列车空调

列车空调

1 舒适度

车内温度应符合的有关规定。新型空调车：冬季18－20C°，夏季24－28C°。湿度40%~70%。（铁路旅客运输服务质量标准）

空气中的相对湿度为40％至60％时，人体最为舒适，也不容易引起疾病。当空气湿度较高时，汗液蒸发速度很慢，人就有一种粘糊糊的感觉，很不舒服。如果高温伴着高湿，还容易发生中暑现象。只有当空气湿度较低时，汗液蒸发速度才会较快，即使天热一点，人也感到一种爽快。空气湿度过大或过小，都对人体健康不利。湿度过大时，人体中一种叫松果腺体分泌出的松果激素量也较大，使得体内甲状腺素及肾上腺素的浓度相对降低，细胞就会“偷懒”，人就会感到无精打采，萎靡不振。长时间在湿度较大的地方工作、生活，还容易患风湿性、类风湿性关节炎等湿痹症。湿度过小时，蒸发加快，干燥的空气易夺走人体的水份，使人皮肤干裂，口腔、鼻腔粘膜受到刺激，出现口渴、干咳、声哑、喉痛等症状，所以在秋冬季干冷空气侵入时，极易诱发咽炎、气管炎、肺炎等病症。现代医学还证实，空气过于干燥或潮湿，都有利于一些细菌和病菌的繁殖和传播。科学家测定，当空气湿度高于65％或低于38％时，病菌繁殖滋生最快；当相对湿度在45－55％时，病菌的死亡率较高。正因为空气湿度影响着人体健康，所以人们在日常生活中，不仅要关注温度和晴雨，也要关注身边无时不在的空气湿度及其变化。

2车型特点

随者铁路全封闭空调客车的大量使用，豪华高档空调客车不断推陈出新，列车速度大大加快。然而，铁路空调客车在改善了来车环的温度舒适条件的同时，有关车内徽小气侯及空气质量的研究报道校少。因此，我们对目前-运行的4种主要旅客列车车型(25K、25G、25T、25B型)的埂座、硬卧、软卧车厢的空气质量、微小气候进行监测，从而找出污染车厢空气的主要污染物。

25型板客列车是目前中国铁路客运的主要车型，25B型车代表我国生产的25型车第1 代非空调车，作为取代22、23型的主型产品，一故为绿色，构造速度l20km/h，转向架使用弹簧减震；25G型车，“G”代表“改造”，它表示在A型车(我国大陆铁路空调客车大量普及的首批车型)基础上改进的空调车，一般为红色有空调，构造速度l20km/h，转向架使用弹簧减感！；25K型车，“K”代表“快速"，在G型车基础上改进的空调车，为蓝色，有空调，构造速度l60km/h，转向架使用气压减震！；25T型车，“T”代表“提速"，在K型车的基础上改进的空调车，白色，有空调，构造速度l80km/h，转向架使用气压减震。

25G型平均温度为22.9℃，国家标准为l8~2O℃，其他车型平均温度均在国家标准范围内；25T型甲均湿度为41.1%，在国家标准范围内(40%~70%)，其他车型平均沮度均低于国家标准。25B型车厢CO浓度显著高于25T型车厢(P<0.05)；25B车厢CO2浓度显著高于25T 车厢(P<0.05)；25B车厢的PM浓度显著高于25T车厢(P<0.05)；25B、25G、25K

型车厢空气细菌总数均显著高于25T型(P<0.05)；25T型车厢的甲醛浓度显著高于25K型

(P<0.05) 硬座、软卧、硬卧车厢之间CO及PM浓魔差异无统计学意义(P>0.05)；硬座车厢CO2浓度高于硬卧和软卧车厢(P<0.05)；硬座车厢空气细菌总数明显高于硬卧、软卧车厢(P<0.05)；软卧车厢的甲醛浓皮高于硬卧和硬座车厢研究结果显示25G型车厢温度较高，湿度较低，车厢空气干焕，这易使人体感觉不舒适，有愧热感。25B车型主要由于为燃煤取暖，且终点站为北方地区，窗户紧闭的缘故，燃煤产生的灰尘、CO，吸烟产生的CO、烟努以及人们呼出的CO2等在车厢内散发不出去，所以25B车型中CO、CO2和PM与其他3种车型之间有显著性差异，因此CO、CO2和PM是25B型车的主要污染物。25B型、25K型和25G型的空气细菌总数与25T型相比有显著性差异，是25B、25K型和25G型的主要污染物。25T型中甲醛与其他3种车型之间有显著性差异，可能主更是由于车体本身的装修装饰原因所致，所以甲醛是25T型车的主要污染物。由于硬座车厢人员较硬卧、软卧多，呼出的CO2量大，流动性大，带起的尘埃长期在空中漂浮，虽然车厢内不允许吸烟，允许到车厢两螨风档处吸烟，但硬座车厢埔il'1基本处于敞开状态，硬座车厢CO2、空气细菌总数与硬卧、软卧之间有显著性差异，所以硬座车厢空气质量较硬卧、软卧空气质量差。软卧车厢甲醇与硬卧、硬座之间有显著性差异，原因可能是由于软卧车厢人员流动性小，密闭性能好，空气流通相对较伎，挥发性气体不宜扩故造成，所以甲醛是软卧车厢的主要污染物。

控制污染源是改善车厢内空气质量、提高舒适性的及经济曷有效的途径，包括使用绿色环保产品、在生产车辆时使用低甲醛环保型材料等。此外，车辆在投入运营前，应在室外故且较长时间，让有机物挥发完全；运营时尽量减少列车超员，保证加强通风，真正为旅客提供一个舒适、环保安全的旅行环境

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3制冷新技术

1）制冷剂替代技术

由于R22对臭氧层的耗损作用和较高的温室效应值，现在一些国家竞相开展了对HCFC22替代技术的研究。经过几年的实验和评估，R22比较成熟的HFCS替代物有如下几种：

(—)R407c：是众多候选替代制冷剂中呼声较高的R22替代物。这是由于R407c的热力性质与R22比较相似，它们的工作压力和制冷量都比较接近。这使得替代简单易行，原有R22机器设备改用R407c后除更换润滑油，调整系统冲注量及节流元件外，对压缩机和其余设备均可不做改动。

(二)R32/l34a：这种非共沸混合物在30nO%时具有最佳的热力学性能。许多报告指出，经系统冲注量、热交换器的优化后的空调设备采用这一混合工质后的制冷量完全可与R2相当，而能效比还可提高几个百分点。其缺点是在某种条件下呈可燃性，虽

然它在正常工作条件下是不可燃的。

(三)R410a：其热力性能十分接近单工质，虽然它与R22的热力性质不很相似，但却可

能是R22最有前途的HFC类替代物。使用R410a的制冷系统需彻底改型，但改型后的机器变得更为紧凑。它的另一优势是液相的热导率高，粘度低，使其具有优于R22的传输特性。R410a在适当的压力范围内经优化后有比R22更高的能效比，在相同的造价下整体效率

可提高5%左右，足以弥补改型设计等所需费用，故而它可作为R22的长期替代物。

(四)Rl34a：与R22相比，压力、冷量都会降低，大多数的管道包括换热器在内都应扩大以减少压力损失，压缩机的排量也要增加。用它代替R22后系统的制冷量有大幅度的下降，能效比也略有下降。系统的改型费用较高，因此对于小型住宅或商用空调不太可能用它，但对大型冷水机组尤其是用螺杆或离心式压缩机时比较合适。

(五)Rl270：通过对Rl270与R22的热物理性质和热力循环性进行比较，碳氢化合物Rl270的环境接受性能好，主要的热物理性质与R22相似，其气化潜热比R22和R290部要高，传热效率高，并且Rl270的可燃可爆性也可以通过生产过程和制冷装置中安全措施的完善而得到克服。与R22系统润滑油及其它部件均能兼容，并且与R22容积制冷量相差不大，不需要压缩机进行改型。具有高制冷量，高循环性能系数，充注量大大减少的优点，总体考虑是一种性能优良的制冷剂。

二、天然制冷剂的研究

HFC替代物虽然解决了臭氧层的消耗问题，但其较高的GWP值仍然是困扰人们的一个不可忽视的问题。如果从环境的可接受性考虑，天然制冷剂无疑是解决问题最彻底而又最完满的途径。

目前在天然制冷剂中以氨、丙烷与其他烃的混合物及CO2制冷技术，其中CO2制冷技术最有可能成为R22的长期替代物。由于CO2的高密度和低粘度，CO2的流动损失小，传热效果好。通过强化传热可以弥补它循环不高的缺点，增加回热器或者采用两级压缩即可达到与常规制冷剂相似的效率，而不膨胀机，这也是各公司开发CO2小型制冷或者汽

空调的研究方向。

CO2制冷技术已经跨进实际应用的门槛。日本几大司开发的CO2热泵热水器已上市多年，年产已达十万台。日本冷冻空调空调协会标准JRA_4050-2000家电热泵热水机(二氧化碳冷媒)对器稍加改装，即可变为有热回收的家用空调，所以将CO2用于家用空调也只有一步之遥。在汽车空调方面，可以说国际上各大汽车公司部进行了CO2汽车空调的研制，并能过专门协调机构联合攻关，国际汽车工程学会不断发布有关报告。欧盟正在讲座相关

CO2汽车空调的标准，准备在2008-2010年将欧洲的汽车空调全部改为CO2系统。

三、热声制冷技术

热声制冷是21世纪以来发展的一种新的制冷技术，与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比，热声热机具有无可比拟的优势：无需使用污染环境的制冷剂，而是使用惰性气体或其混合物作为工质，因此不会导致使用的CFCS或HFCS臭氧层的破坏和温室效应而危害环境；其基本机构是非常简单和可靠，无需贵重材料，成本上具有很大的优势；它们无需振荡的

活塞和油密封或润滑，无运动部件的特点使得其寿命大大延长。热声制冷技术几乎克服了传统制冷系统的缺点，可成为下一代制冷新技术的发展方向。

所有的热声产品的工作原理部基于所谓的热声效应，热声效应机理可以简单的描述为在声波稠密时加入热量，在声波稀疏时排出热量，则声波得到加强；反之声波稠密时排出热量，在声波稀疏时吸入热量，则声波得到削弱。当然，实际的热声理论远比这复杂的多。

当然，热声制冷的设计水平及制造工艺也在不断的提高。目前，美国在热声领域内的投入最大，研究机构最多，取得了许多突破性的进展。如上世纪90年代早期，美国海军研究生院(NPS)的GalTett教授开发的热声制冷机；2000年左右，开发了太阳能驱动的热声制冷机；还有在美国LOS Alamo8国家实验室(LANL)，SwlFT教授领导着世界著名的热声研

究组，他们主要研发的热声驱动的脉管制冷(低温制冷)；另外还有开式热声制冷和空调、高

频微型热声机制冷以及还在研发中的种种技术。

四、太阳能空调

太阳对地球的年辐射总量为1.8xlOl8kW·h。如果0.01 %能够被利用，折合到每人为1.8 xlOl8 x.01 %÷(60x 108)= 30000kW·h / a。

太阳能制冷具有很好的季节匹配性，夏季，天气越热，空调的负荷越大，需要的制冷量就越大，而此时太阳幅射最强，提供的热能最多，太阳能空调提供的冷量也就最高。冬季，太阳能辐射减弱，但所需的制热循环水温度不高(65℃即可)，在满足制冷工况的集热面积下，同样能满足制热负荷要求；这一特点使太阳能制冷技术受到重视和发展。实现太阳能制

冷有“光-热-冷”●“光-电-冷”●“光-热-电-冷”等途径。

(—)太阳能溴化锂机组。该机组利用聚焦集热技术实现太阳能的光热转化，转化的热能提供给溴化锂吸收式空调机组制冷或采暖。具体形式为：反射镑将阳光反射并聚焦到真空管上，真空管吸收反射的阳光加热管内循环水，被加热的循环水以汽液状态进入汽包；汽包是汽液分离的场所，分离的蒸汽进入溴化锂吸收式空调机组，为机组提供制冷或制热的能源。

制冷过程为：阳光照射在反射板并聚焦到真空管上时，管内的循环水被加热，180℃的高温热源水进入主机高发，主机以热水机的循环进行制冷运行。热源水在高发内换热后，由集热泵再送入集热管路循环加热。太阳能制冷过程中，如果光强减弱使集热器不能获取足够热量时，通过改变热源泵运行频率改变热源水流量，使热源水温度保持在180℃，同时，启动燃烧机，由太阳能和补燃共同完成制冷运行。

制热过程为：阳光照射在反射板并聚焦到真空管上时，管内的循环水被加热至130℃进入主机高发，加热采暖热水器进行制热运行。太阳能制热过程中，如果光强减弱使集热器不能获取足够热量时，通过改变热源泵运行频率改变热源水流量，使热源水温度保持130℃，同时，启动燃烧机，由太阳能和补燃共同完成制热运行。

(二)太阳能半导体制冷技术。半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷方式，因此又称为热电制冷或温差电制冷。半导体制冷器的基本元件是热电偶对，即把一个p型半导体元件和一只n型半导体元件连成的热电偶，当直流电源接通，上面接头的电流方向是n-p，温度降低，并且吸热，形成冷端；下面接头的电流方向是p-n，温度上升，并且放热，形成热端。把若干对热电偶连接起来就构成了常用的热电堆，借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热，产生低温，这就是半导体制冷的工作原理。太阳能半导体制冷系统就是利用半导体的热电制冷效应，由太阳能电池直接供给所需的直流电，达到制冷制热的效果。

目前，太阳能电池的价格呈现逐年下降的趋势。单晶硅太阳能电池得到了很大发展，发电效率已经达到了15%。价格更低廉的多晶硅太阳能电池也发展很快。基于薄膜技术的第二代和第三代太阳能电池的出现，大大地推动了太阳能电池产业的发展。与此同时，

半导体工业也得到了快速的发展，热电材料的优值系数有了很大的提高，并出现了一些有希望的新型材料(例如Skutterudites结构材料、薄膜及纳米材料等)。2001年美国RTI研究所将Bi-Te基合金制备成超晶格薄膜，在300K的温度下其ZT 值达到2.4。热电材料的价格也逐年下降。这些都将使太阳能半导体制冷系统的成本大幅度下降，并且性能也将有显著提高，为太阳能半导体制冷系统的推广应用奠定了基础。可以预见，在不远的将来，清洁、无噪音的各式太阳能半导体制冷系统将进入千家万户。

五、水源热泵空调系统

地球表面或浅层水源的温度一年四季基本不受外界气候影响，相对稳定，一般为lO~25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。

水源热泵是既可供热又可供冷的高效建筑节能技术，水源中央空调系统是由末端(室内空气处理末端等)系统，水源中央空调主机(又称为水源热泵)系统和水源水系统三部分组成。

为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机(热泵)"泵" 送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机(制冷)转移到水源中，以满足用户制冷需求。

水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种：闭式系统需要构造地下埋管换热器或者地表水埋管换热器，形成封闭的地源水循环系统，向地下土壤或者地表水散热或者取热。开式系统的特点是抽取地下水或者地表水，在板式换热器中与机组的循环工质进行热交换，实现散热或者取热后，再回灌到地下或者河流。我国的水源热泵刚刚起步，发展前景看好。目前已经有数个示范工程。在华东地区，越来越多的用户开始熟悉水源热泵，并深感兴趣。主要是因为常规能源的节约和可再生能源的充分利用；另一方面是因为有较好的热泵科研与应用基础。

六、天然气(燃气)吸收式制冷系统

天然气是一种清洁优质的燃料，且储量丰富，已逐渐成为继煤炭和石油之后的世界第三大常规能源。以天然气为能源的制冷空调技术上世纪中期在发达国家已经走向市场，目前，大多数压缩式制冷空调系统都是采用电力驱动的，而以天然气为能源的内燃机或燃气轮机驱动的压缩式制冷空调系统在制冷空调工业中的比重越来越大。该种系统不但具有节能、减少电力投资的优点，还具有延长压缩机使用寿命，提高能源利用率的优势。

吸收式制冷是一种以“热化学压缩机”为特点的制冷循环。燃气吸收式制冷系统一般为氨一水系统，水一溴化锂系统。其特点是系统中无机械运动部件，无机械磨损，有利于延长机组使用寿命、降低噪声污染。天然气较高的燃烧品质，有利于提高制冷循环势力系数，减少能耗，减小冷热水机组的结构。通常，直燃式Li-Br双效吸收式制冷机组COP值可分达到1. 1-1.2，而三效机组的COP值可达1.65左右。

七、善能空调系统

蓄能系统能够转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，因此可以减少新建电厂投资，具有巨大的社会效益，提高现有发电设备和输变电设备的使用率，同时，可以减少能源使用(特别是对于火力发电)引起的环境污染，充分利用有限的不可再生资源，有利于生态平衡。

蓄能系统的方案设计需要依据当地电力政策、建筑物实际使用情况和蓄能设备的性能进行系统形式和设备容量的优化设计：采用常规空调形式，即不采用蓄冷方案，制冷机组的容量应满足瞬时最大负荷，制冷机组在有供冷需要的时间都运行，运行费用最高；若采用全负荷蓄冷形式，制冷机组在白天用电高峰期不运行，运行费用最省，但冷机和蓄冷装置的

容量均较高，初投资高、占地面积大；因此，必然存在一个最优的部分负荷蓄冰系统，夜间用电低谷期利用冷机和蓄冷装置蓄存一定冷量，补充用电高峰时间所需的部分冷量；投资回收期限最短，或整个空调系统寿命期内的初投资和运行费用总和最省。

蓄冰系统需要增加的特殊装置有：蓄冰设备，乙二醇管路和水泵，板式换热器(绝大多数系统选用，乙二醇和水管路分隔并换热)0 冰蓄冷空调系统比常规电制冷空调系统初投资增加16%，而年运行费用减少38，初投资增加费用的投资回收周期约为3年。因此，冰蓄冷空调系统具有良好的推广意义。

蓄能系统与常规空调系统的根本不同点在于：常规空调只需考虑满足最大小时的负荷，其他时段冷机部分负荷运行就可以。而蓄能系统必须对一个运行周期内的逐时冷负荷进行均衡分配，通常以目为周期，作出典型设计目的运行周期负荷表：确定冷机和冰格的容量和各个时段的开启情况。

八、空调系统智能控制

在国外的智能建筑里的空调系统大多数是采用V A V空调系统，该系统一般是进行空气调节过程的节能多工况分区，然后运用多个回路的PID控制。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好。但是，V A V空调系统是一个干扰大的、高度非线性的、不确定

性系统，在这种情况下，PID控制的效果很糟糕。在HV AC控制领域，许多新的控制方法不断出现，如MacArthur和Grald采用自适应控制方法，Dexter和Haves运用自调节预测控制器。但是，在将现代化控制理论和大系统理论，运用到V A V空调系统中时，由于它们的分析、综合和设计都是建立在严格和精确的数字模型之上的，所以同样遇到这样的问题。而智能控制理论正是针对被控对象及其环境和任务的不确定性提出来的，在V A V空调系统

的控制领域应当具有广阔的前景。目前，智能控制理论主要有三大方向，即，模糊控制、神经网络控制和专家系统。它们在V A V空调系统中主要用于诊断异常、预测能耗。对于V A V 空调系统控制，模糊控制和神经网络控制的研究部已开始，而专家系统由于其知识库庞大，设计十分困难，目前尚难以应用过来。

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1）补充

产品介绍

产品名称：

列车环境与舒适度控制系统（HVAC）

用途特点：

列车的机车（车头和车尾）的司机操作台安装空调集控屏，通过贯穿全列的CAN数据通讯网络或RS485网络集中管理和监控全列各个车厢的空调系统工作情况，并实现各种车厢之间的智能冗余功能，从而保证整个系统最大程度的稳定性。

每节车厢配备多台空调机组、一个空调控制柜和一个空调控制器，他们之间通过车辆配线相互连接在一起，形成了一个完整的智能空调系统。

空调机组采用顶置式安装，空调机组采用单元式、微机控制并应具有自诊断功能。每辆车安装空调机组两台。当一台辅助电源故障时，空调机组的制冷能力应自动减半。空调机组因故不能制冷时应保证适当的通风。

空调控制柜充当了空调控制器和机组之间的接口转换的功能，同时配有机组基本的故障保护功能，确保系统在出现一些重要故障时能够迅速进行相应的机组保护动作，保证整个机组的安全工作。同时每节车厢的空调控制柜配备有一个万装开关，提供如下档位“试验全暖”、“试验半暖”、“试验弱风”、“集控”、“停止”、“试验自动”、“试验强风”、“试验半冷”、“试验全冷”。该开关主要用来对机组、控制柜和控制器的单车调试以及维修时用，在列车正常运行时开关处于“集控”档位上。

空调控制器是一个智能微机控制器，它通过温度传感器和电流传感器等多种环境感知器件，实时了解机组的运行环境情况，动态做出控制动作，确保车内环境的舒适性。同时控制器除了实现机组的基本保护功能以外，还能够根据运行情况进行智能机组减载、运行时间均衡、故障记录、启动和停机的时序控制等等高级的机组保护功能，最大程度减少机组磨损，确保部件寿命。同时空调控制器提供和全列数据通信总线的接口，用于实现全列空调系统。

空调控制功能：头车启动、通风、网控和停止，并可通过本车控制装置对空调进行强制控制，也可通过列车监控系统进行控制和温度设定。在网控工作时，空调机组可以根据司机室设定温度控制，空调也可以根据外界环境温度自动调节客室内温度。空调可以通过控制器命令面板进行强制半冷、强制全冷、强制半暖、强制全暖、强制通风、强制空调1/3功率电加热、强制空调2/3功率电加热、强制空调全功率电加热各状态。

列车在正常运行时，由司机对全列车的空调机组进行集中控制。当列车在检修时，可由检修人员对某一台空调机组进行单独控制。