西安中车永电捷通电气有限公司 陕西 西安 710016
摘要:本文件对某动车客室空调机组的制冷系统进行设计计算，对压缩机、蒸发器、冷凝器选型提供参考。
关键字：压缩机、蒸发器、冷凝器
一、前言
依托我司轨道空调制造行业的依托，加之多年对轨道空调设计和制造的研究，以及CRH2和谐号动车组车辆的空调及换气装置的供货配套经验，选用某动车组客室空调机组的项目作为实例，探讨轨道交通车辆空调系统中压缩机、蒸发器、冷凝器的设计计算方法。
二、制冷系统确定及压缩机选型
压缩机是制冷系统的核心部件，决定制冷系统的最大制冷能力。根据制冷系统的制冷量22 kW×(2个系统)=44kW，设计1.05倍的冗余，则选择的压缩机制冷量≥22×1.05=23.1 kW即可，压缩机选型结果如表1所示。
表1 压缩机选型结果
| 序号 | 项目 | 单位 | 结果 |
| 1 | 型号 | \ | ZRH100KTE-TFD-502 |
| 2 | 冷媒 | \ | R407C |
| 3 | 制冷量 | kW | 23.6 |
| 4 | 输入功率 | kW | 7.75 |
| 5 | 能效比 | W/W | 3.05 |
| 6 | 排气量 | m3/h | 25.7 |
根据TB 1804中5.1.1对额定制冷工况的规定，室内外温度如表2所示。
表2 室内、外空气计算参数
| 项目 | 室内进气参数 | 室外进气参数 | ||
| 干球温度 | 湿球温度 | 干球温度 | 湿球温度 | |
| 温度（℃） | 29 | 23 | 35 | — |
| 超负荷工况 | 32.5 | 26 | 45 | — |
空调送风温度较室内温度低8～10℃，送风温度较蒸发器出口冷媒温度高2～3℃，因此，蒸发器出口冷媒温度约为16～19℃。我们设定蒸发器出口冷媒温度为16℃。
结合压缩机的温度参数，分别考虑到额定工况和超负荷工况，制冷系统温度参数设定为表3所示。
表3 制冷系统温度计算参数
| 工况 | 蒸发温度（℃） | 过热度（℃） | 冷凝温度（℃） | 过冷度（K） |
| 额定工况 | 7 | 10 | 55 | 5 |
| 超负荷工况 | 13 | 10 | 65 | 3 |
制冷系统示意如图2所示，根据制冷系统温度参数可确定各节点制冷剂状态参数，如表4所示。制冷剂标况及超负荷的制冷剂状态分别如图。
图2 制冷系统示意图 图3 制冷循环压焓图
表4 制冷剂状态参数
| 额定工况 | 超负荷工况 | ||||||
| 项目 | P（bar） | T（℃） | X | 项目 | P（bar） | T（℃） | X |
| 1 | 5.85 | 17 | 1 | 7.1 | 23 | ||
| 2、3 | 22.45 | 84.68 | 2、3 | 28.4 | 95 | ||
| 4 | 22.35 | 45.38 | 4 | 28.3 | 58 | ||
| 5 | 5.95 | 3.36 | 0.317 | 5 | 7.2 | 9.84 | 0.393 |
| 6 | 5.85 | 17 | 6 | 7.1 | 23 | ||
制冷的热力循环过程用压焓图表示为图3。5，6点之间的焓值差为单位流量的制冷量。由此可知，制冷量为45kW时，制冷剂的流量44.9 m3/h。即单台压缩机排气量应＞22.45m3/h，压缩机排气量25.7 m3/h满足制冷循环要求。
根据客室空调室内、外机的外形结构，初步确定表5中冷凝器和蒸发器的结构参数，使用Coildesigenr软件对冷凝器和蒸发器的换热量进行计算。
表5 蒸发器、冷凝器计算参数
| 序号 | 参数 | 单位 | 蒸发器 | 冷凝器 |
| 1 | 管子材质 | \ | 铜管TP2-M | 铜管TP2-M |
| 2 | 管子规格（外径） | mm | 9.52 | 9.52 |
| 3 | 翅片材质 | \ | 亲水铝箔8011-H22 | 亲水铝箔8011-H22 |
| 4 | 翅片厚度 | mm | 0.15 | 0.15 |
| 5 | 翅片间距 | mm | 2 | 2.5 |
| 6 | 管中心距 | mm | 25.4 | 25.4 |
| 7 | 沿气流方向间距 | mm | 22 | 22 |
| 8 | 风向管排数 | \ | 6 | 6 |
| 9 | 高度方向管排数 | \ | 18 | 20 |
| 10 | 长度 | mm | 1310 | 1455 |
| 11 | 通风量 | m3/h | 2400×2台 | 8000×2台 |
三、冷凝器计算
标况下冷凝器的最大散热量的目标值为：散热量≥30.25 kW（22.5+7.75），匹配不同风机的冷凝风量，达到目标值。
图4 冷凝器计算界面 图5 蒸发器计算界面
将设定的2种工况分别计算，冷凝器的计算结果如表6。
表6 冷凝器、蒸发器计算结果
| 分类 | 冷凝器计算结果 | 蒸发器计算结果 | ||
| 工况 | 额定工况 | 超负荷工况 | 额定工况 | 超负荷工况 |
| 最大换热量 kW | 30.7 | 29 | 45.2 | 40.2 |
| 空气压降 Pa | 76.7 | 74.7 | 67.1 | 66.6 |
| 制冷剂压降 kPa | 7.45 | 5.4 | 29.9 | 25.3 |
| 制冷系统高压 bar | 22.3 | 28.3 | — | — |
额定工况时，冷凝器散热量满足制冷系统需求；超负荷工况时，制冷系统稳定运行，高压值约为28.3 bar。冷凝风机参数确定如下：风量：8000m3/h；静压：170Pa；
四、蒸发器计算
标况下蒸发器的最大吸热量的目标值为：吸热量需≥22.5kW×2。将设定的2种工况分别计算，蒸发器的计算结果如表6。额定工况时，蒸发器的散热量满足制冷系统制冷量的需求；超负荷工况时，制冷系统稳定运行，散热量也满足要求。
五、结论
本文使用实例利用Coildesigenr软件对车辆空调机组蒸发器、冷凝器的计算方法进行了整理并演绎，计算蒸发器和冷凝器时，软件中输入的计算参数是有区别的，在使用软件时需特别注意，从而提高计算的准确性。全文汇总的计算方式可广泛适用于轨道交通空调机组中压缩机、蒸发器和冷凝器的选型计算。
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