关于轨道列车空调节能性及舒适性优化设计研究
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摘 要：随着城市轨道交通的快速发展，节能减排、提倡低碳生活已经成为当今一个热门话题，如何降低轨道交通能耗同时提高乘客对车内环境的舒适性体验，成为地铁运营公司重点关注的问题。文章针对列车空调系统基于列车载荷变化自动调整客室目标温度进行试验研究从而达到节能的效果，通过优化电客车空调系统变频压缩机控制逻辑从而提高客室的舒适性。
关键词：空调系统;节能;舒适性
电客车客室空调机组是用以调节车内环境，处理车内空气的温度、湿度和洁净度，给旅客及司乘人员提供一个健康舒适的乘车环境。厦门地铁某线路电客车空调机组的结构型式为车顶单元式，各空调机组均设有两套独立的制冷系统，以增加空调机组的可靠性。空调机组采用谷轮全封闭卧式涡旋压缩机，制冷剂为R407C，以热力膨胀阀作节流元件。每台压缩机均配有独立的变频器，可根据车内负荷大小进行控制压缩机运转频率，实现能量调节。空调机组配用独立的电气控制柜，可实现本地控制和集中控制。
1 基于列车载荷的客室目标温度控制优化研究
厦门地铁某线路电客车每辆车空调系统设一个PLC控制单元，其制冷控制方式分为“自动制冷”和“手动制冷”两种模式。在自动制冷模式下，空调系统目标温度的设置根据国际标准UIC553温度控制曲线，空调系统目标温度按外部环境温度进行自动调节控制。在手动制冷模式下，空调系统目标温度的设置有列车司机手动设置，通常设定温度范围为22℃-28℃。
由于地铁车辆在实际运营时，高低峰时期的乘客量变化剧烈，会引起列车客室热负荷的剧烈变化，若将载荷变化这一因素加入到空调目标温度控制中，对车厢空调目标温度根据载荷变化进行微调，当载客量少的时刻适当增大空调设置温度，载客量大的时刻减小空调设置温度，加快空调制冷效率，迅速将车厢温度调整至舒适的环境，从而提高乘客乘车舒适性。
综上对厦门地铁某线路电客车空调控制系统进行优化，当列车载客率小于1/4定员载荷时，列车TCMS将载客率小于1/4定员载荷的信号发送至空调系统，空调控制器自动将原设置的目标温度上升1℃（例如：空调目标温度设置为25℃时，当列车小于1/4定员载荷工况，目标温度修正为26℃;當列车大于1/4定员载荷工况，目标温度维持不变即为25℃）。
2 空调系统变频压缩机控制逻辑优化研究
厦门地铁某线路空调机组采用的是谷轮全封闭卧式涡旋变频压缩机，由日立变频器为压缩机提供频率可调的AC380V电源。在不同频率下，压缩机制冷效率将不同。频率越高，制冷效果越好。当车厢内温度高，需要增加变频器频率;当室内温度低，则需要减少变频器频率。通过优化压缩机的控制逻辑，可以实现对客室内的温度更精确的控制，避免客室内太冷所造成的制冷浪费现象，从而提高空调的节能性。优化前空调机组压缩机的控制逻辑如下：
（1）车厢内温度上升阶段（-0.5℃～1.0℃）：当内客室内的温度每升高0.5℃时，压缩机运行频率依次在45Hz、50Hz、55Hz、60Hz间变化。
（2）车厢内温度下降阶段（1.0℃～-0.5℃）：当内客室内的温度每降低0.5℃时，压缩机运行频率依次在60Hz、55Hz、50Hz、45Hz间变化。
综上为进一步提高车厢温度控制的精确性，对空调压缩机控制逻辑进行优化，优化后空调机组压缩机的控制逻辑如下：
（1）车厢内温度上升阶段（-1.0℃～1.0℃）：在原控制基础上，当客室内的温度低于目标温度1℃时，增加压缩机运行频率为40Hz的工作工况。
（2）车厢内温度下降阶段（1.0℃～-1.0℃）：在原控制基础上，当客室内的温度下降至低于目标温度1℃时，增加压缩机运行频率为40Hz的工作工况。
3 优化后实施效果说明
自2018年下半年开始，厦门地铁该线路电客车空调系统的控制软件已完成批量优化升级。优化前后空调系统的舒适性、节能性的对比如下：
3.1 舒适性改善
通过上述实测数据可发现优化后的车厢内回风口处温度优化前后温度波动值由±1.3℃改善为±1.0℃，车厢内1.7米处温度优化前后温度波动值由±1.6℃改善为±1.3℃，车厢内1.2米处温度优化前后温度波动值由±1.8℃改善为±1.4℃。说明个车厢内温度波动更均匀，温度波动基本控制在±1.5℃内。避免了忽冷忽热的现象，从而提高相应的舒适性。
3.2 节能性改善
从表2可看出，对比2018年10月、11月车公里能耗与2018年4月、5月的车公里能耗都有所下降，从而到达节能的目的。
4 总结
本文从电客车空调系统控制原理入手，将列车载荷运用于空调系统温度设定中，并优化空调系统压缩机的控制逻辑。试验表明，优化前后列车车厢内温度的波动、列车牵引电耗等方面都有所改善。
参考文献：
[1]林晓伟，王侠.地铁通风空调系统的优化控制[J].城市轨道交通研究，2012（11）：100-103.
[2]徐杰旺.变频空调节能技术的分析与应用[J].华东科技：学术版，2013（5）：477.
[3]王钊，魏婉娜，陈亮.轨道车辆变频空调节能试验及舒适性研究.制冷与空调（四川），2016：99-103.
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