我国铁路客车空调技术的回顾与展望

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空调机组的结构形式
现有普通铁路客车空调系统主要还是采用车顶单 元式空调机组，从空调机组送出的风经车内顶部风道 送到旅客居留区，从空调机组下方回风口集中回风，空 调机组的控制由专用控制柜或四合一控制柜控制，制 冷剂以Ｒ２２、Ｒ１３４ａ、Ｒ４０７Ｃ为主，但制冷剂Ｒ２２已经 逐步被淘汰，不能在新机组上使用。 高速动车组用空调机组主要有３种形式： （１）车顶单元式。除了空调控制柜安装在车内， 整个空调机组做成一个箱体，安装在车顶部，一般要求 突出于车顶部的高度控制在３２０ ｍｍ以内。空调出风 连接到车顶送风道，在车内顶板上通过孔板送风；回风
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城轨地铁空调客车在一个城市内运用，每天温度变化 规律稳定；（２）车内乘客数量变化不同，干线铁路空调 客车的乘客一般乘坐的时间长，乘客数量变化不大，而 城轨地铁空调客车早晚高峰期旅客超员，其他时间旅 客不能满员，乘客数量变化较大。 铁路空调客车必须有新风连续进人车内，一般空 调机组新风量是按照满定员设计供给的，中途不会因 车内人员减少而减少新风量，因此新风量的热负荷不 会变化。按照人均新风量１５ ｍ３／ｈ计算的新风热负荷 占空调制冷负荷的３０％～４５％，而满定员的热负荷占空 调制冷负荷的３０％左右，新风负荷比乘客定员负荷大。 如果空调变频技术用在城轨地铁空调客车上，在 早晚高峰时，需要空调机组１００％工作；在中午乘客不 多的情况下，由于环境温度上升，新风负荷加大，空调 机组也不能降低较多制冷量。因此，现有变频空调机 组应用在城轨地铁空调客车上的节能效果并不明显。 如果能结合乘客数量的变化，除高峰期外，在乘客数量 减少时相应地减少新风量，制冷负荷将大大降低，变频 空调机组就能消耗较小的功率，达到节能的目的。 干线铁路空调客车运行区间的温度变化大，空 调机组制冷量是按照外温较高（干球温度３５。Ｃ，相 对湿度６０％）设计的，尽管乘客数量和新风量变化不 大，环境温度的较大变化也会引起车内热负荷的较 大变化。空调变频技术用在干线铁路空调客车，可 以根据环境温度变化很好地调节制冷量，达到节能 的目的。
铁道车辆
第５１卷第１２期２０１３年１２月
文章编号：１００２—７６０２｛２０１３）１２－００７０－０５
我国铁路客车空调技术的回顾与展望
欧阳仲志
（青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛２６６０３１）
摘
要：对我国铁路客车５０年来采用的空调技术进行了回顾，介绍了我国铁路客车和ＣＲＨ系列高速动车组使用空
调机组的情况、节能技术的应用及存在的问题等，展望了我国铁路客车空调技术的发展方向。 关键词：铁路客车；空调技术；节能；环保 中图分类号：Ｕ２７０．３８＋３
２．１普通空调客车 普通空调客车主要是指２２型和２５型客车。２２ 型客车于１９５６－－１９９４年生产，１８型、２４型空调客车是 ２２型客车的派生型号，其通风空调装置采用切入式自 然通风器，空调机组有分装式，也有车顶单元式。２５ 型客车包括２５型、２５Ａ型、２５Ｇ型、２５Ｂ型、２５Ｚ型、 ２５Ｋ型等。 １９６７年生产的２５型客车装有空调机组，列车集 中供电，构造速度为１６０ ｋｍ／ｈ；１９７９－－１９８６年生产的 ２５型客车的车体宽度、车顶距轨面高度与２２型客车 一致，装有空调机组，列车集中供电，构造速度为１４０
文献标志码：Ａ
１概况
我国于１９５８年开始运用铁路空调客车，但数量很 少。１９６６年在２２型客车的改型客车（１８型、２４型）上 小批量采用空气调节技术，供广深铁路和国际联运列 车使用。１９８１年在上海一北京的１３／１４次列车上采 用了四方车辆研究所研制的分体式空调机组，随后在 ２２型、２５型客车上进行了推广应用。２２型车约有９００ 辆安装了空调机组，２５型车８０％安装了空调机组， ２５Ｔ型车１００％安装了空调机组。 ２００６年７月１日正式运营的青藏铁路客车采用 ２５Ｔ型车的主体结构，不仅全部安装了空调机组，还带 有增氧设备，满足了高原地区的使用要求。 ２００７年投入使用的ＣＲＨ系列高速动车组全部采 用空气调节技术，有分体式、车下悬挂式和车顶单元式 空调机组。 我国１９９０年以前制造的地铁客车以强迫通风为 主，安装空调机组的不多；２０００年前后开始批量制造 城轨地铁空调客车，并且对以前没有空调机组的地铁 客车进行了安装空调机组改造，现在生产的城轨地铁 客车几乎全部安装了空调机组。 ５０多年来，我国铁路客车空调技术从无到有，已 经发展到各种铁路客车、城轨客车、高速动车组都可以 安装空调机组，采用空气调节技术。 空气调节技术在铁路客车上的大量应用，使车内 温度、相对湿度、空气洁净度等舒适性指标得到提高， 旅客的乘车环境得到了很大改善。
进、成熟、经济、适用、可靠的方针，遵循标准化、系列 化、模块化、信息化的原则，是集中供电全空调提速客
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车，构造速度为１８０ ｋｍ／ｈ。 ２．３青藏铁路客车 青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁 路，其特殊的地理条件给机车车辆研发制造提出了许 多特殊的高性能要求。青藏铁路客车项目是国家重大 技术装备研制和重大产业技术开发项目，相比平原旅 客客车，青藏铁路客车有许多独特的自主创新成果，许 多先进技术为世界首创。 全列车装有空调系统，并且在列车上首创了制氧 系统，以满足高原环境下的旅行要求；具有绿色环保的 独特设计，列车首次实现了“零排放”；列车有大功率高 原发电车、高可靠性的电气系统，并采取了特有的防紫 外线、风沙等措施。２００６年７月１日青藏铁路正式运 营，７年来运行情况良好。 ２．４城轨地铁客车 我国北京、上海、广州、深圳、天津、南京、重庆、武 汉、沈阳、杭州、成都等城市已经开通地铁列车，还有十 几个城市正在建设地铁，除了上海、广州、深圳最初引 进部分地铁列车外，其他城市的地铁列车全部是国产 的，空调机组也全部国产化。 ２．５高速铁路客车 我国目前批量生产的ＣＲＨｌ、ＣＲＨ２、ＣＲＨ３、 ＣＲＨ５型高速铁路客车全部装有空调机组。ＣＲＨｌ型 车早期采用分体式空调机组，后期采用车顶单元式空 调机组，有压力波保护装置。ＣＲＨ２型车采用车下悬 挂式空调机组，采用连续换气装置。ＣＲＨ３和ＣＲＨ５ 型车采用车顶单元式空调机组，有压力波保护装置。 高速铁路客车采用的空调机组主要有分体式、车 下悬挂式和车顶单元式３种形式。
口和回风道沿车长方向布置在侧墙的行李架下，全车 的回风经过回风道到达空调机组附近，一部分回到空 调机组，另一部分通过废排风机将其排出车外。 １２）分体式。压缩冷凝单元安装在车下，空气处 理单元安装在车内上部，空调控制柜安装在车内。空 调出风连接到车顶送风道，在车内顶板上通过孔板送 风；回风口和回风道在侧墙的行李架下沿车长方向布 置，全车的回风经过回风道到达空调机组附近，一部分 回到空调机组，另一部分通过废排风机将其排出车外。 （３）车下空调机组。整个空调机组安装在车下。 空调出风连接到车辆侧墙下部，经侧墙内部送风道送 到车内上部风道后，通过车内行李架上部条缝出风Ｅｌ、 车窗上部出风口送到车内；回风口设在座椅下方的地 板面上，回风口几乎遍布全车的座椅下方，使回风基本 均匀，各回风口与车下的回风道连接，回风道与车下的 换气装置连接，换气装置将一部分车内回风作为废气 排到车外，另一部分回风与从车外吸人的新风混合，送 到空调机组进行加温或降温处理。
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究采用这些新技术的可行性。 ３．１．２．４制冷剂 铁路客车空调机组最早采用的是Ｒ１２、Ｒ２２制冷 剂，Ｒ１２是淘汰对象，已经不允许在新造空调机组上使 用，Ｒ２２是过渡型制冷剂，只能维持现有设备使用。新 造空调机组主要使用Ｒ１３４ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ等环保制 冷剂。由于制冷剂排放会破坏臭氧层、产生温室效应 等，人类一直在研究对制冷剂的替代问题。 ３．１．２．５车内温度控制和调节 通常是根据一个设在空调机组新风口处的车外温 度传感器和一个设在回风口处的车内温度传感器测得 的温度进行车内温度调节。夏季通过制冷压缩机的减 载、旁通卸载、变频等手段达到控制目的；冬季是通过 对电加热器的加热功率进行调节，保持车内温度的稳 定。 ３．２节能和控制技术的应用 铁路客车空调围绕节能技术开展的工作主要是提 高车辆的气密性能和隔热性能，研究空调机组制冷量 调节和控制技术。 ３．２．１提高车辆气密性能 提高车体的气密性能，最大限度地隔离车内环境 与车外环境，使车内环境不受车体缝隙造成空气泄漏 的影响，车内外空气的交换主要通过空调机组的新风 人口和废气排出口进行，也就是说车内外空气的交换 是可控的。 ３．２．２提高车辆隔热性能 通过采用导热系数小的隔热层材料来降低车体传 热系数，通过采用透光率低的车窗玻璃、中空玻璃等来 防止过多的太阳辐射热进入车内（夏季），减少空调机 组夏季制冷和冬季采暖的负荷。 ３．２．３空调制冷量的调节和节能 铁路客车空调机组大多数是１台空调机组内设有 ２台制冷压缩机，当制冷量需求降低时，可以一台压缩 机工作，另一台压缩机根据车内温度变化进行启机、停 机，有的空调系统采用排气旁通卸载方式调节压缩机 的排量，这种组合可以实现制冷量２５％，５０％，７５％和 １００％的调节。 从２００８年开始在地铁车辆空调机组上采用变频 技术。采用空调变频机组可以对制冷量进行无级调 节，空调机组的能效比有较大提高，自重也相应降低。 空调变频技术可根据车内人员、负荷变化对制冷量进 行调节。 但是干线铁路空调客车的应用与城轨地铁空调客 车不同：（１）环境温度变化不同，干线铁路、高速铁路列 车一天运行跨越的温度区可能有１０。Ｃ以上的温差，而
ｋｍ／ｈ。
１９８７－－１９９０年生产的２５Ａ型客车装有空调机组， 列车集中供电，构造速度为１４０ ｋｍ／ｈ，通过国际招标 研制。 １９９１年开始生产的２５Ｇ型客车是集中供电全空 调客车，构造速度为１４０ ｋｍ／ｈ。截至１９９８年年底制 造有软卧车、硬座车、硬卧车、餐车、软座车和行李车， 且各铁路客车生产厂基本实现了各自配套成列。 １９９２年开始生产的２５Ｂ型车，部分车带有本车供 电空调，大部分车无空调，构造速度为１４０调 准高速客车，构造速度为１６０ ｋｍ／ｈ。 １９９７年开始生产的２５Ｋ型车是集中供电全空调 快速客车，构造速度为１６０ ｋｍ／ｈ。