匀目的，当由于现场维护整改中不可能把风道拆开，只能采用经济实用的办法，在风道截面面积、出风条缝和孔口面积都不变的情况下，通过在出风格栅处设置不同阻体来实现送风均匀性。
3、整改完成后客室温度均匀性得到较大改善，目前已经全面开始广佛27列车的整改工作。
参考文献：
[1] 龙静，地铁车辆空调系统送风风道分析[J].地铁车辆，2004（7）：15