城市轨道车辆空调系统的节能方案分析.pdf
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10.3969/j.issn.2095-4468.2015.01.206城市轨道车辆空调系统的节能方案分析城市轨道车辆空调系统的节能方案分析于文晶,康伟(中国北车集团长春轨道客车股份有限公司,吉林长春130062)摘要摘要本文阐述了城市轨道车辆空调系统中采用变新风及并联压缩机的方案,实现城市轨道车辆空调系统的节能要求。
结合城市轨道车辆项目空调系统的节能方案研究和应用,针对变新风及并联压缩机的方案进行了分析和论证,为车辆空调系统节能控制提供参考和依据。
关键词关键词车辆空调系统;变新风;并联压缩机;节能AnalysisofEnergySavingSchemeforAirConditioningSystemofUrbanRailVehicleYUWen-jing*,KANGWei(UrbanTransitVehiclesDevelopmentDepartment,ChangchunRailwayVehiclesCo.,Ltd,Changchun,Jilin130062,China)AbstractTheschemebyapplyingvariablefreshairflowandparallel-connectedcompressorsprogramsusedintheairconditioningsystemofurbanrailvehiclewasproposed,whichmayachievetheenergy-savingrequirementsairconditioningsysteminurbanrailvehicle.Combinedwiththeenergysavingresearchandapplication,theprogramsforapplicationofthevariablefreshairflowandparallel-connectedcompressorswereanalyzedanddemonstrated,whichwouldprovidereferenceandbasisforenergy-savingcontrolforthevehicleairconditioningsystem.KeywordsVehicleairconditioningsystem;Variablefreshair;Parallel-connectedcompressors;Energysaving*于文晶(1980-),女,高级工程师,学士。
研究方向:
轨道车辆空调采暖。
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0引言引言在科学技术快速发展的今天,绿色节能环保已经越来越受到人们的重视,实现可持续发展也成为经济发展的一个重要目标。
在城铁车辆的设计中,这一理念也已得到重视,并进行了推广,本文将就城铁车辆定频空调机组的节能进行论述。
1节能方案应用节能方案应用在城铁车辆的各个系统中,空调系统的耗电量大,根据相关文献1,以空调系统为主的辅助系统耗电量占车辆耗电量的50%,因此在空调系统采用节能设计对整车的节能效果意义重大。
目前城铁车辆的空调机组一般分为变频和定频两种型式,国内的城铁车用的变频空调机组起步相对较晚,同时由于变频技术的限制,导致变频空调机组的应用并不多;而定频技术作为主要的空调机组方案,已被广泛应用于国内城铁车车辆项目。
表1为城市轨道交通车辆空调系统的几种节能方案。
由于变频热泵技术在轨道交通车辆空调系统上的应用并不广泛,而幅流风机的设定与车辆内装紧密联系;小管径铜管换热器2-3具有一定的节能作用,但在车辆上应用极少,因此本文针对变新风节能方案和压缩机并联方案的方案加以分析。
表1城市轨道交通车辆空调系统的节能方案序号节能方案1根据乘客负载变新风节能控制24台并联涡旋式压缩机,通过两两并联实现4级能量调节控制34台涡旋式压缩机独立系统实现4级能量调节控制4活塞式压缩机4级能量调节控制5变频热泵技术6幅流风机提高风速,提高设定温度实现节能7换热器采用小管径内螺纹铜管第35卷第1期2015年2月制冷技术ChineseJournalofRefrigerationTechnologyVol.35,No.1Feb.2015672变新风控制方案变新风控制方案2.1原理原理城铁车辆空调系统的目的是将进入空调机组内部的、由新风和回风混合后的混合风通过蒸发器的降温除湿过程,再送入车厢内部,以满足乘客乘车舒适性要求。
空调机组的制冷量由车内冷、湿负荷4确定,而在负荷计算中,新风负荷占据了很大的比重。
传统车辆空调系统中,新风量并不按照乘客的数量设定,而是均按照AW2载员时人均新风10m3/h5设定。
因此大部分时间新风超过需求,采用根据载客数量调整新风方案可以有效实现节能控制。
通过对上海轨道交通一号线全天客流量和上海地区夏季气象资料的调研6,定新风量空调负荷要比变新风量空调负荷大,而差别在于新风量的负荷7。
计算分析得到轨道交通一号线车辆空调系统新风负荷的节能潜力约为12.6%14.6%。
另外,据调查,新风负荷在制冷负荷中占比较大,图1和表1为某项目中的M车、Mp车制冷负荷分配情况。
乘客散热乘客散热42.5%新风负荷新风负荷43.0%车内设备车内设备1.8%太阳辐射太阳辐射5.9%车体传热车体传热6.8%图1M车、Mp热负荷分配图表1M车、Mp车热负荷分配表M(Mp)车热负荷/W百分率/%车体传热Q15,7606.8太阳辐射Q25,0005.9乘客散热Q335,96042.5车内设备Q41,5001.8新风负荷Q536,33843.0从表1可见,新风负荷将近占总制冷负荷的一半,而新风负荷主要由乘客负载产生。
由于受车辆线路、站间距、行车密度以及工作日与非工作日、车辆沿线的情况等因素影响,城铁车辆的载客量波动量很大,因此在载客量较小时降低新风量,则车辆空调系统的节能设计效果非常明显。
因此,根据轨道交通车辆载客量实时控制新风量是一种行之有效的节能措施。
2.2变新风节能方案变新风节能方案新风门根据车内载荷情况进行调节,实现节能、舒适度的要求。
新风量的控制方法8有2种,可以采用二氧化碳浓度检测,即在回风门设置二氧化碳传感器9,根据二氧化碳浓度调节新风门,从而改变新风量。
此外,还有更为可靠且易行的方式,即采用载客量信号进行控制。
空调系统控制根据车载人员的数量来调节新风阀开度,由TCMS传送过来的车辆载荷信号,新风阀开度分为4档,分别为25%、50%、75%及100%,具体可见表2。
通过这些方案,可有效实现车辆空调系统的节能要求。
表2车辆新风阀开度每车乘客数/人每车新风量/(m3/h)235800(风阀开度25%)3压缩机压缩机4级能量调节节能方案级能量调节节能方案3.1原理原理空调机组内设有2套独立的制冷系统,每个制冷系统中有一组由2台压缩机并联组成的压缩机组,通过控制压缩机开启的个数,实现4级能量调节。
3.2四级调节节能方案四级调节节能方案每台空调机组设有4台压缩机,通过管路两两并联,压缩机设有过载、欠压等保护,设有高低压压力保护装置。
压缩机采用的是柔性涡旋压缩机10,振动及噪声较低。
通过开启压缩机的数量,来实现以下四种制冷模式。
制冷模式1:
每台空调提供25%的制冷功率,即每台空调机组仅一台压缩机工作。
制冷模式2:
每台空调提供50%的制冷功率,即每台空调机组内各有一套制冷系统中的1台压缩机工作。
制冷模式3:
每台空调提供75%的制冷功率,即每台空调机组2套制冷系统中1套2台压缩机工第35卷第1期2015年2月制冷技术ChineseJournalofRefrigerationTechnologyVol.35,No.1Feb.201568作,1套仅1台压缩机工作。
制冷模式4:
每台空调提供100%的制冷功率,即每台空调机组2套制冷系统4台压缩机全部工作。
单台机组运行模式及压缩机工作状态见表3。
为了保证车厢温度调节的均匀性,每节车所配备的2台客室空调机组的压缩机组合工作模式始终相同。
在制冷运行过程之中,客室空调根据收到的适时的室内温度值与目标设定数值进行比较,当超过规定的偏离值时,机组相应的更换运行模式,增加或者减少制冷能力。
运行模式的变换是逐级的。
表3单台机组运行模式及压缩机工作状态运行模式压缩机1状态压缩机2状态压缩机3状态压缩机4状态制冷模式1工作工作工作工作制冷模式2工作工作工作停止工作工作停止工作工作停止工作工作停止工作工作工作制冷模式3工作工作停止停止工作停止停止工作停止停止工作工作停止工作工作停止制冷模式4工作停止停止停止停止工作停止停止停止停止工作停止停止停止停止工作3.3压缩机压缩机4级能量调节方案与传统项目节能对比级能量调节方案与传统项目节能对比以某项目空调机组压缩机试验数据为例:
表4为3种方案能耗对比数据;图2为3种方案在不同工况下的功耗对比。
通过对比,可以看出采用压缩机4级调节方案的节能效果优于其他2种传统的方案,特别在高温条件下节能效果更为明显。
表4不同工况的功耗对比工况空调功耗/机组/kW2台活塞压缩机2台卧式可卸载压缩机采用4台压缩机35名义工况a21.2919.3918.8348高温工况b25.5223.9323.6555高温工况c28.1018.1015.06注:
a.3种方案均全载;b.3种方案均全载;c.方案1开启2台压缩机、方案2开启2台压缩机,进行卸载、方案3开启2台压缩机。
图2不同方案在三种工况下的功耗比较图4结论结论在城市轨道交通车辆空调系统中,上述的变新风节能方案与压缩机4级调节节能方案,均在工程实践中通过验证,取得了一定的成果,但从另外的角度而言也存在一些问题,比如如何通过载客量确定新风门的开度控制和新风量、车辆运行速度对新风量的影响以及并联压缩机带来的油平衡等问题,还需要不断试验及研究,从而确定更加优化的方案实现空调系统的节能效果。
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37-40.第35卷第1期2015年2月于文晶等:
城市轨道车辆空调系统的节能方案分析Vol.35,No.1Feb.201569
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