前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的谈悬挂式单轨列车空调系统设计分析，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要:根据国内现有悬挂式单轨列车多存在的客室温、湿度波动大以及温度控制不准确等问题。从悬挂式单轨列车运营特点出发，介绍了该型列车空调系统设计选型的特殊性，重点探讨了在车厢内外环境波动、潮汐客流等影响下的列车空调系统设计选型。
关键词:悬挂式单轨列车;空调系统;设计选型;潮汐客流
0引言
悬挂式单轨交通又名“空轨”“空铁”，属于轻轨铁路的一种，具有噪声低、爬坡能力强、转弯半径小、快速便捷、占地少、造价低、利于环境保护等优点，是现代化城市快速轨道立体交通的一种新形式。
1空轨交通系统特点
区别于其他轨交系统，空轨运用场景、运行场合、建设区位与传统轨道交通明显不同，具有鲜明的运营特点。
1)空轨轨道梁为全高架铺设(车辆悬空运行)，为实现沿途观光，满足乘客大范围、多角度观景需求，空轨车体通常预留大面积玻璃空间，玻璃占比示意如图1所示。车厢内部舒适性受外部环境温、湿度波动直接影响，尤其受全天太阳辐射热波动影响较大。以武汉全天太阳辐射强度逐时值为例，如表1所示。
2)作为一种中、低运量的新型公共交通方式，空轨“公共交通线”主要规划、建设适用于特大都市延长线、郊区线，高铁、城际铁路、机场、码头联络线，国内三、四线城市轨道交通干线等，受节假日、工作日上班时间影响，潮汐客流异常明显。“景区线”受淡、旺季的影响，实际运营同样受人数波动影响较大。以国内某在建空轨景区线项目为例。项目根据实际情况，分淡季、旺季和节假日预测客流，相关客流指标分析结果如表2的所示。分析结果表明，空轨的实际运营受全年潮汐客流明显影响，且成熟空轨交通系统须同时满足景区初、远期使用需求，使得列车包括空调系统在内的多个系统设计存在难度。
3)悬挂式单轨列车区别于传统干线列车、地铁等，其车载设备集中布置于车顶(见图1)。由于外环境热源、车辆运行状态的波动，造成车顶各类设备散热量持续变化，易对空调机组温度调节产生干扰。以上影响因素均对列车实际运营、维护，厢内环境舒适度保持带来巨大挑战。
2基于车厢内外环境动态波动下的空调机组设计选型
列车空调是实现车内舒适性指标的核心部件，设计过程受人体舒适性指标指导。人体的舒适性指标参照美国供暖、制冷与空调工程师学会手册，该设计标准适用于活动量小、风速相对较低的环境，可作为城市轨道交通车辆内温度控制的舒适性指标;同时参考GB9673－1996《公共交通工具卫生标准》等相关要求，指导参数确认过程。
2．1列车空调系统制冷功率计算
空调系统制冷量计算是产品定型的关键，设计过程参照TB1951－87《客车空调设计参数》、TB/T1957－91《铁路空调客车热工计算方法》等标准。车辆空调装置制冷量用于平衡列车客室内热负荷(包含新风热负荷)。通常情况下，在车厢空气参数确定后，所需的有效制冷量大小主要根据外气参数、车体传热系数、车内人数及新风量等，设计有效制冷量以实现车厢内部舒适性需求。以国内某空轨线为例，定员数量、太阳辐射热对车辆额定制冷量总需求起决定性作用，两者占比逾80%。传统轨道列车车厢内环境相对稳定，参数确认往往只需要完成额定工况静态计算。由于空轨具备的上述特点，为实现车厢内环境高品质，在完成额定工况计算的同时，须考虑车厢内外环境动态波动(太阳辐射热、潮汐客流波动等)对车内乘客舒适性的影响。
2．2空调机组定型设计
悬挂式单轨列车车型具有车厢小型化、大量车载设备布置于车厢顶部的特点。以湖北某在建空轨项目为例(见图1)，因此，空调机组设计须满足小型化、集成化特点，应采用新风装置、应急通风装置集成于空调机组内部的单元式空调。
2．3内外环境动态波动下的空调机组核心部件设计选型
针对空轨交通系统的运行特点，整车受全天太阳热辐射以及温、湿度波动影响，同时车厢内部受到全年、全天潮汐客流的影响，车厢内外热源波动巨大。空调机组核心部件须适应大范围调节的条件。
2.3.1压缩机频率对车内温、湿度的影响
压缩机作为空调机组的核心部件，其性能优劣直接影响车内温、湿度控制。根据悬挂式单轨列车全天热影响因素波动情况，空轨空调系统运行长时间处于非额定制冷量工况，且全天多时段出现严重偏离的状态。图2为不同压缩机运行频率下的客室温度偏差。以国内某空轨试验线测试数据为例，模拟项目初期、近期非节假日车辆运行:外环境温度33℃，相对湿度57%，测试模式AW0工况，模拟压缩机不同频率的运行，结果表明:压缩机运行频率越低，车厢内部温度控制越准确。进一步证明了压缩机大范围、多频率控制的必要性。
2.3.2通风机频率对车内温、湿度的影响
空调机组通风机是为客室输送干净、舒适空气的重要部件。根据空轨的运营特点，车厢内外热负荷波动明显，人体的舒适度指标同时受到环境温度、气流速度影响。以恩施项目客流研究为例，淡旺季、节假日的客流波动可达数十倍。因此，根据车内外热负荷波动，实现自动调节风量功能的变风量通风机更适合悬挂式单轨列车空调系统。采用试验验证，试验现场车外温度28℃，相对湿度98%，测试模式AW0工况，压缩机低频率运行，通风机额定风量运行，车内出现温、湿度失控的情况，实测温度严重偏离设定温度。根据出现情况进行现场测试调整:方案一，调整压缩机频率至最低运行频率，发现温度控制偏差仍然存在;方案二，调整压缩机运行频率的同时，降低通风机的风量，试验结果如图3所示，车厢内温度控制精确度明显提升。由此得出，为满足空轨列车车厢内外热负荷大范围波动的情况，空调系统应在设计阶段考虑列车总风量可调节，满足车内温、湿度控制需求。
2.3.3通风机频率对车内噪声的影响
作为客室内部设备噪声的主要来源，通风机运行频率的高低直接影响车厢内部整体噪声等级。通风机根据客室人数波动自动调节通风量，可进一步提升空轨列车车内舒适度。以中铁科工试验线测试数据为例，根据GB14892－2016相应要求进行试验，通风机分别以19Hz和15Hz运行，对应噪声数据依次为66dB和61dB，客室内舒适度提升明显。图4专用声学测试分析系统现场噪声试验机组其余部件根据空调系统实际使用情况配套设计。
3结语
空轨作为轨道交通系统的一种，其明显区别于干线列车、地铁等其他车型。空调系统作为空轨车辆核心部件之一，对保证车厢内部环境、乘坐的舒适性及乘客乘坐的安全性起着重要的作用。空调机组的设计须根据空轨的运营特点进行针对性的调整，最大化实现客室内环境高品质。
作者：张翔 单位：中铁工程机械研究设计院有限公司