摘要：随着我国的经济在快速发展，社会在不断的进步，我国的高速铁路建设不断的加快，高速动车组为了能给旅客提供舒适的乘车环境，车厢需要密闭性好，动车组客室空调系统的主要作用就是在任何气候环境和正常行驶条件下，通过通风、制冷、采暖等方法调节车内的温度、新风量、车内压力等参数指标。客室的温度调节是决定车内舒适性的重要因素，使用合理的温度控制算法才能使温度控制在人体舒适的范围内。本文通过对现有某型动车组空调系统组成和结构进行阐述，为了提高温度控制的合理性和精确性，对空调的温度控制算法进行研究。
关键词：动车组；PI调节器；温度控制算法；能量调节
引言
动车组空调系统由美莱克公司设计，由空调机组、风道系统、控制系统、废排装置、压力波保护系统等组成。动车组空调系统主要根据欧洲的使用理念和运用环境设计，而我国的运用环境比较恶劣，使用频次高，维护效果差，造成动车组空调系统的故障率较高。根据动车组空调系统运用情况调查报告，空调系统的故障主要集中在空调机组、控制系统、废排装置和压力波保护系统。本文将对动车组空调系统故障原因进行分析。
1空调机组主要结构功能特点
按照硬件结构和布置方式不同，动车组空调机组可分为单元式和分体式等类型，各型动车组司机室空调均为分体式，ＣＲＨ１、ＣＲＨ３、ＣＲＨ５型动车组客室空调为车顶单元式，ＣＲＨ２型动车组客室空调为车底单元式。各型动车组空调机组虽然硬件结构和布置方式不同，但其制冷原理相同，按功能划分，主要由制冷装置、采暖装置、通风装置及自动控制装置等组成，每个装置由具体的单元部件组成，如制冷装置由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等构成，按照空调机组结构功能特点及其层次化、模块化特征。
2高速动车组客室空调温度控制研究
2.1技术分析
为了保证空调通风性能满足顶层技术指标要求，根据城际动车组的运行环境和运营特点，借鉴高速动车组、干线铁路客车和城轨车辆经验，从制冷能力、车内压力控制、送风方式等方面对CRH6型车空调通风系统分析如下。1）空调安装型式通过计算和系统分析，车顶工作环境较车下设备舱内工作环境好，有利于改善高温工况下空调的制冷性能；车顶送风道阻力比CRH2型动车组采用的网状送风道阻力小，有利于降低风道损耗。因此CRH6型车采用顶置单元式空调机组，其优点是便于安装和配气。2）压力波动控制动车组高速运行时对车外流场产生扰动，尤其是以较高速度通过隧道时产生强烈的压力波动，出现了列车过隧道出入口效应，车厢内压力变化以及隧道周围的气动噪声等问题，会引起司乘人员不适。为了减少车外压力波动对司乘人员的影响，采用压力波保护装置来解决。目前压力保护有主动式压力保护和被动式压力保护方式。由于顶置单元式空调机组新风直接由机组吸入，不需设置换气装置，因此采用被动式压力保护。3）送风方式优化优化送风方式的目的是为了保证客室温度及微风速的均匀性，主要有隐形送风和孔板送风2种方式。仿真计算结果表明，2种送风方式均可满足客室气流组织均匀性的要求，同时也可以满足不同的车辆美工设计要求。基于CRH6型车美工效果考虑，该车采用孔板送风。
2.2空调控制装置优化
CRH2A系列动车组空调控制装置集成于车下空调机组内，由自身逆变器进行控制。车厢内设有显示设定器，采用数码管显示，可以将来自车辆的控制信息传输给空调机组，同时显示空调机组的相关信息，并对故障进行记录。复兴号动车组空调控制装置由空调控制器、信息显示屏、接触器、断路器、网络接口、手动控制装置等组成，全部集中设置在空调配电柜内。空调控制器有网络通信、控制指令传送、故障诊断、故障信息存储下载等功能；信息显示屏采用液晶屏，可显示空调工作状态、车内外温度和故障信息等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆较CRH2A系列动车组而言，复兴号动车组空调控制装置全部集中在配电柜内，方便检修维护；信息显示更加直观，可清楚显示空调工作状态，各零部件实时信息，具体故障信息等；同时增加手动控制装置，当空调控制器出现故障时，可以通过硬线控制实现空调半冷、全冷、关闭、自动、通风、半暖、全暖工作状态。新设计方案不仅方便了动车组检修维护，操作更加人性化，同时增加了冗余设计，保证空调运行可靠性。
2.3手动模式下的功能
①50%制冷。由硬件控制单制冷环路的起动，从而使系统处于50%制冷状态。②100%制冷。由硬件控制单制冷环路的起动，从而使系统处于100%制冷状态。③50%加热。由硬件控制加热部件的起动，从而使系统处于50%加热状态。④100%加热。由硬件控制加热部件的起动，从而使系统处于100%加热状态。⑤通风。由硬件控制通风部件的起动，从而使系统处于通风状态。手动模式下部件的起动管理。由CCU发出不同的脉冲去进行管理，这样可以保证各车辆间不会发生同时起动的情况，从而避免大的冲击电流对列车交流母线的损坏。而在列车内部空调部件的起动管理由系统内部硬件加延迟完成。手动模式下的能量管理。由CCU通过检测相应的供电模块从而确定相应的模式是否能开启。由于列车每两个供电单元仅冗余一个ACU容量，所以，CCU在检测到没有ACU故障或仅有一个ACU故障时将允许正常手动功能的使用；在检测到两个单ACU或者一个D－ACU故障时，将允许手动功能的降载使用（即仅允许使用50%功能），在两个以上单ACU或者一个D－ACU以上的部件故障时，出于安全考虑，将不再允许手动功能的使用。
2.4空调能量调节
客室温度的控制最终要通过空调机组的能量调节得以实现。因各车型的空调机组采用的技术不同，能量调节的方法也有所不同，例如变频空调和定频空调的能量调节方法和手段有很大不同。要结合具体空调产品考虑实施方案。这里以带旁通阀的双制冷循环定频系统为例，说明空调能量调节的实现。整个空调机组包含2套独立的制冷循环系统、2台压缩机、2个旁通阀和2组电加热器，如果车厢内还有其他的空调附属设备也要考虑在内，如车厢加热器等。
2.5根据环境和季节变化加强对蒸发器、冷凝器检查和清洁
尽管在动车组各级检修中均对蒸发器、冷凝器的清洁和检查有明确要求，但由于环境和气候变化的不确定性，高寒、强风沙、多柳絮的天气常常会导致蒸发器、冷凝器故障。建议在日常检修中，根据天气实际情况，灵活安排蒸发器、冷凝器的检查、清洁、除冰等作业。
2.6可维护性提高
CRH2A系列动车组，为避免空调冷凝器及冷凝滤网滤网脏堵影响制冷效果，夏季每2~4天需更换冷凝滤网并清洗冷凝器翅片，此项工作需要耗费大量人力物力。复兴号动车组空调机组设置在车顶，冷凝进风处的粉尘、颗粒含量降低，仅设置冷凝格栅阻挡异物，未设置无纺布滤网，仅需对空调冷凝器翅片进行清理即可。设计优化后，大大延长了维护周期，减少人力物力的投入。
结语
随着科技不断发展、技术不断成熟，高速列车将会有更广阔的发展空间。未来的几年里，高铁必将成为人们出行的重要交通工具之一。中国高铁正逐渐趋于稳定，当安全性被人们普遍认可后，列车的舒适性必将越来越受到人们的高度关注。随着生活条件的逐渐改善、生活水平的日益提高，人们对舒适性的要求也会越来越高，因此，高速动车组舒适性的不断改进和完善工作，任重而道远。
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论文作者:刘明伟,单修洋,王智超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/11
标签：车组论文; 空调论文; 机组论文; 装置论文; 客室论文; 压力论文; 冷凝器论文; 《基层建设》2019年第30期论文;