关于地铁空调系统的应用研究

关于地铁空调系统的应用研究

王蒙；郭明月 ;贾付军

中车唐山机车车辆有限公司

摘要：地铁车辆空调系统主要用于调节车内环境，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健康舒适的乘车环境。本文通过对地铁车辆空调系统的结构及功能进行分析，从车辆运用出发总结了空调系统常见故障的分析与解决方法，为今后地铁车辆的检修运用提供指导，并结合近几年车辆空调系统的优化设计研究进行了总结，为今后地铁运用空调系统方案优化提供了思路。

关键词：轨道交通车辆；空调系统；故障分析；优化设计

1 地铁车辆空调的组成及功能

目前地铁车辆多采用6节车1列的编组形式，每节车配备2台客室空调机组并于两端司机室各配备一台增压单元，各车空调的控制单元置于对应车厢的空调柜内。地铁车辆客室空调多布置为制冷功率为41kW 的单元顶置式，机组采用端出风端回风型式。每台空调机组通过8个安装座固定在车体机组平台上，机组内设2台立式压缩机，通过调整压缩机工作台数及热气旁通的形式进行四级冷量调节。通风机采用双绕组方式（四六极）实现两级风量。四极时单台空调机组的送风量不低于5000m³/h，在六极时单台空调机组的送风量预计为3000m³/h。空调机组的主要部件包括全封闭制冷压缩机、轴流风机、冷凝器、毛细管、蒸发器、电加热器、离心风机、干燥过滤器、视液镜、新风电动阀、回风电动阀、高压压力开关、低压压力开关等，其主要工作方式如下：

（1）新风来自外部，通过客室空调机组两侧的新风口过滤并吸入，回风来自空调底部的回风口，新风和回风在机组混合风腔内混合，经过混合风滤网过滤。

（2）混合风从混合风腔经过混合风腔前后的蒸发器或电加热组件的处理，即经过制冷剂的蒸发制冷或电加热加热。

（3） 经过混合风滤网过滤处理后的气体通过送风口送到需要调节的客室内进行客室温度调节。

（4）司机室通风单元通过其进风口将客室内经过处理的气体吸入司机室通风单元内，并通过底部的送风口将经过客室空调机组处理后的气体送到司机室。

2 地铁车辆空调系统的常见故障及解决方案

随着地铁车辆运行年限的增加，车辆空调系统的零部件频繁使用后部分故障得以凸显，主要故障集中体现在风阀装置、机组制冷系统、温度传感器装置等方面，具体故障情况如下。

2.1 新风阀、回风阀故障

新风阀、回风阀由机组内部控制系统自动控制，通过控制风阀执行器的通电时间来控制阀门的开度，实现新风量、回风量的调节进而达到车厢内空气流通保证客流高峰期车厢内的空气清新。新风阀、回风阀故障多以车辆空调启动运行中发现相关风阀无动作以及车辆控制系统报出新风阀、回风阀故障为主。

通过分析造成该类故障的主要原因有以下几个方面：新风阀/回风阀控制线接触不良；新风阀/回风阀执行器有异物阻挡；新风阀/回风阀执行器故障。针对该类问题分别通过对应措施得到解决：检查新风阀控制线，排除线路虚接、短路、断路等异常情况；对于风阀存在异物阻挡等情况清洗风阀以解决；对于风阀自身的故障通过更换风阀执行器进行解决。

2.2压缩机、冷凝风机、通风机过流故障

车辆空调启动及运用过程中，多次出现制冷系统压缩机、冷凝风机、通风机相应电路保护空开跳开，报相关机组过流保护故障的问题。出现该类问题，需要首先检查空调系统故障期间的工作状态，确定接报故障时压缩机、冷凝风机以及通风机处于工作状态并检查空调机组响应线路是否正常，通过以下几点进行故障查找：万用表调电压档，测量故障机组相电压是否过低或过高；万用表调电阻档，测量机组对应相与相之间是否有断路；检查机组三相电线序是否正确。在锁定故障线路位置后，对线路存在接线不良的进行重新接线或更换相应接触器等部件，确定为相应机组自身故障的必要时可更换故障压缩机、冷凝风机、通风机进行解决。

2.3 新风、回风、送风传感器故障

每个客室空调机组中有四个温度传感器（NTC），分别为一个新风温度传感器（作为室外温度，装于机组）、一个回风温度传感器（作为室内温度，装于车厢）、两个送风温度传感器（作为出风温度，装于机组）；空调控制器取各温度检测值的平均温度作为室外温度、室内温度和送风温度，并根据客室内的温度以及目标温度控制空调机组工作在预冷、制冷、通风、预暖、制暖等不同的工作模式，调节客室内处于舒适的温度。

当车辆出现某车厢温度异常时，首先通过上位机下载空调温度数据进行个车厢温度数据分析，确定车厢内温度异常为实际温度异常或传感器传输数据异常。对于车厢实际温度异常可参考响应温度设定条件下各机组硬件启动情况进行锁定解决，对于传感器数据传输异常问题需进行以下步骤进行分析解决：使用万用表调电阻档，测量温度传感器是否存在断路、短路情况；线路正常情况下考虑传感器自身损坏将相应故障部件更换解决。

3 面向地铁空调系统的优化设计

近几年针对地铁车辆空调系统的研究主要集中在根据常见故障进行优化设计研究以降低其故障率和针对空调目标温度优化设定以满足不同地区不同乘客人群的需求增加乘客舒适度两个方面。

3.1 地铁空调主要故障的研究与优化设计

地铁车辆空调发生故障后会直接影响客室车厢内乘客的舒适度，为降低空调系统相关故障的发生，近几年许多专业技术人员进行了相关研究。佛山市轨道交通黄幸^[1]结合南方某地铁的运用情况，针对空调系统的几大故障提出了检修方式的优化方法及典型故障解决措施，降低了相关故障的发生；完颜流宇^[2]等人针对地铁空调新风阀故障进行了统计分析并提出了解决及防范措施，有效降低了新风阀故障的更换次数及维修成本；广州地铁范彪^[3]、张翔^[4]等人重点针对地铁空调制冷系统低压、高压故障进行了分析研究，提出了相关解决方案;张宗友^[5]等人针对空调机组内温度传感器的性能和应用情况进行了研究。通过对地铁车辆空调系统运用实际情况及零部件故障分析的重点研究，为车辆空调系统检修及故障处理提供了有效的解决方案，提高了工作效率为故障查找提供了可靠的思路。

3.2地铁空调温度的优化设计

目前国内地铁多根据UIC553标准特性曲线季节控制模式调节，在该模式的基础上，多家地铁单位专业技术人员进行了优化设计研究，其中：港铁轨道交通（深圳）有限公司严凡^[6]等人以空调客室目标温度为研究对象，提出了一种基于季节和载客量二维度的新兴目标温度优化控制方案，应用于实际列车有效提高了乘客的舒适度；上海轨道交通高洋^[7]通过分析室内外环境变化对地铁车辆空调机组制冷系统性能的影响为提高车辆制冷性能提供了研究依据。此外，目前国内多家地铁都在试行车辆不同车厢不停温度的设定模式以满足不同乘客人群的环境温度需求。

4 结语

地铁车辆空调系统作为确保车厢内环境舒适以及提升乘客满意度的一项通用配置，其工作性能可靠及人性化设定对于车辆运用实际存在很大的研究价值，随着地铁各线路的开通及运用年限的增加，研究车辆空调系统的故障分析及有效的解决措施对于车辆运营具有越来越重要的意义。通过以上地铁车辆空调系统结构及功能分析和常见故障的分析及解决措施能够为今后车辆空调系统检修运用提供有效的解决思路，地铁车辆人性化设计目前也成为研究的重要指标。相信随着地铁车辆的技术发展及应用研究，今后地铁将会朝着更加人性化智能化服务方向不断发展。

参 考 文 献

[1]黄幸.地铁车辆空调系统故障分析与措施[J].机电工程技术,2020,49(09):211-213.

[2]完颜流宇,杜永华,李想.地铁空调检修新风阀故障分析及处理措施[J].技术与市场,2020,27(01):32-33.

[3]张宗友.浅析温度传感器的性能与使用[J].科技创新与应用,2017(07):67.

[4]范彪,马撰,朱嘉琪.广州地铁二号线空调系统高压故障原因探讨[J].机电工程技术,2019,48(03):171-175.

[5]张翔.广州地铁二号线车辆空调机组低压故障原因分析及处理[J].机电工程技术,2017,46(06):148-150.

[6] 严凡,王景宏.地铁列车空调目标温度的智能控制[J].机电信息,2019(12):53-54.

[7]高洋.上海地铁车辆空调机组的变工况分析[J].制冷与空调(四川),2019,33(04):380-384.