誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)在高速鐵路客車(chē)上

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　　1 國(guó)內(nèi)外鐵路客車(chē)及其空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展

　　中國(guó)鐵路擁有十分輝煌的過(guò)去。然而，隨著中國(guó)航空業(yè)的重組和大量高速公路的修建，航空運(yùn)輸和長(zhǎng)途公路運(yùn)輸開(kāi)始興起，到1996年，中國(guó)的公路客運(yùn)量甚至超過(guò)了鐵路客運(yùn)量。從1997年開(kāi)始，中國(guó)鐵路開(kāi)始進(jìn)行全國(guó)性的鐵路提速。此后中國(guó)鐵路經(jīng)過(guò)了幾次提速，到2003年客車(chē)最高運(yùn)行時(shí)速已經(jīng)達(dá)到了200公里以上。[1]

　　在國(guó)外，高速鐵路客車(chē)發(fā)展非常迅猛。例如，法國(guó)的高速鐵路技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，高速鐵路（TGV）（Train a Grande Vitesse 法文超高速列車(chē)之意）已達(dá)到每小時(shí)513公里的實(shí)驗(yàn)速度。而日本也正在開(kāi)發(fā)“21世紀(jì)之星”高速列車(chē)，這種列車(chē)除時(shí)速達(dá)350公里的超高速外，在性能上較以往有大幅度的提高，還具有乘坐舒適和車(chē)內(nèi)安靜的特點(diǎn)[2].德國(guó)將磁懸浮列車(chē)作為未來(lái)的新型交通工具，幾年內(nèi)這種列車(chē)最高時(shí)速將達(dá)到400公里。

　　國(guó)內(nèi)外高速鐵路客車(chē)的發(fā)展告訴我們，鐵路即將進(jìn)入一個(gè)高速時(shí)代。為適應(yīng)鐵路高速化的要求，必須對(duì)現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)或提出新的空調(diào)理念。

　　2 鐵路高速化對(duì)客車(chē)空調(diào)裝置提出的挑戰(zhàn)

　　與普通空調(diào)客車(chē)相比，高速空調(diào)客車(chē)無(wú)論是速度還是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都有較大區(qū)別，因此只有針對(duì)高速客車(chē)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)研制適宜的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，才能保證客車(chē)內(nèi)達(dá)到所要求的空氣參數(shù)和空氣品質(zhì)，為旅客提供舒適的旅行環(huán)境。

　　針對(duì)高速客車(chē)的運(yùn)行特點(diǎn)對(duì)其空調(diào)系統(tǒng)提出了如下要求：

　　1）空調(diào)設(shè)備的安裝位置要求降低

　　高速客車(chē)由于其速度快（一般都在200km/h以上），為了保證行車(chē)的安全并且為了提高運(yùn)行的平穩(wěn)性，其輔助設(shè)備（包括空調(diào)系統(tǒng)）及車(chē)體重心位置必須降低，以利于整車(chē)重心的降低。

　　2）空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件要求少

　　高速客車(chē)由于其停站間隔長(zhǎng)，同時(shí)維護(hù)正常運(yùn)營(yíng)的人員少，因此必須保證其空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，這就要求高速客車(chē)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件盡可能減少，以降低事故率，易于維護(hù)管理。

　　3）空調(diào)裝置的安裝空間要求小

　　高速客車(chē)由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（車(chē)體一般采用流線型優(yōu)化設(shè)計(jì)），給其空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備預(yù)留的安裝空間較小，因此，只有針對(duì)其預(yù)留空間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)研制合適的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，才能滿足車(chē)內(nèi)的空氣參數(shù)設(shè)計(jì)要求。

　　4）空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行品質(zhì)要求高

　　高速客車(chē)由于其速度快，車(chē)廂的氣密性高，車(chē)內(nèi)人員較密集，同時(shí)客車(chē)運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)，因此對(duì)車(chē)內(nèi)的空氣品質(zhì)要求高，否則旅客極易產(chǎn)生疲勞、惡心、乏力等不適癥狀。

　　5）空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能要求好

　　高速客車(chē)中一般都將整個(gè)車(chē)廂分割為若干個(gè)小包間，要求每個(gè)包間內(nèi)都能夠方便的單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)包間內(nèi)的空氣參數(shù)，而且由于客車(chē)經(jīng)過(guò)的地域室外參數(shù)差別較大，這就要求其空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能好，以利于適應(yīng)不同的工況要求。

　　6）空調(diào)系統(tǒng)的工作條件差

　　高速客車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理裝置置于野外高速行駛的運(yùn)動(dòng)載體上，經(jīng)常處于不穩(wěn)定的環(huán)境條件下工作，列車(chē)本身的振動(dòng)和與車(chē)軌的撞擊會(huì)給其空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)很大的負(fù)面影響。

　　綜合以上條件可以看出，高速客車(chē)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)有較高的要求，因此，必須針對(duì)高速客車(chē)實(shí)際的運(yùn)行工作條件研制設(shè)計(jì)相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。針對(duì)高速鐵路客車(chē)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的新的、更高的要求，本文提出了誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)在高速客車(chē)上應(yīng)用。

　　3 全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)在高速客車(chē)上的應(yīng)用分析

　　按照誘導(dǎo)器內(nèi)是否設(shè)置盤(pán)管，誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)可以分為兩種類(lèi)別：“空氣－水”誘導(dǎo)器系統(tǒng)和全空氣誘導(dǎo)器系統(tǒng)?！翱諝猓闭T導(dǎo)器系統(tǒng)的一部分夏季室內(nèi)冷負(fù)荷由空氣負(fù)擔(dān)，另一部分由水（通過(guò)二次盤(pán)管加熱或冷卻二次風(fēng)）負(fù)擔(dān)。但是由于此種系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一旦損壞維修量大，且占用空間大，同時(shí)需要一套單獨(dú)的水系統(tǒng)，所以不適于高速客車(chē)的要求。在高速客車(chē)上采用的是另一種誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)——全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)。

　　采用全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，車(chē)內(nèi)所需的冷負(fù)荷全部由空氣（一次風(fēng)）負(fù)擔(dān)。這種誘導(dǎo)器不帶二次冷卻盤(pán)管，實(shí)際是一個(gè)特殊的送風(fēng)裝置，能夠誘導(dǎo)一定數(shù)量的室內(nèi)空氣，達(dá)到增加送風(fēng)量和減少送風(fēng)溫差的作用，有時(shí)也可以在誘導(dǎo)器內(nèi)部裝置電加熱器以適應(yīng)室內(nèi)負(fù)荷變動(dòng)的需要。

　　全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)在客車(chē)上工作過(guò)程是：一次風(fēng)（車(chē)外空氣經(jīng)過(guò)處理由風(fēng)機(jī)送入車(chē)內(nèi)）進(jìn)入到誘導(dǎo)器的靜壓箱，經(jīng)噴嘴高速?lài)姵?。由于高速?lài)娚錃饬鞯囊渥饔檬沟密?chē)內(nèi)的空氣（二次風(fēng)）被誘導(dǎo)到誘導(dǎo)器中，在混合箱中與一次風(fēng)充分混合，然后經(jīng)出風(fēng)口送入到車(chē)內(nèi)[3].

　　全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)特別適用于高速客車(chē)，與高速客車(chē)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的特殊要求相對(duì)照可以看出，全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　節(jié)省車(chē)廂內(nèi)的空間高速客車(chē)由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)于空間要求極為嚴(yán)格，空調(diào)占用的車(chē)廂空間應(yīng)盡可能的小。由于誘導(dǎo)器系統(tǒng)空氣處理設(shè)備的送風(fēng)量?jī)H為一次風(fēng)量，因而風(fēng)量小，使得系統(tǒng)處理設(shè)備及風(fēng)道截面也較小，與以往的集中式空調(diào)系統(tǒng)相比，較好的解決了風(fēng)道安裝空間狹小的矛盾。且誘導(dǎo)器在車(chē)內(nèi)布置靈活，能適應(yīng)各種車(chē)型的需要。

　　2）提高車(chē)廂內(nèi)的空氣品質(zhì)及人體的舒適性

　　由于高速客車(chē)密閉性高，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，所以對(duì)車(chē)廂內(nèi)的舒適性及空氣品質(zhì)要求較高。而全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫差較小，送風(fēng)量大，新風(fēng)量充足，人體的舒適感和室內(nèi)的空氣品質(zhì)較高。另外，在軟硬座客車(chē)中，常用的頂送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)氣流直接吹向旅客頭部，這樣，在冬季會(huì)使旅客感覺(jué)頭暈、不適，而夏季冷風(fēng)先吹頭部也容易使人感冒。而誘導(dǎo)器通常安裝在客車(chē)車(chē)窗下部，不會(huì)對(duì)人體直吹，而且從送風(fēng)口出來(lái)的氣流沿車(chē)窗貼附流動(dòng)到車(chē)頂部，在橫斷面方向形成環(huán)流，使旅客居留區(qū)處于空氣的回流區(qū)內(nèi)，大大提高了舒適度；并且由于新風(fēng)量大，人體的舒適感也會(huì)明顯提高。而對(duì)于軟硬臥客車(chē)來(lái)講，由于一般是兩層或三層臥鋪，車(chē)內(nèi)空間有限，如采用大風(fēng)道通風(fēng)系統(tǒng)，冷風(fēng)會(huì)直接從頂部吹到上鋪旅客身上，人體的舒適感較差；而采用全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)道布置于車(chē)廂下部，而誘導(dǎo)器布置于車(chē)窗下部，不會(huì)造成直吹，這樣會(huì)大大提高車(chē)廂內(nèi)人體的舒適度。

　　系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性高高速客車(chē)由于停站間隔較長(zhǎng)，且由于列車(chē)高速行駛，工作條件惡劣，要求空調(diào)的穩(wěn)定性與可靠性較高。誘導(dǎo)器空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于其他空調(diào)系統(tǒng)，這對(duì)于穩(wěn)定性與可靠性都要求很高的高速列車(chē)來(lái)講無(wú)疑是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)；而且由于系統(tǒng)需要處理的風(fēng)量變少了，這樣，空氣處理設(shè)備的使用壽命會(huì)大大提高，同時(shí)也就降低了空氣處理設(shè)備的損壞率，為高速列車(chē)在惡劣工作環(huán)境下正常運(yùn)行提供了保證。

　　4）設(shè)備安裝位置低

　　高速客車(chē)由于速度快，為了保證車(chē)身平穩(wěn)及運(yùn)行安全，要求車(chē)體的重心盡可能低。相比于頂置式空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)采用下部送風(fēng)，空調(diào)機(jī)組可以安裝在車(chē)下，且誘導(dǎo)器安裝于車(chē)廂下部，從而降低了車(chē)體重心。

　　5）系統(tǒng)適用范圍大，并可以單獨(dú)調(diào)節(jié)

　　鐵路客車(chē)由于經(jīng)過(guò)的區(qū)域范圍大，外部環(huán)境差別非常明顯，因此要求空調(diào)系統(tǒng)能根據(jù)情況，及時(shí)調(diào)整。誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)可以在誘導(dǎo)器內(nèi)裝置電加熱器以適應(yīng)車(chē)內(nèi)負(fù)荷變化的需要。當(dāng)車(chē)內(nèi)負(fù)荷變化時(shí)，可以通過(guò)開(kāi)啟電加熱裝置進(jìn)行適應(yīng)調(diào)整，使得系統(tǒng)的工況調(diào)節(jié)范圍變大，更好的保證車(chē)內(nèi)空氣參數(shù)。同時(shí)，在每個(gè)誘導(dǎo)器入口處可以設(shè)置錐形調(diào)節(jié)閥，以實(shí)現(xiàn)包間內(nèi)系統(tǒng)的單獨(dú)調(diào)節(jié)[4].

　　6）誘導(dǎo)器通常安裝于車(chē)窗下部，這樣，冬季由于熱風(fēng)首先接觸玻璃窗，可以解決窗口由于溫度低而產(chǎn)生凝結(jié)水和結(jié)霜問(wèn)題。

　　綜上所述可以看出，誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)是一種非常適用于高速鐵路客車(chē)的空調(diào)形式，但是，其也存在著一些缺點(diǎn)需要進(jìn)行改進(jìn)。

　　4 高速鐵路客車(chē)誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的改進(jìn)

　　4.1誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)

　　雖然全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)非常適合于高速鐵路客車(chē)的要求，但是它還存在著以下缺點(diǎn)需要加以改進(jìn)：

　　新風(fēng)比大，風(fēng)機(jī)壓頭高，致使系統(tǒng)的能量消耗大。

　　系統(tǒng)的噪聲較大，會(huì)造成噪聲污染，影響車(chē)內(nèi)的舒適度。

　　春秋過(guò)渡季節(jié)無(wú)法充分利用室外新風(fēng)，系統(tǒng)冷量消耗大。

　　4.2誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的改進(jìn)措施

　　針對(duì)以上存在的缺點(diǎn)，可以采用以下措施加以克服：

　　集中排風(fēng)，設(shè)置能量回收裝置根據(jù)文獻(xiàn)[5]，可以設(shè)置集中排風(fēng)裝置，并在排風(fēng)與新風(fēng)管道系統(tǒng)設(shè)置全熱交換器，以利于回收排風(fēng)冷量，降低系統(tǒng)能量消耗。

　　采取消聲措施，降低系統(tǒng)噪聲為了降低系統(tǒng)噪聲，在風(fēng)機(jī)的出口管路設(shè)置消聲靜壓箱，以降低風(fēng)機(jī)噪聲；在誘導(dǎo)器內(nèi)部的靜壓箱內(nèi)壁以及混合箱內(nèi)壁貼高頻吸聲材料，以消除噴射噪聲。由于誘導(dǎo)器噪聲主要是由于噴嘴氣流速度太大而引起噪聲，因此可以通過(guò)增加噴嘴數(shù)量，增大噴嘴面積，降低噴嘴的氣流速度來(lái)降低噴嘴噴射噪聲。

　　設(shè)置旁通風(fēng)道，充分利用自然冷量為了在春秋季節(jié)充分利用室外新風(fēng)，可以在空調(diào)包間的送風(fēng)支管上設(shè)置旁通風(fēng)道，使過(guò)渡季節(jié)的室外新風(fēng)不經(jīng)過(guò)靜壓箱和噴嘴而直接進(jìn)入室內(nèi)，這樣，既節(jié)約了冷量，又提高了空氣品質(zhì)。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　本文對(duì)誘導(dǎo)器的基本原理及特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，針對(duì)高速鐵路客車(chē)進(jìn)行了全空氣誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的適用性分析，并對(duì)其某些缺點(diǎn)采取了改進(jìn)措施。誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)在高速列車(chē)上的應(yīng)用目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)研究，而在國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了多項(xiàng)研究并部分投入使用。隨著我國(guó)高速鐵路客車(chē)的發(fā)展，誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)由于其對(duì)高速客車(chē)的良好適用性定將漸受重視。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1 俞展猷. 國(guó)外高速列車(chē)發(fā)展簡(jiǎn)述與我國(guó)提速列車(chē)試驗(yàn)的回顧， 鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛， 1999，（3）：1~6

　　2 郭榮生. 國(guó)外高速旅客列車(chē)發(fā)展概況，國(guó)外鐵道車(chē)輛，1991，（1）：7~11

　　3 趙榮義范存養(yǎng)等. 空氣調(diào)節(jié)（第三版），中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994

　　4 楊晚生. 客車(chē)空調(diào)靜壓均勻送風(fēng)道的性能研究及誘導(dǎo)器的研制：[碩士論文].青島：青島建筑工程學(xué)院，2002

　　5 楊晚生張吉光史自強(qiáng)等. 高速客車(chē)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用分析，第11界全國(guó)暖通空調(diào)學(xué)術(shù)情報(bào)網(wǎng)論文集，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001