中国铁路青藏集团有限公司西宁车辆段青海西宁810007
摘要：本文主要针对空调列车车厢内气流组织的数值模拟及节能改造展开分析，思考了其主要的理念和应用的具体的方法，希望能够为今后的数值模拟和节能改造提供参考。
关键词：空调列车；车厢；气流组织；数值模拟；节能改造
前言
对于空调列车来说，车厢内的气流的问题是值得研究的，也是非常关键点的问题，本文总结了空调列车车厢内气流组织的数值模拟及节能改造的具体的方法，可供今后参考。
1、铁路客车空调技术发展回顾
1.1普通铁路空调客车发展阶段
普通铁路空调客车指的是型号为22和25的铁路客车。其中型号为22的铁路客车主要生产与1956到1994年，此种列车内的空调装置主要采用的是手动型自然切入通风系统。型号为25的铁路客车有着多种以25为首的型号变种铁路客车机型，生产日期最早的为1967年生产的25型铁路客车，此种型号的铁路客运列车所采用的空调装置为列车集中供电型空调；生产日期最晚的为1997年出产的25K型号铁路客运列车，此型号列车所采用的空调装置为集中全供电式中央空调。
1.2提速铁路空调客车发展阶段
我国铁路客运列车于2004年实现了第五次全面提速，而型号为25T的铁路客运列车则是为了这次铁路客运提速而专门生产出来的。此种铁路客车几乎集中了此前铁路客运列车的全部优点，并适当的应用了当时最为先进的制车工艺技术。此型号的铁路客运列车所采用的空调装置为集中供电全空调类型。
1.3高原区—青藏铁路空调客车发展阶段
青藏高原是不仅是我国海拔最高的高原铁路列车专线，更是世界上海拔最高的铁路客运列车，高海拔、低氧气的高原环境不仅为铁路建造带来了极大的困难，也为高原铁路客运列车的制造带来了不小的挑战，尤其是在高原铁路列车的空调装置上。为了克服高原低氧的恶劣外在环境，青藏铁路客运列车的空调装置上安装了独创的制氧系统，并且为了保护青藏高原这片圣洁的土地，列车空调采用了绿色环保的设计理念，实现了污染的零排放，并且为了保护旅客，列车还设计了独特的防紫外线晒伤、防风沙装置，在便利了旅客的同时也向世人展示了我国先进的铁路设计与制造技术。
1.4城市地铁空调客车发展阶段
随着城市化进程的加快，我国城镇的人口数量与规模也在不断加大，为了缓解城市交通拥堵的现状，城市地铁被广泛的应用，现阶段，我国的许多大中城市中都已经广泛的应用了地铁，除了上海、广州与深圳这三大城市的地铁是由国外引进外，我国城市中的全部地铁都是由本国研发制造的，并且地铁内的空调机组设施也全部为国产品牌。
1.5城际高铁空调客车发展阶段
我国目前所生产的高速铁路列车全部都是拥有空调装置设施的，其中早期生产的CRH1型号铁路客运列车所采用的空调装置为分体式空调装置，而后期所采用的则与CRH3与CRH5型号的铁路客运列车的空调装置一样，为车顶单元式空调机组，并且配有压力波保护装置对空调进行保护。而CRH2型号的高铁客运列车所采用的空调装置则为下悬挂式空调机组装置，也配有压力波保护装置对客运列车内的空调进行保护。
2、空调列车车厢内节能方法
随着计算机技术中人工智能化的延伸不断深入，在空调系统的智能化控制模块中，利用模拟的专家系统来管理整个空调的运行与检修，将会大大地降低人工的工作量，提高空调系统自动化控制水平的效率。而且采用了全面机械化得控制系统，对于空调自身的运行、以及水流量、风流量的计算的精准性、对于故障的排查效率都上升至一个新的台阶。要想空调系统得以实现高水平的智能化、自动化，则必须要立足于整体的空调系统结构来进行优化设计。
空调装置的热负荷主要由车体隔热壁的传热、太阳辐射热、车内旅客散发的显热与潜热、新风热负荷及机电设备散发的热量组成。目前，在空调系统的设计中，主要采取以下几种途径，达到节能降耗的目的。
2.1降低车体传热系数，增强车体的隔热性能，从而减少车体传热及太阳辐射热
主要靠车体内贴保温材料来实现，但是受车体及内装结构空间影响，保温材的厚度限制，车体传热系数降低空间有限。
2.2根据载客量的多少，自动对新风量进行多档调节
为保证乘客的舒适度和健康，空调系统中最大新风量按车辆定员设定，一般按照10m3/h每人设定，传统空调系统在车辆运行过程中新风量不可调节。由于车辆在运行过程中，乘客的人数是不断变化的，不会一直满载，在乘客人数较少时，如果按照定员载荷设定值，势必造成新风热负荷的浪费。因此通过机组内的二氧化碳传感器或接受车辆载荷信号，自动对新风量进行多档风量调节，满足不同数量乘客时对应的新风量需求，即可起到新风节能的作用。新风负荷在整个空调系统热负荷中约占1/3，因为降低新风负荷对空调系统的节能意义重大，经试验，对新风可调空调机组和不可调机组的2列轨道交通列车在正常运行时的耗电量、客室内、外温度和客流量进行了测量和统计，经过对检测数据的处理和分析，采用可调新风门空调机组的列车空调节能量约为12-18%。
2.3多级能量调节
目前空调系统较多采用2压缩机两套制冷回路系统，即通过启停压缩机来实现制冷量0、50%、100%的调节。但是轨道交通尤其是城市地铁轻轨，车厢内的负荷随人流（上下班高峰期）、天气（晴天、雨天）、季节以及运行路径（高架或隧道）等波动很大，所以对空调机组的冷量需求也是经常变化的。这就需要空调机组根据热负荷的变化进行压缩机的分级控制，机组的能量调节的范围更为宽广。采用带卸载功能（非热气旁通）的压缩机，可实现制冷量0%、35%、50%、70%、85%、100%的多级调节。
带卸载功能的压缩机容量控制原理：当卸载电磁阀全部关闭时，压缩机实现全部工作能力，当一个卸载电磁阀关闭，另一个卸载电磁阀开通时，压缩机处在卸载工作状态，此时实现70%工作能力。利用压缩机的能量调节和开启关闭，可以实现空调机组多种制冷能力，本项目采用2台压缩机。但这仍然是一种不连续的调节方式，仍然不能避免压缩机的开关损耗，不能完全满足车辆负荷变化对制冷量的调节需求。同时压缩机的频繁启停造成客室内温度的波动范围较大，舒适性较差。采用热气旁通卸载方式的空调，是将压缩机排出的高压气态制冷剂经旁通阀直接排到膨胀阀的出口，即此部分制冷剂并参与热交换，不产生制冷量，因此通过热气旁通卸载的方式只调节了制冷量，输入功率却没有降低，是一种能量的浪费。
2.4采用变频空调
变频空调机组采用变频压缩机，可实现制冷能力10%-120%范围内的无级能量输出。压缩机可根据客室内的热负荷自动工作在相应的频率，当负荷减少时频率降低，压缩机低频运转不需要停机（减少压缩机开关损耗）。相比多压缩机方案通过控制压缩机的启停来维持客室温度的方法，避免了压缩机频繁启停的损耗，温度控制也更加精准。同时压缩机低频启动，大大降低了启动冲击电流，减少功率消耗。在压缩机低频运行时，制冷剂流量减小，换热器面积相对增大，压缩机容积效率提高，能效比更高，可达到3.5以上。
2.5预冷或预热
车辆设置预冷和预热功能。车辆准备投入载客运行前，由于车辆内还没有乘客，因此可以不用考虑新风进入，将新风阀关闭，回风阀全开，全回风运行，达到快速制冷或加热的目的，达到设定目标温度或设定时间自动转入正常运行。
3、结束语
综上所述，在空调列车车厢内气流组织的数值模拟及节能改造方面，我们一定要采用更加先进的理念，本文总结了空调列车车厢内气流组织的数值模拟及节能改造的基本的要求和方法，可供今后借鉴。
参考文献：
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[2]深圳市鼎峰节能环保设备有限公司.中央空调节能方案[J].建筑节能，2017（11）：76-78.