曹先伟 毕仲国 赵金龙 毕振庆
中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心，130062，长春
摘 要：文章对双层客车内空调系统的布置和设计进行了阐述，该布置和设计可以高效利用车内空间，并能够提供空调系统功能冗余性，全方面保证了空调性能，适用于车内空间较小的双层车辆，文章的描述和总结可供双层客车的设计和优化提供技术指引和参考。
关键词：双层客车；空调系统；冗余性;
中图分类号：TN03 文献标识码：A
引言
随着城市轨道交通的发展，目前国外市场对于双层客车的需求越来越大，双层客车不仅可以为旅客提供基本的出行需求，同时还具有载客量大的突出特点。在双层客车带来便利和大载客量的同时，也为车内空气舒适度带来了很大困难。如何满足大载客量的乘客舒适需求，同时能够适应双层客车的有限空间是本领域技术人员需要解决的重要问题。文章提供一种典型双层客车空调系统的布置方法和功能设计，在可以高效利用车辆空间的前提下，保证车内乘客环境安全舒适性。
1 空调系统布置
双层客车空调系统包括客室空调机组1、司机室新风单元2、上层风道3、下层风道4、端部风道5、端部加热器6、司机室腿部加热器7、司机室侧墙加热器8等。
在双层客车的两端、车体顶部各设置一台空调机组1，用于为客室的制冷、加热和通风提供动力；在车辆的两端、空调机组下方对称设置了端部加热器6，用于端部客室的加热；同时，在上层客室、下层客室的顶部两侧分别设置了上层风道3、下层风道4，用于实现整个上下层客室的通风；端部客室的顶部两侧设置了端部风道5，用于实现对客室端部区域的送风。
在司机室内，设置司机室新风单元2，用于辅助司机室端的客室空调机组实现对整个司机室区域的制冷、加热和通风；在司机操纵台下部设置了司机室腿部加热器7，用于冬季时司机腿部区域的加热；在司机室两侧侧墙区域设置了侧墙加热器8，用于实现对整个司机室后部区域的加热。
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每个空调机组都由独立的两套制冷系统组成，每个系统都由独立的电源供电，当两个制冷系统或者电源之一出现故障时，只有故障的制冷系统会关闭，同一空调机组上的另一个制冷系统将会继续提供制冷运行，实现制冷系统的冗余[1]。
2 车内环境安全舒适功能
2.1 概述
为保证车内环境的安全舒适性，该空调系统采用了较高水平的控制模式，每个空调机组都由PLC控制以实现如下功能：
空气过滤；通风（包括紧急通风）；空气温度的调节；冷却；加热；除湿；诊断和系统保护[2]。
2.2 运行控制
在所有启动和运行阶段，根据车内不同的通风/制冷/加热需求，每个空调机组都是在其PLC的控制下去运行，但其同时也会受到同一节车辆上另一台空调机组的影响。同一辆车上的两个空调机组通过以太网相互通信，以确保控制系统正确运行。除非有故障，不然两个空调机组必须以相同的模式同时运行，如果实际需求不同导致运行模式不同则两个空调机组以最接近通风的模式运行。在其中一台空调机组制冷或加热时，另一台空调机组不会处于相反的模式即加热或制冷。
两个空调机组也可以补偿运行，实现单车空调性能的冗余。当其中一台空调机组故障时，另一台空调机组将会切换至高速运行，以补偿故障机组的损失。
2.2 运行模式
2.2.1 通风模式
当客室区域没有任何制冷或加热需求时，PLC将会自动控制空调机组运行在通风模式。在此模式下，只有空调机组内的风机运行，其它制冷或加热系统不运行。
2.2.2 制冷模式
根据车辆制冷需求，PLC将控制空调机组以三种模式来运行。在第一种模式期间，PLC将控制较小的压缩机运行，来提供较低能量的制冷；在第二种模式期间，PLC将控制较大的压缩机运行，来提供较大能量的制冷；在第三种模式期间，PLC将控制两台压缩机同时运行，保证车厢内最大的冷量输出。
在制冷模式运行期间，也可以启动加热以实现所需的温度控制和湿度控制，制冷和再加热的等级将由PLC根据控制指令来选择。
2.2.3 加热模式
根据车厢内部的加热需求，PLC将控制空调机组内的主加热器及风道加热器的运行。主加热器及风道加热器的启停都通过接触器和继电器来控制。
2.2.4 除湿模式
在制冷和制热模式下，一般车厢内满足60%的相对湿度情况下，是不需要除湿的，因此在制冷和加热模式下不设置除湿功能。
在车厢内处于通风模式时，可以启动除湿模式： 当湿度传感器检测到湿度超过65%且车内长时间处于通风模式，即可启动除湿模式。在此模式下，车辆将同时启动制冷和加热。车厢内空气在制冷模式下降至低温，以除却空气中的水分，然后将车厢内空气再加热至所设定的温度。此过程可通过下述湿度图来表示。
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2.2.5 测试模式
空调系统设置了测试模式，使维护人员无需通过温度传感器等即可检测空调机组。但所有安全装置包括温度开关、压力开关等将在控制回路中保持，不会因测试模式而被旁路。
2.2.6 紧急通风模式
一旦空调机组的控制继电器检测到电源故障，PLC将控制空调机组进入紧急通风模式，在此模式下，空调机组将执行以下操作以保证向车厢内提供所需的新鲜空气：
?通过PLC关闭所有交流电机和加热器
?通过硬线控制启动高速新风机
?通过硬线控制打开新风风门
3 结论
基于本文所述的空调系统布置方法，可满足车间空间较小、载客量较大的双层客车。同时，多功能模式的设置也能够保证不同工况下的车内环境舒适性。按照该方法设计的空调系统布置方案和功能模式，已经通过分析和试验证明了其有效性和可行性，并且在生产中得到应用。
参考文献
[1] 《城市轨道交通研究》2003第02期《城市轨道车辆空调系统》-王文质
[2] 《机电工程技术》2011第08期《轨道车辆空调的节能技术》-王兴江
作者简介：
曹先伟（1985年），女，高级工程师，硕士研究生，主要从事车辆暖通和总体技术的研发和应用。
E-mail: caoxianwei.ck@crrcgc.cc