丁文宇 张惠杰 李启瑞
呼和浩特铁路局包头车辆段 内蒙古包头市 014010
摘要：当今铁路客车(以下简称“客车”)空调的额定冷却功率和加热功率，是根据铁道部标准(TB 1955-87)的乘用车加热通风设计参数计算的，考虑到了最严峻的情况。但是，空气温度和阳光强度随季节变化很大，铁路客车日夜在广阔的范围内行驶。即使在同一天，地区之间和昼夜温差很大，所以客车总负荷不断变化。如果不对客车空调进行调整，客车内的温度场必然剧烈波动，导致舒适性下降。为了保证铁路客车温度稳定，为乘客创造舒适的乘坐体验，进而提高铁路在出行选择的竞争力，有必要全年灵活调整客车空调的运行。
关键词：铁路客车；空调系统；自动调节
引言
铁路客车空调是根据名义工作条件设计的，而目前的工作条件是根据中华人民共和国铁道部标准(BT1955-87)规定的外部空气参数确定的:夏季室外空气温度估计为35℃，相对湿度为40%而冬季室外空气温度估计为14℃。但随着实际外部空气参数的不断变化，铁路客车的负荷和空气调节参数发生变化，导致铁路客车空气流动的波动，给人体带来不适。例如，广州—北京有很长的跨度，日夜行驶，气温波动很大。因此，为了使室内空气环境参数保持在指定范围内，并实现节能和经济性，有必要根据室外空气的变化有效地手动或自动调整空调系统。
1铁路客车空调系统全年运行调节方案
当前，我国乘用车冷却功率的调整采用了停止部分压缩机的方法(加热功率的调整采用了停止部分电动加热的方法)。实际上，这种渐进调节方法不能完全适应载荷的变化，室内温度差仍高达4℃，使乘客感到温度差异。当一年的室外空调设备分为多个区域时，不同地区不同新空气再循环条件的制冷器(或加热器)可以运行或关闭；但是，当制冷器(或加热器)投入使用时，可以同时采用目前的冷却功率或热容量调节方法，以便尽量减少列车温度的波动。通常，列车外的新鲜空气和列车内的回气混合在空调中，然后通过蒸发器(夏季)或电加热(冬季)，再进入列车。（客车全年运行调节分区图如图一所示）
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图1 客车全年运行调节分区图
室外空调分为H-D图的四个区域(因为温度容易随机检测，所以采用干活塞式温度作为室外空气流通分布的指标)，如图1所示。图:WX室外空调系统夏季；NX夏季室内空调；CX夏季混合空调点；OX夏季送风状态点；WdNdCdOd代表相应的冬季状态点；TWX夏季室外计算温度；NX夏季室内建筑温度；TWd在冬季室外计算温度；TL无空气冷却的临界室外温度；Tl的临界室外温度，不进行空气加热处理。保持室外空气温度为TW。操作的具体年度调整方案如下:（1）当夏季室外温度高于铁路客车室内设计温度，夏季低于计算室外温度(TWX > TW > TNX)时，新的回风比控制系统将使用处于夏季设计工作状态的制冷器(第一区)；
(2)当室外空气温度高于不含空气冷却的临界室外温度且低于夏季室内设计温度(tnx > tw > TL)时，使用全部新鲜空气并启动制冷器(第二区)；
（3）如果室外空气温度高于不含空气加热处理的临界室外空气温度，且低于不含空气冷却的临界室外温度(TL > TW > T1)，则使用不含启动冷却柜和加热装置的所有空调母线。此时，空调母线相当于机械强制通风母线(区域III)；
（4）当冬季室外温度高于室外温度且无空气冷却低于临界室外温度(t1 >拖尾> twd)时，加热(区iv)在冬季施工状态下使用，计算出无空气冷却处理的临界室外温度和无空气加热处理的临界室外温度。
2铁路客车空调系统的自动调节
铁路客车空调的手动调节不能适应公交负荷的快速变化，调节精度不高。如果选择自动调整，则精度可以大大提高。自动调节控制系统是受控变量负反馈的闭环控制系统。它可以随时了解受控对象的情况，并根据受控变量的变化调整控制动作的大小和方向，使系统的工作状态等于或接近所需状态。(自动控制系统如图2所示)
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图2 自动控制系统方块图
2.1设计思路
为了使制冷系统的性能尽可能与制冷器运行时的实际负荷保持一致，铁路客车空调系统可以根据检测到的室内温度值自动停止或启动部分压缩机。冬天，空调也可以根据室内温度的变化自动停止或启动电加热。但是，空调中的制冷器和电加热器不能根据室外空气温度的变化自动启动或停止，只能手动控制，不能调节新鲜空气和回气量。因此，应在现有控制范围内进行控制(手动控制和加热器的启动和停止)同时应添加自动调节新鲜空气和回风量的装置，实现全年运行的铁路客车空调的自动调节。空调属于舒适空调，调节体积(铁路客车中的干球温度)有一定的空间，调节对象既有“开”也有“关”，因此采用了结构简单的位置设置。具体方法是:将热敏电阻温度传感器布置在车顶空调的新风口上，并将电动多页调节阀布置在新进气管和回风口上。(布置方式如图3所示)
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图3 温度传感器和风阀布置示意图
采用三层(全开、中、全关)调节器控制电动多叶调节阀；继电器用于控制压缩机和电加热的启动和停止。微机处理器用于向三级调节器和继电器发送控制信号。新购入口处的热敏电阻温度传感器用于捕获室外空气温度，并将温度物理尺寸转换为发送给微机处理器的电气信号，以便将室外空气温度与设定温度进行比较，然后根据室外空气温度所在的规则范围将控制信号发送给三级调节器或继电器。接收信号后，三级调节器或继电器设置或控制风道末端，停止压缩机和电加热。（控制原理如图4所示）
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图4 客车空调系统自控原理图
2.2自动调节过程
该方法测量冬季和夏季计算的室外温度(TWd和TNd)，测量不含空气冷却和空气加热的临界室外温度(TL和T1)作为设定温度，微处理器根据室外温度TW和设定温度之间的差异发出不同的控制信号。（控制流程如图5所示）
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图5 自动调节流程图
当室外空气温度位于一区和二区时，制冷器投入使用期间的新鲜空气和回气量会进行调整，铁路客车空调会根据室内温度自动停止部分压缩机。当室外空气温度在第四区时，电加热器开始运转。铁路客车空调会根据车内温度自动停止电加热。应当注意的是，只有制冷器(或电加热)投入使用，空调才能自动停止一些压缩机(或电加热器)。
3结论
(1)室外空气温度的变化导致室内温度的波动，有必要全年适当调整铁路客车的空调。(2)最好按照年度运行调整方案对铁路客车空调设备进行自动调整。
参考文献
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