诱导空调系统在高速铁路客车上

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　　1 国内外铁路客车及其空调系统的发展

　　中国铁路拥有十分辉煌的过去。然而，随着中国航空业的重组和大量高速公路的修建，航空运输和长途公路运输开始兴起，到1996年，中国的公路客运量甚至超过了铁路客运量。从1997年开始，中国铁路开始进行全国性的铁路提速。此后中国铁路经过了几次提速，到2003年客车最高运行时速已经达到了200公里以上。[1]

　　在国外，高速铁路客车发展非常迅猛。例如，法国的高速铁路技术是一种比较成熟的技术，高速铁路（TGV）（Train a Grande Vitesse 法文超高速列车之意）已达到每小时513公里的实验速度。而日本也正在开发“21世纪之星”高速列车，这种列车除时速达350公里的超高速外，在性能上较以往有大幅度的提高，还具有乘坐舒适和车内安静的特点[2].德国将磁悬浮列车作为未来的新型交通工具，几年内这种列车最高时速将达到400公里。

　　国内外高速铁路客车的发展告诉我们，铁路即将进入一个高速时代。为适应铁路高速化的要求，必须对现有的空调系统进行改进或提出新的空调理念。

　　2 铁路高速化对客车空调装置提出的挑战

　　与普通空调客车相比，高速空调客车无论是速度还是设计结构都有较大区别，因此只有针对高速客车的实际情况设计研制适宜的空气调节系统，才能保证客车内达到所要求的空气参数和空气品质，为旅客提供舒适的旅行环境。

　　针对高速客车的运行特点对其空调系统提出了如下要求：

　　1）空调设备的安装位置要求降低

　　高速客车由于其速度快（一般都在200km/h以上），为了保证行车的安全并且为了提高运行的平稳性，其辅助设备（包括空调系统）及车体重心位置必须降低，以利于整车重心的降低。

　　2）空调系统的运转部件要求少

　　高速客车由于其停站间隔长，同时维护正常运营的人员少，因此必须保证其空气调节系统具有较高的稳定性和可靠性，这就要求高速客车空气调节系统的运转部件尽可能减少，以降低事故率，易于维护管理。

　　3）空调装置的安装空间要求小

　　高速客车由于其独特的设计结构（车体一般采用流线型优化设计），给其空气调节系统设备预留的安装空间较小，因此，只有针对其预留空间的结构特点设计研制合适的空气调节系统，才能满足车内的空气参数设计要求。

　　4）空调系统的运行品质要求高

　　高速客车由于其速度快，车厢的气密性高，车内人员较密集，同时客车运行时间比较长，因此对车内的空气品质要求高，否则旅客极易产生疲劳、恶心、乏力等不适症状。

　　5）空调系统的调节性能要求好

　　高速客车中一般都将整个车厢分割为若干个小包间，要求每个包间内都能够方便的单独调节每个包间内的空气参数，而且由于客车经过的地域室外参数差别较大，这就要求其空气调节系统的调节性能好，以利于适应不同的工况要求。

　　6）空调系统的工作条件差

　　高速客车空调系统的空气处理装置置于野外高速行驶的运动载体上，经常处于不稳定的环境条件下工作，列车本身的振动和与车轨的撞击会给其空调系统的运行带来很大的负面影响。

　　综合以上条件可以看出，高速客车对空调系统有较高的要求，因此，必须针对高速客车实际的运行工作条件研制设计相应的空气调节系统。针对高速铁路客车对空调系统的新的、更高的要求，本文提出了诱导空调系统在高速客车上应用。

　　3 全空气诱导空调系统在高速客车上的应用分析

　　按照诱导器内是否设置盘管，诱导空调系统可以分为两种类别：“空气－水”诱导器系统和全空气诱导器系统。“空气－水”诱导器系统的一部分夏季室内冷负荷由空气负担，另一部分由水（通过二次盘管加热或冷却二次风）负担。但是由于此种系统内部结构较复杂，一旦损坏维修量大，且占用空间大，同时需要一套单独的水系统，所以不适于高速客车的要求。在高速客车上采用的是另一种诱导空调系统——全空气诱导空调系统。

　　采用全空气诱导空调系统时，车内所需的冷负荷全部由空气（一次风）负担。这种诱导器不带二次冷却盘管，实际是一个特殊的送风装置，能够诱导一定数量的室内空气，达到增加送风量和减少送风温差的作用，有时也可以在诱导器内部装置电加热器以适应室内负荷变动的需要。

　　全空气诱导空调系统在客车上工作过程是：一次风（车外空气经过处理由风机送入车内）进入到诱导器的静压箱，经喷嘴高速喷出。由于高速喷射气流的引射作用使得车内的空气（二次风）被诱导到诱导器中，在混合箱中与一次风充分混合，然后经出风口送入到车内[3].

　　全空气诱导空调系统特别适用于高速客车，与高速客车对空调系统的特殊要求相对照可以看出，全空气诱导空调系统具有以下优点：

　　节省车厢内的空间高速客车由于其独特的设计结构，对于空间要求极为严格，空调占用的车厢空间应尽可能的小。由于诱导器系统空气处理设备的送风量仅为一次风量，因而风量小，使得系统处理设备及风道截面也较小，与以往的集中式空调系统相比，较好的解决了风道安装空间狭小的矛盾。且诱导器在车内布置灵活，能适应各种车型的需要。

　　2）提高车厢内的空气品质及人体的舒适性

　　由于高速客车密闭性高，运行时间长，所以对车厢内的舒适性及空气品质要求较高。而全空气诱导空调系统送风温差较小，送风量大，新风量充足，人体的舒适感和室内的空气品质较高。另外，在软硬座客车中，常用的顶送风空调系统气流直接吹向旅客头部，这样，在冬季会使旅客感觉头晕、不适，而夏季冷风先吹头部也容易使人感冒。而诱导器通常安装在客车车窗下部，不会对人体直吹，而且从送风口出来的气流沿车窗贴附流动到车顶部，在横断面方向形成环流，使旅客居留区处于空气的回流区内，大大提高了舒适度；并且由于新风量大，人体的舒适感也会明显提高。而对于软硬卧客车来讲，由于一般是两层或三层卧铺，车内空间有限，如采用大风道通风系统，冷风会直接从顶部吹到上铺旅客身上，人体的舒适感较差；而采用全空气诱导空调系统，风道布置于车厢下部，而诱导器布置于车窗下部，不会造成直吹，这样会大大提高车厢内人体的舒适度。

　　系统的稳定性与可靠性高高速客车由于停站间隔较长，且由于列车高速行驶，工作条件恶劣，要求空调的稳定性与可靠性较高。诱导器空调系统的运转部件远远少于其他空调系统，这对于稳定性与可靠性都要求很高的高速列车来讲无疑是一个很大的优势；而且由于系统需要处理的风量变少了，这样，空气处理设备的使用寿命会大大提高，同时也就降低了空气处理设备的损坏率，为高速列车在恶劣工作环境下正常运行提供了保证。

　　4）设备安装位置低

　　高速客车由于速度快，为了保证车身平稳及运行安全，要求车体的重心尽可能低。相比于顶置式空调系统来说，全空气诱导空调系统采用下部送风，空调机组可以安装在车下，且诱导器安装于车厢下部，从而降低了车体重心。

　　5）系统适用范围大，并可以单独调节

　　铁路客车由于经过的区域范围大，外部环境差别非常明显，因此要求空调系统能根据情况，及时调整。诱导空调系统可以在诱导器内装置电加热器以适应车内负荷变化的需要。当车内负荷变化时，可以通过开启电加热装置进行适应调整，使得系统的工况调节范围变大，更好的保证车内空气参数。同时，在每个诱导器入口处可以设置锥形调节阀，以实现包间内系统的单独调节[4].

　　6）诱导器通常安装于车窗下部，这样，冬季由于热风首先接触玻璃窗，可以解决窗口由于温度低而产生凝结水和结霜问题。

　　综上所述可以看出，诱导空调系统是一种非常适用于高速铁路客车的空调形式，但是，其也存在着一些缺点需要进行改进。

　　4 高速铁路客车诱导空调系统的改进

　　4.1诱导空调系统存在的缺点

　　虽然全空气诱导空调系统非常适合于高速铁路客车的要求，但是它还存在着以下缺点需要加以改进：

　　新风比大，风机压头高，致使系统的能量消耗大。

　　系统的噪声较大，会造成噪声污染，影响车内的舒适度。

　　春秋过渡季节无法充分利用室外新风，系统冷量消耗大。

　　4.2诱导空调系统的改进措施

　　针对以上存在的缺点，可以采用以下措施加以克服：

　　集中排风，设置能量回收装置根据文献[5]，可以设置集中排风装置，并在排风与新风管道系统设置全热交换器，以利于回收排风冷量，降低系统能量消耗。

　　采取消声措施，降低系统噪声为了降低系统噪声，在风机的出口管路设置消声静压箱，以降低风机噪声；在诱导器内部的静压箱内壁以及混合箱内壁贴高频吸声材料，以消除喷射噪声。由于诱导器噪声主要是由于喷嘴气流速度太大而引起噪声，因此可以通过增加喷嘴数量，增大喷嘴面积，降低喷嘴的气流速度来降低喷嘴喷射噪声。

　　设置旁通风道，充分利用自然冷量为了在春秋季节充分利用室外新风，可以在空调包间的送风支管上设置旁通风道，使过渡季节的室外新风不经过静压箱和喷嘴而直接进入室内，这样，既节约了冷量，又提高了空气品质。

　　5 结语

　　本文对诱导器的基本原理及特点进行了简单介绍，针对高速铁路客车进行了全空气诱导空调系统的适用性分析，并对其某些缺点采取了改进措施。诱导空调系统在高速列车上的应用目前在国内尚无研究，而在国外已经进行了多项研究并部分投入使用。随着我国高速铁路客车的发展，诱导空调系统由于其对高速客车的良好适用性定将渐受重视。

　　参考文献：

　　1 俞展猷. 国外高速列车发展简述与我国提速列车试验的回顾， 铁道机车车辆， 1999，（3）：1~6

　　2 郭荣生. 国外高速旅客列车发展概况，国外铁道车辆，1991，（1）：7~11

　　3 赵荣义范存养等. 空气调节（第三版），中国建筑工业出版社，1994

　　4 杨晚生. 客车空调静压均匀送风道的性能研究及诱导器的研制：[硕士论文].青岛：青岛建筑工程学院，2002

　　5 杨晚生张吉光史自强等. 高速客车空气调节系统的应用分析，第11界全国暖通空调学术情报网论文集，北京：中国建筑工业出版社，2001