动车组夏季典型日曲线试验制冷性能分析

动车组夏季典型日曲线试验制冷性能分析

陈兆玲 何雪珠 李智才

中车株洲电力机车有限公司 湖南株洲 412000

摘要：在整车气候实验室对某动车组车辆开展不同外部温度及夏季日曲线试验测试，研究夏季外界环境温湿度、太阳辐射及人员负荷变化过程中空调性能及车内温度变化。

关键词：动车组，夏季典型日曲线，空调性能，车内温度

概述

大铁路等干线车辆如动车组每天的运营时间较长，其空调机组日间运行时间约为12h。运行过程中，由于外部环境温湿度变化、车内人员负荷变化、及车内外空气交换等，必然会影响车辆空调性能，进而引起车内温度的变化。为了研究车辆在夏季日间运行过程中空调能耗和车内温度的变化，在整车气候实验室内对被试车进行测试。

1 研究方法

不同外部温度下制冷性能试验

外部设定28℃、35℃和40℃（车辆空调系统额定工况），在相同的工况和条件(乘客载荷100%、太阳负荷700w/m2、车内设定温度23℃、新/回风阀开度相同)下，车内温度设定为23℃，分别测量车辆空调机组在车辆封闭条件下消耗的平均功率。

夏季典型日曲线试验方法

模拟动车组在夏季日间运营12小时，外界环境温度、湿度，人员负荷及太阳负荷随时间发生变化，测量该辆车空调机组全程消耗的功率。

试验依据EN13129标准中的夏季典型日曲线进行。试验模拟动车组自早上出发至晚上结束日间运营，太阳负荷、乘客负载参照图1进行逐步加载，气候室平均温度变化梯度为±2k/h，气候室相对湿度变化梯度为±5%/h，通过测试车内温度和空调消耗功率，研究车内温度变化及空调性能。

图1 夏季典型日曲线剖面图

试验完成后，基于这几组试验数据进行对比分析。

2 研究对象

选取某动车组中间车辆作为研究对象，每节车厢配备2台顶置单元式空调机组。采用端送底回的送回风形式。采用静压式风道，机组下方也布置有风道，保证车内无送风死角。空调机组为单元式整体结构，所有部件均安装在不锈钢箱体内。

表1 试验车辆相关参数

3测试结果

3.1不同外部温度下制冷性能试验结果

在不同外部温度下，设定车内温度为23℃，试验持续90min，得出以下试验结果，车内平均温度-时间图如图2所示，车内湿度-时间图如图3所示。由图可知，在不同外温下，车内温度均能达到设定温度点，制冷效果满足设计要求。

3.1.1车外温度28℃试验结果

车外温度28℃时，车外实测平均温度为28.2℃，车外实测平均湿度为72.4%RH。车内平均温度为22.9℃，车内平均湿度为56.6%RH。经测试，全程整车空调平均功率为13.46kW。经统计，试验中2台压缩机运行的总时间为3270s，占全程时间的比例为60%；1台压缩机运行的总时间为2190s，占全程时间的比例为40%，二者在不断互相切换，几乎未曾出现过3台或四台压缩机同时运行的情况。

3.1.2车外温度35℃试验结果

车外温度35℃时，车外实测平均温度为35.1℃，车外实测平均湿度为78.1%RH。查表可得，车外空气焓值为108.12kJ /kg。实测车内模拟乘客散热散湿、太阳辐射的电加热器和电加湿器的总输入功率为11.368kW。经计算，全程车内平均温度为23.1℃。

经计算，全程车内平均相对湿度为52.2%。查表得，车内空气焓值为46.39kJ/kg。根据计算公式，新风带进车内的热量为1520 m3 /h×1.145kg/m3×(108.12kJ/kg-46.39kJ/kg)=29.843kW，新风热量占整车实测制冷量的比例为58.1%。

全程整车空调平均功率为25.66kW。经统计，试验中4个压缩机运行的总时间为3879s，占全程时间的比例为71.83%；3个压缩机运行的总时间为1521s，占全程时间的比例为28.17%，二者在不断互相切换。

3.1.3车外温度40℃试验结果

车外温度40℃时，车外实测平均温度为39.8℃，车外实测平均湿度为67.1%RH，车外空气密度为1.127 kg /m3。查表可得，车外空气焓值为122.58 kJ/kg。实测车内模拟乘客散热散湿、太阳辐射的电加热器和电加湿器的总输入功率为11.368 kW。

经计算，全程车内平均温度为23.2℃，相对湿度44.7%RH。根据计算公式，新风带进车内的热量为1520 m3 /h×1.127kg/m3 ×(122.58kJ/kg－46.39kJ/kg)=36.833kW，新风热量占整车实测制冷量的比例为65.5%。

全程整车空调平均功率为28.11 kW。经统计，在整个试验过程中，4个压缩机全部运行，达到其额定负载。

3.1.4夏季典型日曲线试验结果

图4为车内温度及湿度随时间变化的曲线。经计算，全程车内平均温度为22.1℃，经计算，全程车内相对平均湿度为62.22%RH。

图4夏季曲线车内温度和湿度图

经测试，全程整车空调平均功率为11.62 kW。经统计，试验过程中2个压缩机运行的总时间为34226s，占全程时间的比例为79.14%；1个压缩机运行的总时间为9024s，占全程时间的比例为20.86%,二者互相切换，几乎未出现3个压缩机或4个压缩机同时运行的情况。

结论

设定车内温度为23℃，车外温度不论在40℃还是在35℃，车内温度均能达到设定温度点，车辆空调设计制冷量满足使用要求。

1、车外温度40℃与35℃相比较，车内平均温度基本一致，功率上升2.45kW；新风负荷占比均在55%以上，人员负荷和太阳负荷占整车热负荷相对较低，因此在高温条件下，新风负荷相对其他热负荷对空调的功率影响更大。

2、夏季典型日曲线时，压缩机不会全程投入使用，2个压缩机运行时间占比为79.14%，相比车外温度35℃时压缩机投入使用时间大幅度减少，与28℃工况压缩机运行时间比较接近。3、夏季典型日曲线全程运行时，30℃以上车外温度时长大约7小时，预计空调功率相比35℃工况可减少42%。试验测试得夏季典型日曲线12小时运行功耗约135.8kWh，经计算28℃时工况12小时运行功耗约161.5kWh，夏季典型日曲线运行功耗与外温28℃工况运行时工况相近。

基于以上数据，可作为该动车组夏季实际运营时空调能耗估算基准数据。

参考文献

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[4] 袁琦，胡松涛．我国轨道交通车辆空调系统技术发展现状及趋 势分析［J］．中国铁路，2014，( 10) : 64－66．

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