李剑

广州地铁4号线车辆空调系统

李剑

介绍广州地铁4号线车辆空调系统的主要特点、技术参数、控制方式，并介绍空调机组、通风系统等的主要结构。

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广州地铁4号线车辆是我国首次使用直线电机的车辆，车辆按照广州地铁与联合体确定的技术条件生产，列车为4辆编组，每辆车安装2台车顶单元式空调机组及1台排气装置，车内设有静压式送风道、风口及操作控制面板等，空调控制柜安装在车体底架下。

空调系统的设计考虑地铁车辆的运用条件，并采用很多新技术，特点如下。

（1）制冷量可以实现多级能量调节，舒适性及节能效果明显；

（2）新风量可根据载客量自动调节，在满足舒适性条件下起到节能的效果；

（3）送风道为静压式均匀送风道，使送风更均匀；

（4）客室内采用沿顶板两侧纵贯全车的条缝式送风口，无送风死角；

（5）空调系统采用微机控制并具有故障诊断功能，工作可靠稳定；

（6）具有紧急通风功能，当车辆交流供电失效后，蓄电池通过紧急通风逆变器向通风机及排气风机供电，向车内输入新鲜空气并排出废气，保障乘客健康和安全；

（7）制冷剂采用R407C，符合环保要求；

（8）司机室风量和送风方向可以人工调节，适应不同人员的需要。

1 空调系统主要技术参数

1.1 车内空气参数

客室和司机室设计最高温度为26 ℃，相对湿度最大为65%。客室的温度设定可以调节，调节范围为19～26 ℃，调节方法有如下两种。

（1）通过列车监控系统在司机室设定，调节范围为19～26 ℃；

（2）通过每节车空调控制系统自动设定，遵循UIC 553标准。

1.2 车外空气计算参数

计算温度：地面33．5 ℃，隧道35 ℃，相对湿度67%。

太阳辐射强度：按广州当地14：00的太阳辐射强度。

1.3 其他参数

当空调机组运行且所有车门关闭时，客室内的正压为30～50 Pa。整车通风量为8 000 m3/h，紧急通风量保证每节车的新风量不低于最大载荷下每人10 m3/h（即总3 520 m3/h）。乘客停留区的平均微风速为0．4～0．5 m/s。司机室通风机风量分3档。客室内任意两点间沿高度和长度方向的温度差不大于3 ℃。

2 通风

正常运转时，每节车总风量不低于8 000 m3/h。每节车的新风量及废排风量分档控制，空调控制器接收列车监控系统发出的载客量信号，调节新风阀和废排风阀的开度，实现风量分档调节。

中间车的通风风道见图1，新风通过新风过滤器进入空调机组内，与从客室来的通过回风过滤器的循环空气混合，经空调机组蒸发器冷却后，由通风机送入主风道。主风道的空气通过侧壁的条缝进入两侧的均压风道，再通过条缝式送风口送入客室内，条缝式送风口见图2。在客室顶板空调机组下部设有格栅式回风口，在排气装置下部设有格栅式排风口，送入客室的空调风一部分由回风口回到空调机组进行再循环，一部分通过排气装置排到车外，新风、废排风量匹配，以维持车内的正压。

头车的通风风道与中间车基本相同，仅在靠近司机室的空调风道端部有1支风道通向司机室顶部，送风由司机室通风机可调节风量及送风方向的风口进入司机室，送风量3档可调，司机室回风通过司机室与客室隔门下部的格栅式风口进入客室，以进行再循环。

图1 中间车空调通风风道布置

图2 条缝式送风口

车辆设有紧急通风功能，当车辆交流供电失效后，蓄电池通过紧急通风逆变器向通风机及排气风机供电，向车内输入新鲜空气并排出废气。

风道采用铝合金板制成，为减小风道通风噪声，保温材料粘贴在风道内部，风道连接处采用弹性密封垫，确保风道连接处的密封性能。

3 空调机组

3.1 主要技术参数

制冷量：35 kW；

电源：主回路为3相380 V±5%、50 Hz（辅助逆变器供电），控制回路为DC 110 V±5%紧急通风及空调控制器，AC 220 V±5%主电路接触器及电磁阀；

额定输入功率：约16．8 kW；

循环风量：约4 000 m3/h；

新风量：1 300 m3/h（可随载客量变化）；

紧急通风量：不小于1 760 m3/h；

冷媒：R407C；

电气防护等级：机组外为IP65；机组内为IP56；

外形尺寸：3 500 mm×1 830 mm×330 mm；

质量：约640 kg。

3.2 结构

机组为下送风、下回风方式。机组框架采用不锈钢制造，机组内部分3个腔，蒸发腔内有通风机、蒸发器、节流毛细管、新风阀、新风过滤器、回风阀等，压缩机腔有制冷压缩机、气液分离器、卸载电磁阀、旁通电磁阀、干燥过滤器、视液镜、高压压力开关及低压压力开关、逆止阀等，冷凝腔内有冷凝风机、冷凝器等部件。制冷原理见图3。

空调机组安装于车顶上，位于车体中部，空调机组与车体之间采用减振器连接，空调机组的送、回风口采用橡胶条压接密封结构，确保安装连接的方便及可靠。

空调机组的冷凝水排放口采用防逆水的反水弯形式，以克服蒸发腔内负压，使冷凝水能顺利排放。

3.2.1 制冷压缩机

压缩机采用日本三菱电机公司生产的ZEN117YZA-C型卧式全封闭涡旋压缩机，其主要技术参数如下。

输入功率：约6．4 kW；

电流：约10．8 A；

排气量：117．2 cc/rev；

转速：2 900 r/min；

线圈电阻：约1．54 Ω（20 ℃）；

绝缘等级：E级；

推荐保护值：16 A；

质量：55 kg（无油）。

该压缩机配有能量调节功能，调节原理见图4。

容量控制电磁阀可配合压缩机内能量调节机构控制压缩机的容量，通过2个电磁阀的开闭，进行全运转及控制容量运转（约70%）的切换。当打开高压侧（SV12）关闭低压侧时（SV13），为全运转状态；当打开低压侧（SV13）关闭高压侧（SV12）时为容量控制运转状态（约70%）。

3.2.2 其他部件

空调机组的箱体和盖板全部采用SUS304不锈钢板制成。空调机组的冷风出口在机组前端下部，回风口在机组底部，回风口处装有回风风阀。新风口设在机组的两侧，采用防水结构，以防止雨水进入机组内，新风出口处设有新风风阀及新风滤尘网。空调机组的盖板为铰接形式并设快开锁紧固，可方便进行滤尘网的更换。

图3 制冷原理

图4 压缩机容量调节原理

4 排气装置

4.1 主要技术参数

电源：3相380 V±5%、50 Hz（辅助逆变器供电）；

额定输入功率：约0．7 kW；

风量：正常工作情况下为2 600 m3/h（可随载客量变化），紧急通风情况下为3 520 m3/h ；

外形尺寸：1 150 mm×1 830 mm×330 mm；

质量：约145 kg。

4.2 结构

机组为下进风两侧排风方式。机组框架采用不锈钢制造，排气装置的主要部件包括离心风机、排气风阀及湿度传感器等。

排气装置安装于车顶上，位于车顶两台空调机之间，与车体之间采用减振器连接，底部进风口与车体之间采用橡胶条压接密封结构，确保安装连接的方便及可靠。

排气装置的箱体和盖板全部采用SUS304不锈钢板制成。排气装置的进风口在机组的下部，排风口设在机组的两侧，采用有效的防水结构，可防止雨水进入机组内，排风出口处装有排风风阀，与空调机组的新风风阀同步调节，根据载客量进行排风量的调整。

5 司机室通风机

5.1 主要技术参数

电源： 单相220 V、50 Hz；

额定输入功率：约0．12 kW；

风量：645、400、200 m3/h （3档可调）；

外形尺寸：660 mm×560 mm×250 mm；

质量：约27 kg。

5.2 结构

司机室通风机各零部件组装在一个不锈钢板制成的箱体内，主要部件包括离心风机、可调节送风口、风量调节旋钮及电气控制部分。

司机室通风机安装于司机室内装顶板以上，其底部朝向司机室，以方便操作位于底部的风量控制旋钮及可调节风口。

6 空调控制柜

6.1 主要技术参数

电源：主回路为3相380 V±5%、50 Hz（辅助逆变器供电）；

控制回路为DC 110 V±5% 紧急通风及空调控制器；

AC 220 V±5%主电路接触器及电磁阀；

主体外形尺寸：约1 300 mm×645 mm×240 mm；

质量：约80 kg。

6.2 结构

空调控制柜主体部分吊装于车下，包括空调控制器、主回路断路器、接触器、过载保护元件等。为方便车内操作，控制面板布置在车上客室端部，包括操作按钮、显示器及通信插头等。

7 供电、控制和故障诊断

7.1 供电

从受电弓或集电靴引入的DC 1 500 V电源经列车辅助供电系统转换成三相380 V、50 Hz交流电及单相220 V、50 Hz交流电后，供给空调机组及空调控制器。

当交流供电失效后，空调系统自动转入紧急通风状态，此时蓄电池的DC 110 V直流电经紧急逆变器转换为三相交流电，供给空调机组内的通风机及排气装置内的排风机，实现紧急通风功能。

7.2 控制和故障诊断

空调系统通过车上空调控制面板设置、传感器温度检测、控制器及执行器的动作自动实现通风、50%制冷、70%制冷、85%制冷、100%制冷、预冷等功能。

空调控制器通过与列车监控系统、车上空调控制面板、便携式测试装置（PTU）的通信实现对控制系统的监控和信息传递。空调控制器设有两个RS485通信口，其中一个通信口引到车上控制面板，正常使用时与显示器常接，需要使用PTU时将显示器插头拔下，将PTU的电缆插头插上即可。另一个RS485通信口用于与列车监控系统通信。

控制模式分自动、试验、关断3档，均由操作车上控制面板显示器的按键来实现。试验和关断位优先于自动，如选择“试验”或“关断”，则“自动”时的所有功能失效。

司机室设有4个硬线按钮，分别定义为：开启整列车空调、仅开启列车头端空调、关闭整列车空调或列车头端空调、新风口及排风口关闭。其中前2个按钮均由第3个按钮复位。

空调控制器可根据载客量信号调节新风阀和废排风阀的开度，实现风量调节功能。

通过网络接口，可实现由列车总线对空调机组的远程监控和集中管理，保证机组的正常运行状态、停机和可靠的运行保护，并可查询空调系统的有关信息。

当发生故障时，空调控制区能够将具体故障内容及相关信息通过车辆总线传送至列车监控系统，也可通过串行接口用PTU读取。

李剑：南车青岛四方机车车辆股份有限公司，高级工程 师，山东 青岛，266111

责任编辑苑晓蒙

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