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1.了解城市轨道交通车辆客室内空气参数的要求2.掌握城市轨道交通车辆空调制冷装置的基本原理3.了解制冷剂的特点及应用一、空调机组城市轨道交通车辆空调机组一般应达到小型轻量化、可靠性、阻燃性、水密性、可维护性、噪声低等要求。1．小型轻量化小型轻量化是城轨车辆空调系统的显著特点。城轨车辆的空调机组通常安装于车顶部，其体积重量受到上部限界的限制，所以小型轻量化是空调机组必须满足的条件。近年来，国产城轨车辆空调采用了一系列新技术以缩小空调机组体积，如采用卧式蜗旋式压缩机，换热器采用内螺纹管以增强换热效果、减少换热器体积，采用带亲水膜轻质铝翅片以降低换热器质量，引进高效进口风机等，在保证流量、噪声等要求下降低了体积和重量。2．可靠性高城轨车辆空调机组应能满足车辆运行振动和冲击条件下的可靠性要求。首先，空调机组的耐振性要好。车辆在运行过程中会产生振动，空调机组要具备足够的耐振性能。我国铁路行业标准TB/T1804-2003《铁道客车空调机组》中对铁路客车的空调设备提出了抗振要求及试验标准。与国铁线路相比，城市轨道交通线路状况相对稳定、车辆振动较小，所以TB/T1804-2003的标准对于城轨车辆空调系统来说是适用的。其次，空调机组的耐腐蚀性要好。现代城市污染程度较大，对暴露在大气中的空调电机和换热器壳体的耐腐蚀性要求较高，须采取相应的保护措施。例如采用防护等级较高的电机，并在电机外部配合处增加电机防护技术措施；在换热器上采用耐酸、碱、盐雾腐蚀的覆膜铝翅片，并采用不锈钢板材制造空调机组壳体，以防止腐蚀，延长空调机组使用寿命。3．噪声低随着生活水平的提高，人们对环境污染的要求和控制水平也越来越高。轨道交通也属于噪声污染源之一，尤其对沿线的影响更大。城轨车辆在选用空调与制冷装置时，必须考虑其噪声的影响。4．免维护程度高安装于城市轨道交通车辆上的空调机组不能像地面制冷机组那样，可以给检修和维护人员一个易于检视的环境和空间。根据轨道交通空调的使用经验，在条件允许的情况下，空调系统应尽量使用单元式、全封闭式制冷循环系统，并提高免维护的元件使用率。二、空调控制器空调控制器控制空调系统正常运行，空调与制冷装置的重要组成部分。现代城轨车辆的空调控制器要求自动化程度高、电磁兼容性好、可靠性高。1．自动化程度高城轨车辆在运行时没有车辆设备巡检员，这就要求空调系统有较高的自动运行能力，能够在出现问题时自动处理，对非故障问题有自我保护及自我恢复能力；同时，对故障能够进行自我诊断和存储，以便在车辆进站或回库后，能够及时进行修复。目前，很多城市的城轨车辆空调系统都采用的微处理器控制，对偶发性非故障现象进行自我判断，对实际故障进行诊断记录，可以通过手提电脑进行手动调试，为乘客和司机创造良好舒适的环境。2．电磁兼容性好车辆的自动化程度越高，车辆设备及信号控制系统的电磁环境越复杂。因此，空调系统的控制装置要充分考虑电磁兼容性，使其能在预期的电磁环境中正常工作，且无性能降低或故障。3．可靠性高目前，车辆空调控制器的关键元件采用的是质量较好的进口元件或合资工厂生产的元件，减低了元件的故障率。电路设计经过大量的实际运行验证，可靠性较高。三、通风系统经空调机组处理后的空气通过通风系统送入车内，并保持车内送风均匀。城轨车辆的空调通风系统应具备以下一些特点。1．温度均匀客室内温度的均匀性主要取决于风道送风的均匀性，所以风道的设计至关重要。城轨车辆空调多采用静压送风风道，保证冷热空气能够均匀送出，使得车内温度均匀。2．气流组织城市轨道交通车辆内的空气流速能影响人体的散热。车内空气流速的增大可以加速人体表面的对流散热，促进汗液的蒸发，从而增加散热效果；但风速过高，乘客头部的吹风感较强，会影响舒适性。据相关研究数据，设计送风风速在0.15～0.25m/s范围内，既能使车厢内温度均匀，又能控制好车内微风速。3．新风量和废排量城市轨道交通车辆载客量大，若乘客人数众多，则由于人的呼吸会造成车内氧气减少、二氧化碳含量增加，导致乘客感到气闷、疲劳，二氧化碳增加到一定浓度后会影响人的健康。此外，车内还可能产生其他有害气体，使空气变得污浊。因此，必须不断更换车内空气，保持一定的新鲜程度。按照卫生标准和要求，每人必须有20～25m3/h的新鲜空气量。但是，若新风量过大，会导致客室内的正压值增大，这是就需要将客室内多余的空气排出车外。一般设置废排口或废排装置。4．紧急通风城市轨道交通车辆在运行中是一个密闭的空间，当列车正常供电失效时，空调系统应能自动转为紧急通风状态，制冷压缩机和冷凝风机全部停止运转，仅通过紧急逆变器将列车蓄电池的DC110V电源逆变为交流电，维持通风机一定时间的紧急通风，保证车厢内乘客所需的氧气量。一、舒适性指标乘客的舒适性包括客室内的温度、湿度、新风、CO2含量、含尘量、微风速、温度场均匀性和噪声等指标。在标准大气压下，人体对舒适度的要求，因个人的体质、年龄、民族、地域、生活习惯、衣着服装等不同而有所不同，冷热干湿的要求也有很大差别。如北京天气炎热、比较干燥，而上海气候除炎热高温外，相对湿度较大；南北方的这种差异决定了城轨车辆车内空气参数设定的指标规定应有所不同。表7-1给出了大多数人感到舒适的温热条件。如果将表中的参数直接用于城轨车辆上的空调与制冷系统，乘客不一定就会感到舒适。城轨车辆自身的运行特点和运行条件决定了乘客对舒适度要求有其特殊性。表7-1人体感到舒适的空气条件程度夏季温度/℃冬季温度/℃相对湿度/%新鲜空气流量/(m3/h)风速/(m/s)舒适22～2815～2130～70＞200～0.2适应27～430～1515～308～200.2～0.4有害＞43＜0＜15，＞70＜8＞0.4通过分析乘客乘坐列车车辆的具体情况可以发现，表7-1所列的舒适值是基于人体在空调环境中长时间停留的稳定状态下得出的。由于停留时间长，人员在车辆中可适当增减衣物，以达到个人的舒适要求，国铁干线铁路采用这些参数完全没有问题。但对城市轨道交通来说，车辆的全程运行时间一般不超过一小时，乘客在车内最长的乘坐时间大概在30～40min，绝大多数乘客只有几分钟或十几分钟的乘坐时间。同时，城轨车辆车门较多，停站开启频繁，有利于气流的流通。这些都说明城轨车辆的空调系统不同于国铁干线铁路车辆。二、温湿度指标客室内温湿度的确定，需考虑车内外温差、乘客的体质对环境的感受等诸多因素。空气湿度大时，温度应有所下降；湿度小时，温度应有所提高。乘客不同，对温度、湿度的要求也不同，一般能够使80%的乘客感到舒适和适应，就可以认为已经达到了设计要求。温湿度的确定与乘客的乘车率也有关。在城轨车辆空调设计中,遇到的最难解决的问题就是乘客多、超员严重。《地下铁道车辆通用技术条件》（GB7928-1987）规定，设计定额站立定员为6人/m2，超员状态下为9人/m2。如果按定员设计，在超员严重的情况下，车内空气参数指标无法满足需要，乘客会有湿热和闷的感觉，特别是早晚高峰期，更显得突出。另外乘客人数不仅随时间的不同变化较大，随区段的不同变化也较大，繁华地段乘客最多，偏远地段乘客较少。这些都是在设计温湿度指标时应充分考虑的。在城市轨道交通车辆空调设计中，还应注意到新线和已运营一段时间的旧线的区别。因为新线隧道内温度偏低，相对湿度偏大，除湿是主要问题；而旧线随着运行时间增长，隧道内温度升高，相对湿度下降，因而降温成为主要问题。三、车内空气参数1．城市轨道交通车辆空调的外气参数城市轨道交通车辆是运用在某个城市的车辆，具有明显的地方性。因此，城轨车辆空调与制冷系统的调节参数应以所运用城市的气象条件为依据，如北京的车辆空调系统和广州、哈尔滨的车辆空调系统标准应是不一样的。城轨车辆空调的外气参数可参照“我国主要城市空调室外气象参数”，见表7-2。2．客室温度夏季，客室温度应考虑外气温度，否则过大的车内外温差会使人不适应。因此，客室内的设定温度要能随外气温度的变化而变化。GB/T12817-1991《铁道客车通用技术条件》中规定，当夏季车外空气温度高于35℃时，客室内平均气温按下述关系来考虑：t客室=20+0.5(t外气-20)根据我国实际情况，28℃一般是感觉舒适与不舒适的分界点，也是人体生理活动由正常到开始恶化的分界点，因此可把28℃设定为客室最高设定温度。冬季，地铁站内的温度相对地面来说较高，乘客穿的衣服较厚，在短暂的乘车过程中乘客一般不脱下外衣，因此冬季内客室温度不宜设定太高，可为18～20℃。3．客室湿度结合相对湿度的适应性，当人体周围温度在26.7℃以下时，湿度对人体的影响不很明显；但是当温度在28℃以上时，空气相对湿度对人体的影响就较为明显了，当相对湿度达到70%时人开始感觉不舒适。因此,车内相对湿度最大允许值可取70%，一般应在45%～65%的范围内。4．客室风速空调吹出的空气流速又称微风速，同样影响人体散热，是空调系统设计中一个很重要的指标。车内空气流速增大可以加速人体表面的对流散热，促进汗液蒸发，从而增加散热效果。我国铁路客车规定微风速≤0.35m/s。城轨车辆的内顶高度比铁路客车低，若风速过高，会导致乘客头部的吹风感较强，影响舒适性；但城轨车辆的容客量较大，若风速过低，会影响散热效果。在欧洲UIC标准规定的轨道客车空调设计中，人体在生理上允许的最高风速的大小与环境温度的大小大致为线性关系，温度越高，允许的最高风速越大。一般可将设计送风风速在0.15～0.25m/s范围内，冬季比夏季略低一些。5．新风量现代城市轨道交通车辆在运行时均为密闭空间，空调系统必须保证持续更换车内空气，使车内各种污染物浓度保持在卫生标准所允许的浓度值以下。除了空调的通风系统外，列车到站时车门的打开关闭过程也能在一定程度上提供车内少量新风。但实际上，列车在隧道内运行时，隧道内的空气并非真正的“新风”，而是与隧道通风的具体设计有关。欧洲国家的城轨车辆新风量一般为8～12m3/h·人，我国《地下铁道车辆通用技术条件》定为不少于10m3/h·人，在实际设计时，可将新风量的数值取高一些，如取到15m3/h·人，CO2含量容积比取0.15%～0.2%。6．含尘量含尘量是城市轨道交通车辆空调设计中的一项卫生指标，铁路客车规定空气含尘量为1mg/m3。对于地下运行的城轨列车来说，考虑到技术可行性，可以适当放宽该项标准。车辆在隧道内运行，隧道内的灰尘、闸瓦制动产生的粉末等颗粒，必然会通过各种渠道进入车内，含尘量数值应以不超过1.5mg/m3为宜。综上所述，城市轨道交通车辆的车内空气参数标准如表7-3所示。表7-3城市轨道交通车辆车内空气参数标准空气参数标准夏季冬季温度/℃24～2818～20相对湿度/%≤65≥45微风速/(m/s)0.15～0.250.15～0.20新风量/[m3/(h·人)]≥10≥10CO2体积分数/%≤0.15≤0.15含尘量/(mg/m3)≤1≤1一、蒸气压缩式制冷工作原理蒸气压缩式制冷属于液体汽化制冷。在一定的压力下，液体温度达到沸点就会沸腾。在制冷技术中，液体达到沸点的温度称为蒸发温度。对沸腾的液体继续加热，它就会不断蒸发，而在这个过程中，热量也在不断地被液体吸收。在相同压力下，不同液体的蒸发温度不同，需要吸收的热量（也称汽化潜热）也不同。例如在标准大气压下，水的蒸发温度为100℃，汽化潜热为2258kJ/kg，常用制冷剂R-12（氟利昂-12）的蒸发温度为-29.8℃，汽化潜热为165.3kJ/kg。将一个盛满低温R-12液体的敞口容器放在密闭的空间内，这个空间的温度高于R-12的沸点，则R-12液体将吸收空间里的热量而汽化，使这个空间内的空气温度降低，实现了制冷。这个降温过程直到容器内的液体R-12汽化完为止。为了将汽化的R-12回收使用，需要将它冷却成液体，如用环境介质（大气或水）来冷凝，条件是蒸气的冷凝温度应比环境介质的温度高。因为压力较高的蒸气其冷凝温度也较高，因此只要将R-12蒸气压缩到所需的冷凝温度对应的压力，再用环境介质冷凝，就可使R-12蒸气重新变为液体。由于冷凝后的R-12液体的温度还高于被冷却空间的温度，因此必须对