地铁车辆空调采暖系统的设计

摘 要：本文通过结合地铁车辆所需运营条件， 指出了车辆空调采暖系统参数的选择和确定， 并详细阐述介绍了空调采暖系统中空调机组、制冷单元、制热单元、应急通风单元以及空调电气控制系的设计与实现。

关键词：地铁车辆；空调采暖；参数；设计

1 前言

随着社会经济的日新月异，城市轨道交通建设迅速发展，客流量的增加对地铁车辆空调采暖系统的舒适度、通风量等提出了更高的要求。地铁车辆的空调采暖系统主的通风单元、制热、制冷单元的工作状态是提高客室舒适性所必不可少的基础条件。该空调采暖系统从客室空气的温度、湿度、清洁度等各个方面对客室空气质量进行控制，进而满足客室舒适性的良好状态。本文结合天津地铁、沈阳地铁车辆空调采暖系统的使用状态，就地铁列车空调采暖系统提出了一些新的设计方案。

2 地铁车辆空调采暖系统概述

地铁车辆客室空调机组为顶置式薄型单元式空调机组，每辆车安装两台，分别布置在车顶的两端，每台空调机组具有两个独立的制冷回路。每辆车设一套空调控制系统，空调控制系统为一个设置在车辆端部的空调控制柜，控制两台客室空调机组、两组客室电加热器。对于带司机室的控制柜，还控制司机室送风单元和回风单元联动。送风单元和回风单元的风机由内置于送风单元内的变压调速器同步控制，保持司机室送回风量一致。

客室空调机组由列车管理系统（TMS）控制，TMS 发送控制指令给控制柜，由空调控制柜控制空调机组和客室电加热器的运行，实现对车辆预冷、预热、通风、半冷、全冷、半暖、全暖等工况的控制，保证空调机组压缩机、冷凝风机、通风机、预热器和客室电加热器在正常电压下可靠地工作，同时对空调电气系统运行中出现的有关故障进行诊断、指示并保护，便于检修和查寻故障。

3 地铁车辆空调采暖系统参数介绍

地铁车辆空调机组为顶置式薄型单元式，每辆车安装两台，分别布置在每辆车的车顶两端，每台空调机组有两个独立的制冷系统，增加了空调装置的可靠性。分步启动，启动电流小，对整车电源的冲击小。与空调机组配套的空调控制柜安装在车内。空调机组与空调控制柜通过电气连接器（插头、插座）连接，由车辆逆变器供电。

4 地铁车辆空调采暖系统的设计

4.1 通风系统设计

空调车辆的通风系统是车辆空气调节的重要组成部分。经空调机处理过的空气只有通过通风系统送往车内， 才能保证车内温度均匀性。为满足客室内空气洁净要求，列车车厢内必须设置通风换气装置，主要包括新风单元和回风单元，新风来自空调机组两侧新风口，新风经过新风滤网过滤后进入机组内。回风口设置在客室顶部，客室内的空气从回风口进入空调机组内，与新风混合，经过制冷或加热后进入客室，依次进行循环。

4.2 制冷单元设计

制冷时，经压缩机压缩的高温高压气体制冷剂在冷凝器内被冷凝风机吹入的空气冷却为液态制冷剂。然后，液态制冷剂经过干燥过滤器，再经毛细管节流为低压的液体（有少量气体）制冷剂进入蒸发器，与（回风和新风）混合空气进行热交换，从而使混合空气冷却和干燥。最后，冷却干燥的空气通过天花板风道被吹入客室。与此同时，在蒸发器内被蒸发的制冷剂变成低压饱和气体或少量过热气体，经过气液分离器和回气过滤器被吸入压缩机，从而完成制冷循环。

4.3 司机室通风单元设计

车辆司机室室设一套送风单元和一套回风单元，通过单独的风道从相邻的空调机组中吸入已处理的空气，再将其送回客室，用以调节司机室内的温度和湿度，给司机提供一个健康舒适的工作环境。送风单元内安置一台变压器，对两个单元内的电动机进行调速，共有三种速度选择。另送风单元内还安装有三个热磁断路器对送回风单元的电机保护，以及两个接触器，实现正常通风和紧急通风的控制。在紧急通风状态下，由逆变器提供电源给两变压器进行紧急通风。送风单元通过风嘴来调节送风方向，风量最大时为645m3/h。

4.4 应急通风单元设计

当正线运行出现高压断电故障或者辅助供电系统故障时候，为保证客室内一定时间内的通风量，必须设置应急通风单元，应急通风单元以网络通讯模式控制，如果网络未接，通过传输线接入110V正信号，网络正常时，将控制开关打至集控位，通过司机室TMS监控显示屏发送紧急通风工况指令即可。此时空调机组停机，控制器PLC发出一个启动紧急逆变器信号，紧急逆变器收到指令后启动，紧急逆变器供电给空调机组通风机，通风机运行在降频降压工况下。此时，通风机电源 AC266伏，频率35Hz，应急通风运作，不准制冷制暖运行，确保全列车客室内45分钟的应急通风。

4.5 电气控制单元设计

地铁车辆每一辆车配备一台空调控制柜，每台控制柜主要控制每辆车上的两台空调机组及客室电加热、司机室送风和回风单元（仅Tc车）。输入主电路电压AC380V，控制电路电源DC110V。紧急通风时由紧急通风逆变器给空调送风机和司机室送回风单元供电。

空调控制柜主要由两部分组成：

电气控制元件：主要是指控制各负载的断路器、接触器、保护元件、电源、接线端子等，均安装在控制柜的柜体控制盘上。

OMRON微处理器：控制柜上有一个OMRON微处理器，是整个控制系统的核心，使空调机组在本控、集控，通风、制冷、制暖、紧急通风等不同工况下运行。

系统控制器由一个欧姆龙PLC主机（型号为CPM2A-CPU62）、一个12/8点的I/O扩展模块（型号为CPM1A-20EDR1）、一个温度扩展模块（型号为CPM1A-TS102）和一个适配器（型号为CPM1A-CIF01）组成，PLC是可编程逻辑控制器的缩写，PLC不仅能操作、控制、监视空调机组运行，还具有完善的故障处理及保护功能。PLC设有标准RS232通讯端口，可通过通讯网关与列车RS485总线相连，实现集中控制。

5 结束语

地铁车辆的空调采暖系统的工作状态是提高客室舒适性所必不可少的基础条件。空调采暖系统从客室空气的温度、湿度、清洁度等各个方面对客室空气质量进行控制，进而满足客室舒适性的良好状态，保证地铁车辆的安全运营。

参考文献：

[1]章英.车辆设计参考手册（客车采暖、通风与空气调节）[S].北京：中国铁道出版社，2013.

[2]滕兆武，王刚.车辆制冷与空气调节[M].北京：中国铁道出版社， 2013.

[3]臧建彬，刘叶弟.A 型地铁列车空调系统设计研究[R].上海：同济大学铁道与城市轨道交通研究院，2012.