中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266041
摘要：城轨车辆的冷凝水排放系统是整个车辆的重要组成部分，其设计结构对城轨车辆的车顶设备布置、重量、成本等有很大的影响。针对目前车辆使用的冷凝水排放系统，本文对空调冷凝水排放系统进行了研究，并提出一种新型的冷凝水排放结构—冷凝水与雨水集成排放，同时也进行了排水能力校核以验证该结构的可行性。
关键词：城轨车辆 冷凝水 排放系统 集成排放 排水能力
中图分类号：U260 文献标识码：A
0 概述
普通的城轨车辆用客室空调机组为顶置式薄型单元式空调机组，将各个零部件组装在一个不锈钢板制成的箱体内，加盖板后形成一个整体。空调机组的箱体结构分为三部分：蒸发腔、压缩机腔和冷凝腔。蒸发腔内安装有蒸发风机和蒸发器，冷凝腔内安装有冷凝风机和冷凝器，压缩机腔安装有压缩机、高低压压力开关等。
每辆车在车顶安装2台客室空调机组，空调机组采用下送下回的送风方式，新风从空调机组箱体的两侧新风口处导入，空调机组处理后的空气经贯穿于整节车厢的风道和均匀分布的出风口送入客室[1]，保证客室内的送风。新风和回风在回风腔内混合，经回风滤尘网过滤后，由蒸发器冷却并通过蒸发风机送入客室内，使室内温度缓缓下降，并使其维持在较舒适的范围内。空调机组的室外冷凝风从空调机组顶部进入，通过冷凝器后，再从机组两侧面排出[2]。
1 研究现状
空调与通风系统是城轨车辆的重要组成部分，空调机组在工作时蒸发器会产生冷凝水。目前，空调机组的设计主要有两种冷凝水排放系统，一种是集中排放，另一种是散排。集中排放就是在空调机组的端部设置冷凝水排放管路，通过车体侧墙到达车下，为了避免车辆运行时，因负压导致的排水不畅问题，在车下增加了水封结构。该方案结构成熟，应用广泛，但结构复杂、不易维护、增加了车辆的重量和成本。而所谓的散排，就是蒸发器产生的冷凝水从空调机组的底部直接排放到空调平台，为了防止负压导致的排水问题，在空调机组内部增加了防飞溅结构。该方案结构简单、易于维护、节省成本、满足车辆轻量化设计的原则，但该方案也存在不足之处即冷凝水在空调平台漫流得问题。
为此，本文采用了空调机组冷凝水散排的技术方案，并在此基础上，提出一种冷凝水与雨水集成排放的设计方案，并进行排水能力的可行性分析，解决了城轨车辆的空调冷凝水散排的漫流问题，使空调平台保持干燥、干净。
2空调冷凝水的排放设计和计算
空调冷凝水是由于蒸发器除湿产生的水，需要由专门的排水孔排出空调机组，根据实际情况，在凝露条件下空调冷凝水生成量为最大，因此计算空调冷凝水的排水量和排水能力需要对凝露工况的冷凝水体系进行计算。
在凝露工况下：空调机组的送风量为4000 m3/s，在蒸发器前干球温度27℃，湿球温度24℃，蒸发器后干球温度约16℃左右，湿球温度15℃左右，空调冷凝水生成量的计算公式为：
.png)
根据空调机组工作时产生的冷凝水量，在空调机组底部合理布置冷凝水排放口。在空调蒸发腔内，每侧专门为蒸发器设置了2个孔径为20mm的排水孔，2个排水孔的面积为：
由此可见，每小时的计算冷凝水生成量远大于实际产生的冷凝水生成量，所以，蒸发器产生的冷凝水完全可以由冷凝水排水口顺利排出。
3集成排放设计和校核
根据以往设计，蒸发器产生的空调冷凝水由排水口排出后，经过城轨车辆的两侧雨檐排至车下。
3.1 集成排放设计方案
经过研究和相关的计算，本文提出一种新型的车辆冷凝水排放结构----冷凝水与雨水集成排放方式，如图1所示。在空调机组的冷凝水排水口的下方分别设置集水装置，引流到空调平台两侧的雨水槽内，雨水槽与雨水排水管连通，冷凝水和雨水进入集水槽后，通过与之相通的排水管，从车辆下部直接排出。
.png)
图1 冷凝水与雨水集成排放结构
冷凝水与雨水集成排水量计算公式如下[3]：
3.2 降雨强度的选定
截至到目前为止，青岛有记录的最大降雨量是12小时内达到429.5mm,成为自1959年有气象记录以来最大降水。而自有记录以来,青岛全市日降雨量在200毫米以上的仅出现过3次。当日最强的1小时降雨量达到93.1mm,均创造了历史的最高纪录。排水管按能够抵御降雨量 来进行设计。
3.3 雨水与冷凝水的性质
雨水除了 PH 值较低(平均约在 5.6 左右)以外，初期降雨还带入收集面污染物或泥砂，但空调平台上的雨水基本不需处理。
空调冷凝水是高度纯净的水，PH值接近于中性，杂质含量少，略有腐蚀性[4]。因此，将雨水和冷凝水混合处理，可以降低雨水的酸性,降低对空调平台和不锈钢管路的腐蚀性。
3.4 集成排水能力校核
排水管采用不锈钢管，通过参照GB 50015-2009《建筑给水排水设计规范》中表4.9.22，则排水管理论最小截面积为：, 空调平台设置4根排水管（每侧2根）的排水截面积为：
则排水管的排水量为：
所以，排水管的设计截面积和数量可以排出足够冷凝水与雨水集成量。
总结
本文提出的城轨车辆新型冷凝水排放结构—冷凝水与雨水的集成排放，通过排水能力计算能够很好的满足设计要求，不仅解决了城轨车辆的空调冷凝水散排的漫流问题，而且优化了空调系统的结构、使其更易于维护、节省成本，使空调平台保持干燥、干净。