摘要：本文着重分析了东莞地铁2号线车辆空调冷热不均问题的原因，从空调机组工作原理、数据统计、原因分析，再到整改措施及建议，进行了一系列详细的阐述。地铁在城市的发展和人们日常的生活中发挥着巨大的作用，而空调系统的稳定性直接影响乘客体验，如何有效改善地铁车辆空调冷热不均问题具有重要意义，为市民出行带来便利的同时，还能提高市民对地铁公司及城市的满意度。
关键词：地铁空调；压缩机；制冷；温差
一、空调机组制冷系统的工作原理
（一）气流组织原理
车厢内的空气通过车顶的回风口吸入空调机组内，在蒸发器前与外界新风混合，经过过滤后，在通风机的作用下，经过蒸发器，被冷却、干燥后，通过主风道均匀地送到车内[1]。
（二）压缩机制冷原理
蒸汽压缩制冷机主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器4个主要部件组成，并用管道连接形成一个封闭的循环系统。制冷剂在封闭的制冷系统中要经历压缩、冷凝、节流和蒸发等四个热力过程才完成一次制冷循环。在循环中，压缩机要消耗一定的功，才能将低温物体放出的热量转移到高温的环境介质中去，以达到制冷的目的。
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（三）空调系统的控制原理
每台空调机组的部件启动顺序如下：送风机.png)
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压缩机，并保证前级不工作，后级不允许工作。为避免多台压缩机同时启动对逆变器的冲击，机组压缩机顺序启动。在网络正常工作时，空调压缩机启动受CCU控制，CCU通过网络分时发送“空调压缩机释放”指令给空调控制器，使得空调压缩机顺序启动，每个机组内的2台空调压缩机由空调系统保证顺序启动，并保证在2秒时间内，2台空调压缩机启动完毕。
二、空调冷热不均的原因分析及对策
（一）故障现象
地铁列车正线运营时，部分列车扶手拉环、玻璃窗出现轻微的水雾，车厢内空调制冷效果不均匀，存在明显温差。
（二）故障调查
（1）设备型式试验
东莞地铁2号线电客车在青岛已进行并通过空调制冷均匀性的型式试验，试验满足EN-13129及EN-14750标准要求，且空调运行时制冷温度根据UIC553温度曲线计算并调节。空调机组运行时压缩机启动为根据VCU指令顺序启动，在客室内温度接近目标温度时会减载运行总时较长的压缩机，由于受限于现场设备条件无法进行再次相同型式试验。
（2）正线列车制冷性能测试
利用TES 1319A数字温度计在正线对运行列车客室内温度进行检测，按照EN-14750-2：2006标准以及技术合同的相关规定，布置9个水平1.1m高度温度测点，如图1所示。
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图1 温度测点布置图
单节车厢测量结果满足“客室内地板面以上1.1m高度同一水平面上测得的温度分布最高温度和最低温度的差不大于3K”的标准。此外，对另外4列车全车温差进行测量，分别为2.7 K、2.4 K、1.9 K、2.6K。
（3）库内列车制冷性能测试
在库内对其中一列车空调机组制冷性能进行测试，用PTU连接车厢空调控制盘，当空调机组启动稳定时，一节车厢内两个机组的目标温度、新风温度，回风温度及送风温度相差较小，制冷效果及功能从数据上显示无较大异常。
在外界温度28℃时，自动档位下空调机组根据UIC553曲线计算的目标温度为24℃，此时关闭司机室通道门，测量客室车厢最低温度为一位端20.6℃，最高温度为客室中部23.5℃，水平温差为2.9K。在DDU设置-2K使机组压缩机全部启动，测量客室车厢平均温度为19.5℃，全车最大温差为1.2K，最高温为二位端19.2℃，最低温度为两A车一位端约18.0℃。
（三）原因分析
1、空调压缩机启动控制逻辑：列车网络正常时，空调压缩机启动受VCU控制，VCU通过网络分时发送“空调压缩机释放”指令给空调控制器，使得空调压缩机顺序启动，每个机组内的2台空调压缩机由空调系统保证顺序启动，并保证在2秒时间内，2台空调压缩机启动完毕。TCMS循环发送启动信号给各个空调控制盘，TCMS首先给A1车的第1台压缩机发送启动允许脉冲信号，该脉冲信号持续3S，间隔1S后，TCMS再给B1车的第1台压缩机发送启动允许脉冲信号，间隔1S后，TCMS再给C1车的第1台压缩机发送启动允许脉冲信号，如此循环下去，等TCMS 给A2车发完第1台压缩机启动允许脉冲信号后，间隔1S再给A1 车的第2 台压缩机发启动允许脉冲信号，如此不断循环下去，各空调压缩机是否启动由空调控制盘控制。
在实际调查过程中，从空调机组实际运行时压缩机的启动时序来看，整车空调机组压缩机启动时序与技术资料描述不一致，个别机组不是由A1往A2顺序启动，且一个机组内2台压缩机有连续启动的情况。选取其中一列车进行调查，发现通过检查两个机组的压缩机工作时间，可明显看出机组一的2台压缩机比机组二的2台压缩机运行时间长很多，按照列车制冷均匀要求及客室实际温度分布应该为机组一运行时间较短。而空调机组压缩机启动为制冷功能实现的根本前提，因此要保证制冷均匀性，整车空调机组必须有合理的控制逻辑并且及时根据检测的回风温度对减载停止的压缩机再次启动。
2、客室车厢内水平温度目前只对单节车进行型式试验，但整车水平温差无法保证。根据实测的数据，当机组运行稳定后，某节车厢存在一端两个机组压缩机停止工作，而另一个机组压缩机继续工作，或者一节车厢压缩机停止相邻车厢压缩机工作等情况，会有超过3K的温差。另外客室内平均温度在自动工况且DDU设定-2K时测量结果与目标温度差超过1K，不满足试验 “客室内实际平均温度的变化允许偏离设定值的最大偏差为±1K”的要求。
3、空调机组设置在车厢顶部两端，客室内风道设计从机组出风口往车厢端部及中间送冷风。风道送风压力由风口至两边逐渐减弱直接导致两端与中间制冷效果强弱有别，而乘客温感程度不一样，1.5K的温差就开始有明显感受，而超过2.5K温差就有直接的冷暖感。因此需要更精确的制冷控制及送风更均衡，使客室内温差降低才能更好适应广大乘客，提供更舒适的乘车环境。
4、客室回风温度为空调机组判断列车制冷效果是否达到目标温度的依据，实际检测的客室温度与显示的回风温度有较大区别，可能会造成制冷过度而导致实际温度较低的情况。
（四）结论
1、空调机组压缩机启动及减载控制逻辑存在缺陷，未能及时根据客室温度控制压缩机工作，导致一列车每节车制冷效果有差别。
2、个别客室回风温度传感器感应温度与制冷目标温度不一致，导致个别列车存在制冷过量的情况。
3、送风道结构不合理，各空调出风口风速不均匀，导致列车同一车厢不同位置的水平温度分布存在差别。
（五）整改措施及建议
1、升级空调系统控制器内部软件，优化现有空调机组压缩机启动控制逻辑，使压缩机更合理地工作以保证整车各机组制冷均匀性。
2、降低客室反馈温度与实际温度的偏差，让空调机组合理制冷，减少功耗且保证客室温度的舒适性。
3、使用穿孔挡风板可以使得由导流板分流出来的高速的送风在此处得到一定的阻挡，增加一部分的风量送入静压风道内，再通过静压风道底部的条缝送风口送入车厢，达到整条风道均匀出风的目的[2]。
三、结语
地铁作为一种大运量、高效率的城市重要交通工具，能够有效地缓解城市地面道路交通压力，而地铁车辆空调系统的稳定性则直接影响乘客体验。本文针对东莞地铁2号线车辆空调冷热不均问题进行调查研究，并提出了具体对策及优化建议，在满足市民出行的情况下，提供更加舒适的地铁乘车环境，能够有效提高市民满意度。
参考文献：
[1]张大勇.论述地铁车辆空调系统的结构及典型故障案例解析[J].科技风，2019（26）：182-183.
[2]于淼，王东屏，袭望，黄少东.地铁车空调风道及车室内气流组织数值仿真[J].大连交通大学学报，2014，35（02）：16-19.
论文作者:廖懿巍
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：压缩机论文; 空调论文; 机组论文; 温度论文; 客室论文; 温差论文; 列车论文; 《电力设备》2019年第19期论文;