中车南京浦镇车辆有限公司 江苏南京 210000
摘要：随着我国城市轨道交通事业的快速发展，城市轨道车辆逐渐成为人们上下班的重要工具。通过统计得出，轨道交通车辆耗电量占运营线路总耗电量的比重较大，占车辆总能耗的一半都是空调为主的辅助系统能耗。所以研究轨道交通车辆空调机组能耗测试方法，制定空调机组能效指标，符合我国节能减排的可持续发展战略。目前，城市轨道交通车辆冬季普遍采用电加热采暖空调系统，而热泵空调机组的应用所占比例较小。为研究变频热泵空调机组在城市轨道交通车辆上的应用效果，对变频热泵空调列车和恒速电加热空调列车的冬季采暖性能进行了测试，并对变频热泵空调在轨道交通车辆上的舒适性进行了分析，通过对车辆的分析，为我国城市轨道交通车辆空调机组的应用提供参考。基于此，本篇文章对变频热泵空调在地铁车辆上的应用进行研究，以供参考。
关键词：变频；热泵空调；地铁车辆；节能
引言
随着轨道交通的快速发展及城市低碳经济发展要求，特别是人民生活水平的不断提高，轨道车辆空调系统的舒适性、智能性、轻量化和节能性要求也越来越高。空调系统作为轨道车辆的关键设备和车辆系统的第二大耗能部件，已经成为车辆舒适及能性研究的重点课题。
1空调耗电分析空调系统耗电原因分析
空调系统是城市地铁车辆重要的配套子系统之一，该系统为乘客提供呼吸所需的新鲜空气，并将车厢的温度和湿度控制在舒适的范围内。空调系统是车辆辅助系统中主要的耗电来源，在后期车辆的运营中空调系统的节能也越来越受到用户的重视。在整个制冷季节的耗电量受到多个因素的影响，其中起决定性作用的主要有：车辆运营城市的气候特征，以及空调系统的各组件在不同环境下的运转特点。城市的气候特征相关的因素，包括空气的干球温度、露点温度（或相对湿度）、太阳辐射强度等参数的逐时变化规律。空调系统的运转特点，含了空调的额定制冷量、输入功率以及部分负荷下的运转参数。空调机组的主要耗电部件为压缩机、通风机和冷凝风机，其中，额定工况下约80%的耗电来自压缩机。为了减少压缩机在整个制冷季节的耗电量，并实现车厢温度调节的需要，通常采用压缩机负载多档调节技术，包括热气旁通、变频技术等。在不同城市的气候特征下，这些技术的使用效果可能具有较大的差异。
2地铁车辆变频空调系统
地铁车辆变频空调用的是车辆专用变频压缩机和工业通用变频器，在此基础上增加了变频控制系统，采用的是变频原理，通过改变交流电源频率来调节压缩机转速。所以变频空调可以随着客室热负荷的变化来调节压缩机的转速，从而改变制冷系统管路中的制冷剂循环，控制空调机组的输出制冷量，使制冷量与热负荷达到平衡。在制冷负荷较低的情况下，可自动调节适当的压缩机工作频率，实现“不停机运行”，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的。变频空调机组通过高速降温（升温）和低速保持的方式，既保证了车内舒适性，达到高效节能的目的。此外，变频空调采用软启动的方式，可以减少压缩机启动瞬间的电流对辅助电源的冲击。
.png)
变频空调系统主要由变频空调机组和控制盘组成，其中变频空调机组主要由变频压缩机、变频器、通风机、冷凝风机、蒸发器和冷凝器等组成。相比于定频空调机组增加变频器、谐波滤波器、扩展板和温度传感器等。
变频空调原理：地铁车辆变频空调由车辆辅助逆变器输出的三相中压母线电源供电。空调逆变器电气原理图中的输入电压通过其内部三相不可控整流电路转换为直流母线电压，为其内部逆变模块供电。不可控整流电路在电网侧向静止无功发生器注入谐波电压和谐波电流，对辅助逆变器有害，因此有必要安装谐波抑制装置。谐波抑制可采用电抗器滤波或LC并联谐振电路。同时，在逆变器直流侧安装直流电抗器，以抑制输入电流波形变形，减小直流母线的交流脉冲，促进逆变器模块的稳定运行，提高功率的因数。
与传统恒频机组相比，变频空调机组增加了逆变器、传感器和电子膨胀阀，增加了故障风险。但是与此同时，由于采用变频控制，使压缩机和风机起动具有柔性起动，起动电流由零开始，减少了干扰和影响故障因素。提高空调系统的整体可靠性。根据数据统计显示，上述城市变频空调机组的平均故障间隔时间约为60万km，总体可靠性数据要比传统恒频空调好。
3变频热泵空调在地铁车辆上的应用研究
中国幅员辽阔，目前，正在建设和规划城市轨道交通项目的城市气候类型有:寒冷地区、严寒地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区等。根据一个地区的平均温度分布的国家气象局的网站,一个地区的气候是典型的暖温带半湿润大陆性季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥,在春天和秋天。地铁车辆线路既有地面线路又有地下线路，地面线路较长，受室外温度影响较大。为了保证冬季正常运行和乘坐舒适性，地铁车辆线路在冬季需要有供暖需求，更适合热泵机组加辅助电加热的方案。常规地铁一般采用客舱座位下电加热方案。由于冬季室外温度较低，电加热器的热辐射范围有限，很容易造成客舱内的加热范围不均匀，并且它受到门的开启和关闭的影响很大。当地面站车门打开时，车内温度会迅速下降，室内温度波动较大，会影响乘客的舒适性。用于地铁车辆空调系统的热泵空调机组是采购的。空调系统处于制冷状态的冷凝器和蒸发器通过四通换向阀进行交换。原制冷蒸发器的室内盘管在加热时成为冷凝器。这样制冷系统在室外吸收热量，在室内释放热量，达到采暖的目的。热泵采暖方案可以在冬季实现快速采暖，配合车辆风管，热量可以均匀的送到车辆的每个角落，从而保证车辆温度分布均匀。同时，由于风管是连续送风的，所以受到门的开启和关闭的影响较小。车内温度高且稳定，乘坐舒适性好。
结束语
总而言之，通过对定速空调和变频热泵空调的理论和实际应用的对比分析证明，变频热泵空调在温度控制方面有很大的优势，提高乘坐的舒适度，其冷暖两用、一体化设计，可靠有效的实现节能，降低地铁车辆运营成本，符合国家节能减排的规划要求。
参考文献
[1]姜宝建.基于变频器控制的地铁空调节能应用[J].内燃机与配件,2019(22):226-228.
[2]朱文洋.城轨车辆空调节能试验及节能技术研究[D].青岛理工大学,2018.
[3]王依梅.地铁废热源热泵系统性能研究[D].青岛理工大学,2018.