關(guān)于軌道列車空調(diào)節(jié)能性及舒適性優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

張一劍

摘?要：隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，節(jié)能減排、提倡低碳生活已經(jīng)成為當(dāng)今一個(gè)熱門話題，如何降低軌道交通能耗同時(shí)提高乘客對(duì)車內(nèi)環(huán)境的舒適性體驗(yàn)，成為地鐵運(yùn)營公司重點(diǎn)關(guān)注的問題。文章針對(duì)列車空調(diào)系統(tǒng)基于列車載荷變化自動(dòng)調(diào)整客室目標(biāo)溫度進(jìn)行試驗(yàn)研究從而達(dá)到節(jié)能的效果，通過優(yōu)化電客車空調(diào)系統(tǒng)變頻壓縮機(jī)控制邏輯從而提高客室的舒適性。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng);節(jié)能;舒適性

電客車客室空調(diào)機(jī)組是用以調(diào)節(jié)車內(nèi)環(huán)境，處理車內(nèi)空氣的溫度、濕度和潔凈度，給旅客及司乘人員提供一個(gè)健康舒適的乘車環(huán)境。廈門地鐵某線路電客車空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)型式為車頂單元式，各空調(diào)機(jī)組均設(shè)有兩套獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，以增加空調(diào)機(jī)組的可靠性。空調(diào)機(jī)組采用谷輪全封閉臥式渦旋壓縮機(jī)，制冷劑為R407C，以熱力膨脹閥作節(jié)流元件。每臺(tái)壓縮機(jī)均配有獨(dú)立的變頻器，可根據(jù)車內(nèi)負(fù)荷大小進(jìn)行控制壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，實(shí)現(xiàn)能量調(diào)節(jié)?？照{(diào)機(jī)組配用獨(dú)立的電氣控制柜，可實(shí)現(xiàn)本地控制和集中控制。

1 基于列車載荷的客室目標(biāo)溫度控制優(yōu)化研究

廈門地鐵某線路電客車每輛車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)一個(gè)PLC控制單元，其制冷控制方式分為“自動(dòng)制冷”和“手動(dòng)制冷”兩種模式。在自動(dòng)制冷模式下，空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)溫度的設(shè)置根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)UIC553溫度控制曲線，空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)溫度按外部環(huán)境溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。在手動(dòng)制冷模式下，空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)溫度的設(shè)置有列車司機(jī)手動(dòng)設(shè)置，通常設(shè)定溫度范圍為22℃-28℃。

由于地鐵車輛在實(shí)際運(yùn)營時(shí)，高低峰時(shí)期的乘客量變化劇烈，會(huì)引起列車客室熱負(fù)荷的劇烈變化，若將載荷變化這一因素加入到空調(diào)目標(biāo)溫度控制中，對(duì)車廂空調(diào)目標(biāo)溫度根據(jù)載荷變化進(jìn)行微調(diào)，當(dāng)載客量少的時(shí)刻適當(dāng)增大空調(diào)設(shè)置溫度，載客量大的時(shí)刻減小空調(diào)設(shè)置溫度，加快空調(diào)制冷效率，迅速將車廂溫度調(diào)整至舒適的環(huán)境，從而提高乘客乘車舒適性。

綜上對(duì)廈門地鐵某線路電客車空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)列車載客率小于1/4定員載荷時(shí)，列車TCMS將載客率小于1/4定員載荷的信號(hào)發(fā)送至空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)控制器自動(dòng)將原設(shè)置的目標(biāo)溫度上升1℃（例如：空調(diào)目標(biāo)溫度設(shè)置為25℃時(shí)，當(dāng)列車小于1/4定員載荷工況，目標(biāo)溫度修正為26℃;當(dāng)列車大于1/4定員載荷工況，目標(biāo)溫度維持不變即為25℃）。

2 空調(diào)系統(tǒng)變頻壓縮機(jī)控制邏輯優(yōu)化研究

廈門地鐵某線路空調(diào)機(jī)組采用的是谷輪全封閉臥式渦旋變頻壓縮機(jī)，由日立變頻器為壓縮機(jī)提供頻率可調(diào)的AC380V電源。在不同頻率下，壓縮機(jī)制冷效率將不同。頻率越高，制冷效果越好。當(dāng)車廂內(nèi)溫度高，需要增加變頻器頻率;當(dāng)室內(nèi)溫度低，則需要減少變頻器頻率。通過優(yōu)化壓縮機(jī)的控制邏輯，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)客室內(nèi)的溫度更精確的控制，避免客室內(nèi)太冷所造成的制冷浪費(fèi)現(xiàn)象，從而提高空調(diào)的節(jié)能性。優(yōu)化前空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)的控制邏輯如下：

（1）車廂內(nèi)溫度上升階段（-0.5℃～1.0℃）：當(dāng)內(nèi)客室內(nèi)的溫度每升高0.5℃時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行頻率依次在45Hz、50Hz、55Hz、60Hz間變化。

（2）車廂內(nèi)溫度下降階段（1.0℃～-0.5℃）：當(dāng)內(nèi)客室內(nèi)的溫度每降低0.5℃時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行頻率依次在60Hz、55Hz、50Hz、45Hz間變化。

綜上為進(jìn)一步提高車廂溫度控制的精確性，對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)的控制邏輯如下：

（1）車廂內(nèi)溫度上升階段（-1.0℃～1.0℃）：在原控制基礎(chǔ)上，當(dāng)客室內(nèi)的溫度低于目標(biāo)溫度1℃時(shí)，增加壓縮機(jī)運(yùn)行頻率為40Hz的工作工況。

（2）車廂內(nèi)溫度下降階段（1.0℃～-1.0℃）：在原控制基礎(chǔ)上，當(dāng)客室內(nèi)的溫度下降至低于目標(biāo)溫度1℃時(shí)，增加壓縮機(jī)運(yùn)行頻率為40Hz的工作工況。

3 優(yōu)化后實(shí)施效果說明

自2018年下半年開始，廈門地鐵該線路電客車空調(diào)系統(tǒng)的控制軟件已完成批量?jī)?yōu)化升級(jí)。優(yōu)化前后空調(diào)系統(tǒng)的舒適性、節(jié)能性的對(duì)比如下：

3.1 舒適性改善

通過上述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的車廂內(nèi)回風(fēng)口處溫度優(yōu)化前后溫度波動(dòng)值由±1.3℃改善為±1.0℃，車廂內(nèi)1.7米處溫度優(yōu)化前后溫度波動(dòng)值由±1.6℃改善為±1.3℃，車廂內(nèi)1.2米處溫度優(yōu)化前后溫度波動(dòng)值由±1.8℃改善為±1.4℃。說明個(gè)車廂內(nèi)溫度波動(dòng)更均勻，溫度波動(dòng)基本控制在±1.5℃內(nèi)。避免了忽冷忽熱的現(xiàn)象，從而提高相應(yīng)的舒適性。

3.2 節(jié)能性改善

從表2可看出，對(duì)比2018年10月、11月車公里能耗與2018年4月、5月的車公里能耗都有所下降，從而到達(dá)節(jié)能的目的。

4 總結(jié)

本文從電客車空調(diào)系統(tǒng)控制原理入手，將列車載荷運(yùn)用于空調(diào)系統(tǒng)溫度設(shè)定中，并優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)的控制邏輯。試驗(yàn)表明，優(yōu)化前后列車車廂內(nèi)溫度的波動(dòng)、列車牽引電耗等方面都有所改善。

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