动车组空调系统故障及舒适度研究

刘成帅 陈岩

摘要：随着人民生活水平逐步提高，旅客对旅途的时间和舒适性的要求也越来越高，轨道车辆具有更高速度和舒适性满足了人们更高的出行要求。由于列车车速较高，因此对车厢的气密性要求很高，不允许像常速客车那样用开窗的方法通风换气，空调装置已经成为车辆必须具备的重要装备之一。随着中国高速铁路的飞速发展，为实现动车组在复杂的运用环境下安全稳定运行，对动车组检修质量提出了更高要求。空调系统作为高速铁路动车组的主要部件之一，为车辆运营过程中乘客的舒适性、安全性提供了必要的基础保障。动车组在运行中多发生客室空调故障，其中既有空调设备自身的故障，也有检修维护不当产生的故障，严重影响旅客乘车的舒适性。

关键词：动车组；空调系统；故障  

随着国内新型城轨列车的快速发展以及人们生活水平的日益提高，人们在选择出行方式的同时，对乘车环境的的舒适性也日益关注。良好的列车室内热环境需要空调系统对气流进行合理组织，使其均匀地对客室进行送风，并将车内空气流速控制在标准范围内。通过某动车组空调系统工作原理及控制逻辑，分析了动车组空调系统运行中常见的典型故障。

一、动车组空调系统功能

1、空调制冷。每台空调机组包含 2 个独立制冷剂回路压缩机将蒸发器送来的微过热制冷剂气体压缩至饱和状态，其饱和温度高于室外温度。从而使气体在冷凝器内壁冷凝。 当全部制冷剂在冷凝器内凝结成液体时，将是微过冷低于饱和温度 3K。这会防止液体在到达蒸发器前就蒸发掉，造成空调制冷量损失。过冷是可能的，因为制冷剂回路装有充足的制冷剂，所以在冷凝器底部管道内有液体制冷剂。 随后，液体制冷剂流入电磁阀、干燥过滤器和视液镜。恒温膨胀阀作为流量调节设备，向蒸发器供给一定量液体制冷剂，在给定工况下，可以蒸发和微过热。

2、空调加热。HVAC 机组包含一个电加热器。电加热器位于蒸发器和送风机之间。电加热器由 400VAC、2 相 50Hz 电源供电。在加热模式下，压缩机不工作。送风机吸入混合空气，流经混合风过滤网、蒸发器，经电加热器加热，被加热后的混合空气流经送风机，排入司机室。安装一组温度传感器来探测新风、回风和送风温度。装有 1 个新风温度传感器、1 个送风温度传感器和 1 个回风温度传感器，它们分别位于新风进口、送风机和回风口处。通过温度传感器对客室制冷 / 采暖需求进行监控。

二、空调系统工作原理

某动车组客室空调系统主要由空调机组、空调控制柜、风道系统等组成。 其空调机组采用车顶单元式结构，每节车车顶端部安装 1 台客室空调机组。客室空调机组具有制冷、制热、新风、废排、主动式压力波保护等功能，并采用前送风方式，空调机组送风口位于空调机组端部，空调机组的送风口与设在客室顶板上方的送风道连通，客室送风通过空调机组、顶板送风道进入客室侧顶通长送风道，空调送风通过侧顶送风口、窗上送风口进入客室。客室空调回风口和废排口设置在通过台，采用散回方式，回风通过空调机组内部回风道实现循环，废气通过连接在空调机组底部的废排风盒进入空调机组，通过废排风机排出车外，从而保证车内的温度、湿度、气流速度、压力等参数指标，为旅客提供舒适的车内环境。空调机组冷媒循环系统使用涡旋式制冷压缩机，因涡旋式压缩机工作过程仅有吸气、压缩、排气三个过程，所以涡旋式压缩机效率更高，并且噪声低。当低温低压的气液混合冷媒，与通过蒸发器的室内混合空气进行热交换的同时汽化。 此时，混合空气的热量被冷媒吸收，温度下降。 而汽化后的低温低压气态制冷剂，被涡旋式压缩机压缩成为高温高压气态制冷剂。其后冷凝器对高温高压的气态制冷剂进行冷却，使其成为高温高压液态制冷剂，与被冷凝风机吸入的室外空气进行热交换。最后，节流装置调整制冷剂流量，进一步降压降温使其成为低温低压液态制冷剂。空调系统的控制逻辑是通过若干个温度传感器实现的。动车组每辆车设有若干温度传感器，空调机组分别接收温度传感器检测的温度信息，并将若干个温度传感器测定的温度值平均后所得的车内温度，并结合送风温度，新风温度和制冷/制热设定温度比较，自动选择不同的运行模式，对压缩机进行控制。

三、空调系统故障分析

客室空调系统常见故障有客室风量小、不制冷或冷量不足、高压压力开关故障。 客室风量小，需检查混合风滤网及蒸发器散热片是否脏堵，若检查发现存在堵塞物，需及时除去滤网的堵塞物或清理散热片。若空调系统不制冷或冷量不足，可能存在的故障有室内热交换器脏堵，低压压力开关故障，制冷剂不足或泄漏。对于此类故障，首先应检查司机室显示屏低压压力；其次检查室内热交换器是否脏堵，若发现堵塞物及时清理；之后检查低压压力开关电流是否正常，若存在异常，应更换低压压力开关，并跟踪查看该车空调系统低压压力，确保空调工作正常；最后，检查空调机组是否存在变形破损现象，尤其是重点查看蒸发器与毛细管连接位置若发现破损点，需重新补焊，补焊后重新对冷媒循环系统抽真空充入新的制冷剂。 对于高压压力开关故障，重点检查室外热交换器及其滤网，如果室外热交换器及其滤网污损，需及时清洁或更换滤材。在正常运用中，空调机组出现故障时，司机室显示屏将报警提示，并显示故障代码。通过该故障代码可以初步判断空调机组故障情况。 要判断空调机组的具体故障，需通过空调显示设定器，查看故障发生时间及代码，以此判断具体的空调机组内部故障，并进行针对性的检修。空调机组在运行中，产生的故障分为轻故障和重故障；轻故障可自动恢复，轻故障连续 3 次后将判定为重故障，空调机组制冷或制热模式将被锁定，一般将变为通风模式，此时需手动重启空调机组才能恢复。由于空调系统故障多发生在夏季运行中的低压压力故障，故而在夏季日常检修中应着重维护以下设备：增加新风滤网及混回风滤网清洁时间；重点检查蒸发器脏堵情况；定时查看蒸发器与毛细管连接位置，防止冷媒泄漏。

四、空调系统舒适度优化

1、空调换气次数优化。甲醛（HCHO），一种无色、具有强烈刺激性的气体，略重于空气。当人处于新造车辆时长期呼吸这种气体。根据空调制冷和加热的原理，可知：新风机将吸入的新风（FA）与回风（RA）经过在加热器或蒸发器中的处理（制冷时，其混合气体的热量被制冷剂蒸发吸走）然后经送风机将混合气体送入司机室或客室。整个过程需要保持废排口试较室外是负压状态，而除此之外的地方保持正压状态。设现有空调单位时间内换气次数为 n，且一定温度一定空间内甲醛单位时间内挥发的速率 C 一定，那么可以通过降低固定空间的甲醛含量来减小对乘客身体的危害。即每次换气回风量和排风量一定的情况下，为了降低甲醛对身体的伤害，可以想办法将排风中的甲醛含量 C1 升高而回风中的甲醛含量 C2 降低。一定温度下，设 T 时间内产生甲醛量一定，原来 T 时间内换气次数为 n1，本文通过增加换气次数来降低 T 时间内一定空间内甲醛的含量。优化后，换气次数为 n2（n2>n1），经分析，增加换气次数，无非是加快空气流动即带动甲醛以更快的速度流动。最终，在保证原先正负压不变的前提下，设换气次数改变前，甲醛含量 C0 降低到 C1，t0~t1 是缓冲过程，t1~t2 是甲醛含量缓慢降低的过程，经过时间 t2 后，甲醛含量基本稳定

空调机组随着使用年限的增加，其状况越来越糟。尽快的落实动车组空调机组的修程、检修工艺及周期。质量源上控制空调系统故障。空调舒适度的优化与所处环境的温湿度有一定的关系，风量的优化及换气次数的优化也需要考虑各方面因素的影响，有待研究。

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