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摘要：随着科技的发展，人们在注重城市轨道车辆乘车安全性的同时越来越注意其舒适性的研究，其中城市轨道车辆空调系统的节能和舒适性正是当前的研究热点。在本文中，将对车辆的热负荷构成以及影响因素展开研究，并分析制冷压缩机的工作特点以及分别阐述了定速空调和变速空调的工作原理。最终得出变频空调在轨道车辆节能和舒适性能上更具有优势。
关键词：城市轨道交通；变频空调；舒适性；节能；分析；
城市轨道交通的客流量主要分布在早晚上下班的高峰时间段，其他时间段则是客流低峰其。所以，即便是在炎热的夏季，轨道车辆空调系统也并非一直处在高负荷工作状态，长时间的高制冷模式不仅造成资源的浪费还降低了乘车的舒适性能。所以，研究空调负荷实时匹配十分必要。而制冷压缩机是空调制冷的主要组成部分，采取变频调节技术能够有效实现节能并且增加乘车的舒适性。
一.车辆空调热负荷组成及其对节能的影响
1.轨道交通车辆空调热负荷的构成
（1）轨道车辆传热热量。其传导的热量由车辆内外温差、传热系数以及传热的面积决定。而当车体的结构一旦确定，对传热量最主要的影响因素就是车内外的温度差值，其温差越大，穿热量也就越大。
（2）太阳辐射热量。太阳辐射热量和太阳辐射的强度以及太阳照射车辆的面积大小有关。
（3）轨道车辆乘客散发的热量。此热量主要由车内的人数直接决定，通常在每天上下班时间段乘车人数最多，其热量也就最高，其余时间段内热负荷均保持在正常数值内。
（4）新风热负荷。此数值主要和车外的温度和湿度成正比，温度和湿度越大，其新风热负荷越大。
（5）车辆内部机电设备热量。其中包含照明以及电气设备在工作中产生的热量，其数值基本固定。
2.影响热负荷的因素
就城市轨道交通来讲，其车辆内部机电设备工作时产生的热量基本固定，车辆内部乘客产生的热量随其人数的变化在有规律的变化，太阳热辐射等热负荷因素与车辆外部环境息息相关，所以车辆内部的热负荷一直处在变化之中。
（1）客流量影响
根据国家相关标准，车辆空调设计是在定员的条件下进行的，但是在实际运行期间，乘客人数的变动性较强。当空载时，其需求的制冷量仅占额定制冷量的一半。若是其客流量为座客载荷，其需求制冷量大约占其额定制冷量的三分之二。当其载客量处于定员载荷，需求制冷量和额定制冷量大致相同。若是其客流量处于超员状态，其需求制冷量大于额定制冷量。此时乘客的乘车舒适性大大降低，若此时空调制冷量在短时间内有所增加，对乘车的舒适性有所保证。
（2）环境因素的影响
轨道车辆的空调是在额定工况下设计的。但实际生活中，车辆空调的工作温度范围主要在20℃到45℃之间。若是外界环境的温度大于额定工况时，车辆空调机组的制冷能力有所降低，进而车内温度略有上升。若是室外温度过低，空调机组的制冷能力强，空调送风的温度过低，影响车辆的舒适性。但若是以最高温度为额定工况虽然会保证高温天气的制冷能力，但绝大多数时间会处在制冷偏大的状态，造成资源的浪费。
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二.常用空调控制策略对节能和乘车舒适性的影响
1.制冷压缩机的工作特点
通常制冷压缩机控制逻辑设置开启后必须运行三分钟以上才能停止，且每次停止必须满三分钟才能再次开启。运行至少三分钟是保证压缩机机油有时间回流到压缩机中，应对压缩机进行润滑以保证其性能。停机必须三分钟的原因是使制冷压缩机的高压压力和低压压力处在平衡的状态，防止压缩机带载开启。为了避免压缩机被频繁的开启和关闭，通常将车辆内部的温度变化范围控制在两度之内。换句话讲，若是车辆内部温度变化范围过大，容易影响乘车的舒适性。
2.定速空调的控温方法
定速空调通常是利用压缩机的开关实现制冷量的调节，进一步调节车辆客室的温度。若是其负荷发生剧烈变化，同时压缩机开关三分钟的影响，很容易造成空调的制冷滞后。进而使客室温度变化幅度过大，影响乘客乘车感受。
3.热气旁通卸载方式
热气旁通卸载方式主要是把压缩机所排出的高压气态制冷剂通过旁通电磁阀直接排放。换言之有一部分的制冷剂没有经过冷凝器的冷凝就直接到蒸发器入口，这会造成制冷量有所降低。利用电磁阀的开关时间能够控制空调机组的制冷量。但长此以往导致电磁阀的开关过于频繁而降低其使用时间。所以在实际的操作中，通常不会使用此种调节方式。
4.数个压缩机并联
就多个小容量的压缩机并联，若是其并联压缩机的数量足够多，从理论角度来讲能够多级甚至是无限级制冷。但在实际的生产中，压缩机的容量和规格以及轨道交通车辆内部空间的尺寸限制，难以实现多个压缩机并联。
三.变频空调控制方式对节能和舒适性能的影响
1.变频空调制冷输出原理
变频空调的工作原理是改变压缩机的运行频率以实现对其制冷量的调节。一台空调利用两台变频压缩机，使其连续调节，进而能够大范围并且连续的制冷。若是客流量大或者外界气温高于额定条件，在增加压缩机的运行频率后能够提高制冷量，保证乘客乘车的舒适性，这是定速空调无法实现的优势。
2.变频空调频率控制方法
城市轨道交通在每天的运行期间，乘客出行的客流量会发生较为明显的变化，进而引起客室热负荷的变化，而变频空调能够及时的检测出客室温度以及其变化速率进而对其频率进行调节，使制冷量与热负荷匹配，保证客室处在适合的温度，也调节压缩机以适当的频率运行。
通常空调控制逻辑会设置其频率每十秒钟计算一次，温差变化过大时可以及时调节。
3.变频空调的节能原理
首先若客室温度发生明显变化时，变频空调的智能控制系统能够尽快改变压缩机的运行频率，在客室温度达到设置数值后，其以低频率的状态维持运行，并控制其机组输出适合的制冷量，使其内部的温度保持稳定。但不能将压缩机停机，避免损耗压缩机和能源的浪费。
结束语：综上所述，通过分析城市轨道交通车辆空调的热负荷变化规律和定速空调以及变频空调后不难发现，变频空调能很好处理车辆热负荷、室内外温度以及乘车的舒适性问题，变频空调将会成为提高城市轨道交通车辆空调舒适性并保证节能的重要措施之一。经过在不同城市一段时间的实践，变频空调的制冷节省电量达到的三分之一。因此值得广泛推广使用。我国幅员辽阔，不同地区温度和湿度的变化有较大差异，所以变频空调的控制应结合轨道交通区域进一步研究。
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论文作者:杨醒锋
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第4期
论文发表时间:2019/9/20
标签：车辆论文; 压缩机论文; 空调论文; 温度论文; 负荷论文; 热量论文; 舒适性论文; 《建筑细部》2019年第4期论文;