技术与市场 技术研发 ２０１３年第２０卷第４期 地铁车辆空调系统设计及节能技术 王 正，易 柯 （南车株洲电力机车有限公司技术中心，湖南株洲４１２００１） 摘’要：介绍了宁波市轨道交通１号线地铁车辆空调系统的设计方案，详细介绍了空调系统中空调机组、空调控制系 统、通风单元、风道、采暖系统及紧急逆变器等部件的技术参数及空调系统采用的节能技术。 关键词：地铁车辆；空调系统；节能技术 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２ｏ１３．０４．ｏ０３ １概述 司机室通风单元（仅Ｔｃ车司机室）、风道、废排、座椅电加热 宁波市轨道交通１号线（以下简称宁波１号线）地铁车辆 器、紧急逆变器、足部取暖器（仅Ｔｃ车司机室）及其附属部件 空调系统是南车株洲电力机车有限公司在自主研发的Ｂ型车 等组成。单元式空调机组分别安装在每节车厢车顶两端１／４ 平台空调系统上研发的新型节能型空调系统。该空调系统基 和３／４处，每节车２台；空调控制系统安装在客室空调柜内，每 于成熟的技术平台进行开发，主要由空调机组、空调控制系 节车１个，空调柜布置在车辆的Ｉ位端或ＩＩ位端；风道布置在 统、司机室通风单元、风道、废排、采暖系统及紧急逆变器及其 车辆的天花板上方，每节车一套，由４段组成；废排布置在车 他部件组成。该空调系统采用具有卸载功能的压缩机，单台 顶中间及Ｉ位端或ＩＩ位端，每节车４个；采暖系统分司机室采 机组可实现制冷量多级调节，并且采用电动新风调节门措施， 暖和客室采暖，司机室采暖由司机室通风单元内的电加热器 新风门可实现多档调节，能根据载客量信号自动调节进入机 及足部取暖器组成，客室采暖由机组电加热和座椅电加热组 组内的新风量，从而减少新风带来的负荷，实现节能。 成，机组电加热布置在空调机组内，座椅电加热器布置在座椅 ２空调系统布置 下方。空调系统布置见图１所示。 宁波１号线空调系统由单元式空调机组、空调控制系统、 ５ ６ ７ ８ 酗 Ｅ盈Ｅ自 Ｅ＝＝｝ 圈『 圈 ＝ Ｉ ｌ‘ 』圈圈 』臼 田ｌＬ 圈田ｋ ｃ 白一 １一司机室通风单元；２一单元式空调机组；３一废排；４一风道；５＿＿空调控制系统；６一紧急逆变器；７一座椅电加热器；８一足部取暖器 图１空调系统示意图 ３主要技术参数 车内定员：２５０人； 空调系统主要设计参数 制冷量：２×３７ ｋＷ 夏季车外计算参数：干球温度：３５ ｏＣ；相对湿度：６５％；４空调系统的主要部件 夏季车内计算参数：干球温度：２７℃；相对湿度：６５％；４．１空调机组 车体表面积：１９８ ｍ２； 本空调系统采用具有成熟应用业绩的薄型单元式空调机 车辆平均传热系数：２．４Ｗ／ｍ２・Ｋ； 组，所有必需的部件均安装在不锈钢壳体内。壳体采用不锈 总风量：８ ５００ ｍ３／ｈ； 钢板材经焊接和铆接构成。空调机组由１个空气处理室、１个 新风量：２ ６００ ｍ３／ｈ； 压缩室和１个冷凝室组成，空调机组主要技术参数见表１所 ５ 技术研发 Ｖｏ１．２０。Ｎｏ．４．２０１３ 示，其制冷原理图见图２所示。 图２制冷系统原理图 序号 １ 表１，空调机组主要技术参数 名称 技术参数 外形尺寸（３ ５００（Ｌ）Ｘ １ ６００（Ｗ）×３３０（Ｈ）（不 ｍｍ） 包括安装座） 控制盘外形尺寸：约为ｌ ５３０ ｈｉｍ（Ｌ）Ｘ ６００ ｍｍ（Ｗ）× ２００ ｍｍ（Ｈ）； 重量：５７ ｋｇ； ２ 额定制冷量（ｋＷ） ３７ ３ ４ ５ ４．３司机室通风单元 通风量（ｍ３／ｈ） ４ ２５０ 新风量（ｍ３／ｈ） ｌ ３０ｏ 电加热（ｋＷ） ２×３．５ ｋＷ 司机室通风单元安装在司机室天花板上，端部设有两个 圆管接头，通过圆管风道与客室风道相连。空调机组内吹出 的经处理的空气经客室风道、两段软风道进入司机室通风单 元，经通风机增压后通过８个可调喷嘴向司机室送出。 ６ 重量（ｋｇ） ６６６ ４．２空调控制系统 司机室通风单元的送风量可三档调节，其三档送风量分 别为：２４０ ｍ３／ｈ、４１０ ｍ３／ｈ、６４５ Ｉ１１３／ｈ。通风单元运行在不同档位 时，能够满足不同的外界环境条件下司机室的制冷量要求。 空调控制系统采用微机控制器作为核心控制单元，外围 采用断路器、接触器、继电器、传感器等元件，共同完成空调系 统的控制、保护和故障诊断功能。空调控制器及其断路器、接 触器等电气元件都集成安装在空调控制板上，空调控制板安 装在客室内部的空调柜内。 空调控制系统通过控制空调机组，将车内温度保持在舒 适的环境下。同时，控制系统将对空调机组进行诊断，将空调 系统各元件的状态信息以及故障信息发送给车辆控制器。每 节车内的空调控制器通过总线结构与列车网络进行通讯，空 调控制系统可对空调系统进行集中控制和本地控制。 集中控制：司机室设有控制开关，在司机室内可对整列车 同时，通风单元内设置２ ｋＷ的电加热器，用于冬季采暖。 ４．４风道 ． ．． 风道包括送风道和回风道。 ４．４．１送风道 送风道安装在车顶天花板上方，全部为静压式风道，包括 空调机组下方也为静压风道，以保证出风口送风的均匀性。其 工作原理是空调机组送出经过滤、冷却的空气经风道进风口进 入送风道，在沿送风道推进过程中进入静压箱进行静压平衡调 节，使得送风道在不同截面上具有不同静压的空气在静压箱中 空调进行开启／关闭操作。还可以通过ＨＭＩ对整列车空调系 统目标温度进行集中设定。 本地控制：每节车空调电气柜中设有控制盘，控制盘上设 有模式选择开关，能够对空调系统工作模式进行选择。 空调控制系统的主要技术参数如下： 电源：ＤＣ １１０Ｖ； 海拔：≤１ ２００ｍ； 得到平衡，并形成一定的静压值。空气通过静压箱上的开口将 静压转换成一定的动压喷射到车厢内，从而达到均匀送风的目 的。每节车由相同的４段风道组成，每台空调机组负责为２段 风道送风。送风道的断面道示意图见图３所示。 ｌ ：ｌ 图３静压风断面道示意图 ６ 技术与市场 ２０１３年第加卷第４期 技术研发 ４．４．２回风道 ４．６．２客室采暖 宁波１号线空调采暖系统采用机组电加热与座椅电加热 相结合的方式。采用此种采暖方式，机组电加热可对新风进 行预热，避免冷风从机组吹出；客室座椅电加热均匀布置在座 椅下方，对室内空气进行加热，可使客室内空气更加均匀。采 用此种采暖方式，冬季采暖时，可确保室外一３℃时，客室内温 度不低于ｌ２℃。 机组电加热器布置在机组内蒸发器后方，功率为每台机 组７ ｋＷ，可实现半暖和全暖控制，且设有二级温度保护。每节 回风道安装在车顶天花板上方，与空调机组回风口相连， 客室内回风通过回风格栅，经回风道进入空调机组循环使用， 与新风混合后，经过滤、处理后送入车内。每节车有２个回风 道，分别与两台机组的回风口相连。 ４．５废排 每节车在车顶中间及Ｉ位端或ＩＩ位端共安装有４个废排， 车内与新风量等量的一部分空气作为废气，通过设在车辆顶 部的废排排出车外，以保证客室内气压保持在正常水平。 ４．６采暖系统 车机组电加热功率为１４ ｋＷ。 采暖系统分为司机室采暖和客室采暖。 座椅电加热器均匀地布置在客室座椅下方，有７５０ Ｗ和 ４．６．１司机室采暖 ５００ Ｗ两种规格，电加热器内部设有二级温度保护，确保冬季 司机室采暖由司机室通风单元内的２ ｋＷ电加热器及司 采暖时安全可靠。Ｔｃ、Ｍｐ、Ｍ车座椅电加热器功率分别为 机台下方的８００ Ｗ足部取暖器组成，司机室通风单元电加热 ８．５ ｋＷ、１０ ｋＷ、１０．２５ ｋＷ，座椅电加热器布置图见图４所示。 器和足部取暖器均可半暖和全暖控制。冬季采暖时，可确保 座椅电加热也可半暖和全暖控制。 室外一３℃时，司机室内温度不低于１４℃。 Ｔｃ－ｇ Ｕ 一 一 Ｅ兰ｊ Ｅ置 ｌｒ —ＩＦ＝Ｆ￣田ｌｒ 一４Ｅ王ｊ田ｌｒ ７ ｌ』匕＝：± ＪＩＥｌ习 ＩＬ ｌ ： ： Ｌ：￣＝ＪＩ－Ｌ‘ ］ ＿＿Ｊ，±＝、 ＭＯ牛 Ｉ囱Ｉ Ｉ 干 ；手； ｌ ￣ｌｌｍｒ－１高 Ｉ ：苹＝ Ｆ＝车 １ｌ Ｉ ８ ￣ＩＩ Ｌ ｔ Ｊ Ｉ ＩＩｌ ｝ｌ田田 田￣－－Ｆ７１Ｌ 。鸣 ‘ 图４座椅电加热布置图 ４．７紧急逆变器 额定输出频率：３５ Ｈｚ±０．５ Ｈｚ； 紧急逆变器安装在每节车的空调电气柜中，安全可靠，并 输出电压波形：准正弦波； 且便于Ｅｌ常维护。 输出电压３１次以下相对谐波含量：≤５％； 当电源中断或辅助交流电源发生故障，造成空调机组３ 额定输出容量：１．１ ｋＶＡ； 相ＡＣ ３８０Ｖ、５０ Ｈｚ断电时，空调控制系统将自动启动紧急通 额定效率：≥８５％。 风。 ４．８其他部件 紧急通风时由车载蓄电池提供ＤＣ ｌ１０Ｖ电源，由紧急逆 宁波１号线空调系统的其他部件，主要是空调排水管和 变器逆变输出为三相交流电源，给空调机组通风机供电，为客 回风温度传感器。 室和司机室提供通风４５ ｍｉｎ以上，风量不小于３ ２００ ｍ３／ｈ和 ４．８．１空调排水管 ６０ ｍ３／ｈ。 空调排水管安装在空调机组平台下方，连接车体积水盒 紧急逆变器的主要技术参数如下： 与车体雨檐，并且积水盒和雨檐存在一定的高度差，确保空调 输入电压：ＤＣ ｌ１０ Ｖ（ＤＣ ７７Ｖ—ＤＣ １３７．５Ｖ）； 水和雨水顺利地排出。每台空调机组４根排水管，每节车共８ 额定输出电压：３相ＡＣ ２２０ Ｖ，４－５％； 根。 ７ 技术研发 Ｖｏ１．２０，Ｎｏ．４。２０１３ ４．８．２回风温度传感器 四档调节，其调节方案及在不同档位下减少的新风量见表３ 所示。 回风温度传感器安装在客室天花板上方的回风道上，用 于监测客室内的回风温度，并将温度信号反馈给空调控制系 统，用于客室内温度控制，每个回道上安装１个，１节车２个。 ５节能技术 表３新风调节方案及不同档位下减少的新风量 序号 每节车乘客 每节车新 减少的新 新风门档位 数量（人） 风量（ｍ３／ｈ） 风量（ｍ３／ｈ） １ ２ ３ 宁波１号线空调系统设计充分采用节能技术，最大限度 地实现了节能。在该系统中，采用具有卸载功能的压缩机技 术及新风门调节技术，可根据载客量自动实现制冷量０％、 ３５％、５０％、７０％、８５％、１００％六级调节及新风门全闭、１／３开、 ２／３开、全开四档调节。采用此两种节能技术，在保证车厢舒 适度的同时，实现了节能。 ５．１采用具有卸载功能的压缩机技术 ＼ 压缩机是空调机组中耗能最大的部件。制冷量为３７ ｋＷ 的机组中，压缩机的耗电量约占空调机组耗电量的７６％左右。 ０ ｌ～８０ ８１～１６Ｏ ０ ９０ｏ １ ７０ｏ ０ １ ７００ ９００ 全闭 １／３开 ２／３开 ４ ＞１６０ ２ ６０ｏ ０ 全开 从表３可看出，采用新风门调节技术，在载客量较少时可 减少新风输入，从而减少新风带来的负荷，实现节能，且节能 效果显著。 ６结语 宁波１号线车辆空调系统是基于南车株洲电力机车有限 因此，如何降低压缩机的能耗，是降低空调机组能耗的关键因 素。 公司Ｂ型车平台空调系统基础上开发的节能型空调系统。该 空调系统技术成熟、可靠，同时采用了具有卸载功能的压缩机 及新风门调节技术，具有显著的节能效果。 参考文献： 制冷量为３７ ｋＷ的机组中，普通压缩机无卸载功能，其单 台压缩机，只要开启，其输入功率均为７ ｋＷ。具有卸载功能的 压缩机有７０％、１００％两种输出容量，其在７０％和１００％输出容 量时对应的输入功率分别为４．９ ｋＷ和７ ｋＷ。因此，在３５％和 ［１］ 赵荣义，范存养，薛殿华，钱以明．空气调节［Ｍ］．北京：中 国建筑工业出版社，２００９． ７０％制冷工况下，宁波１号线空调系统节能比达到了３０％，节 能效果显著。 ５．２采用电动可调新风门技术 ［２］ＧＢ／Ｔ ７９２８—２００３，地铁车辆通用技术条件［ｓ］． ［３］ＴＢ／Ｔ １９５７—９１，铁路空调客车热工计算方法［ｓ］． 基金项目： ２０１２年度宁波市第三批科技项目《轨道交通车辆轻量化 在轨道交通车辆空调中，新风能耗约占空调总能耗的 ４０％以上甚至更高。因此，减少新风负荷是轨道交通车辆节 能的有效途径。该空调系统的新风量可调就是出于这一目 技术的研究与应用］￣（２０１２Ｃ５００８） 作者简介： 王正。２ＯＯ８年毕业于湖南农业大学机械设计制造及其 自动化专业。现从事城轨车辆研发工作。 的，使空调机组的新风量随着乘客负载进行变化，以减少空调 机组在制冷模式下的功耗。该空调系统的单节车总的新风量 为２ ６００ ｍ３／ｈ，其电动新风门可实现全闭、１／３开、２／３开、全开 （上接第４页） 今后手写字符识别的研究趋势应该采用多种分类器组合 的多级匹配识别方法，即在特征抽取时以多种方法有效结合 来获取优化特征，互相补充，从而减少误识率。 参考文献： 法的理论分析，进一步证明了两种识别方法的优越性与缺点。 两种数字识别系统的测试结果（只列出典型的５种数字 的测试集）（表１）： 从测试结果中可以得出：基于模板匹配法的识别比基于 ［１］ 李建元．特征提取和特征选择在手写体数字识别中的应 用［Ｄ］．北京：北京邮电大学，２００８． ［２］董慧．手写体数字识别中的特征提取和特征选择研究 ［Ｄ］．北京：北京邮电大学，２００７． ［３］秦慕婷．支票影像处理系统中的信息提取方法的研究 ［Ｄ］．广州：华南理工大学，２００９． ［４］Ｍｉｃｈａｅｌ Ｎｅｇｎｅｖｉｔｓｋｙ．人工智能［Ｍ］．北京：机械工业出版 社．２００８． 神经网络识别法稳定，基于神经网络法的识别率波动比较大， 因为ＢＰ神经网络法对于不同数字的特征提取对网络训练的 输入产生很大的影响，特征的多少很容易改变训练的结果，从 而影响到识别效果。 综上所述，基于模板匹配法的手写数字识别作为识别技 术的基础，仍然具有很多的优势，很多识别技术是在其基础上 发展而来的。相对来说基于ＢＰ神经网络法识别技术处于新 兴的识别技术，存在很大的发展空间。总体来说，基于ＢＰ神 经网络识别法的识别效果优于模板匹配法。当然基于ＢＰ神 经网络法识别技术仍存在很多的缺点与不足，在网络的稳定 性上还有待提高。 ［５］何松，等．基于改进ＢＰ神经网络的手写体数字识别［Ｊ］． 计算机科学．２０１１，Ｓ１ 基金项目：２０１１广西教育厅科研项目（２０１１０２ＺＤ０３４。 ２０１１０６１ｘ５５９）梧州学院２０１０院级科研项目（２０１０Ｃ００６）。 ８
