第 13 章空调系统
目录
13.1概要 (1)
13.2空调系统 (1)
13.2.1系统结构组成 (1)
13.2.2系统布置 (8)
13.2.3系统控制 (10)
13.3压力保护 (13)
13.3.1压力保护必要性及主要类型 (13)
13.4采暖系统 (14)
13.4.1采暖系统组成 (14)
13.4.2采暖系统布置 (14)
13.5照明 (15)
13.5.1内部照明系统概述 (15)
13.5.2内部照明供电及控制 (16)
13.5.3内部照明布置及安装 (17)
13.5.3.1 客室主照明 (17)
13.5.3.2 顶部射灯 (17)
13.5.3.4 阅读灯 (18)
13.6声学要求 (19)
13.6.1概述 (19)
13.7司机室环境控制概要: (22)
13.7.1空调系统 (22)
13.7.2结构结构组成 (22)
13.7.3 压力波动系统 (25)
13.7.4 司机室空调系统控制 (25)
13.7.5 司机室照明 (27)
13.8 (27)
13.8.3 应急照明 (28)
13.1概要
随着列车运行速度的提高，旅客对车辆内的温度、空气品质、空气压力的波动、噪声、照明等车内环境参数的提出了更高的要求。CRH3车为满足旅客的舒适性的要求，在车内设置了客室空调系统、司机室环境控制系统、压力保护系统、车内噪声控制系统、应急系统、照明等系统。
13.2空调系统
13.2.1系统结构组成
为了获得旅客舒适要求的空气参数，就应该采取必要的技术措施，空调系统就是主要的措施。空气调节就是把经过一定处理之后的空气，以一定方式送入车内，使车内空气的
温度、湿度、洁净度和气流速度控制在适当范围内的技术，为此客车空调装置应由通风系统、空气冷却系统、空气加热系统和自动控制系统等四个基本部分组成。而对于高速车的空调系统也不例外,并同时解决高速车存在的压力波动等问题,本章节重点介绍空调系统的结构及分布。
CRH3车依据此车的特点及结构主要由以下几部分组成：安装在车顶的单元式空调机组，安装在车顶并贯穿于整车的供风道组成和风道两侧与侧墙风道连接的软风道，空调机组两侧的新、回风混合箱、耐候格栅，安装在车下的废排单元、布置在车内的废排风道、控制系统和布置在通过台的和风扇加热器等，从而满足室内参数的要求。
CRH3车客室空调系统的制冷模式下的参数见表1：
表1：在制冷模式下的空调参数
CRH3车客室空调系统的制热模式下的参数见表2：
表2：制热模式下的空调参数
空气中)
CRH3车空调组成如图1（EC01车）：
1—顶板供风道，2—车内废排风道，3—司机室供风道 4—底架废排风道
5—客室空调机组，6—风扇加热器，7—司机室空调装置 8—中顶板
9—混合箱 10---耐候格栅 11—温度传感器
图1：空调系统布置图
整列车客室空调系统的组成及数量见表1：
表3：客室空调系统的组成
名称CRH3车型
端车中间车端车
EC01 TC02 IC03 BC05 FC05 IC06 TC02 EC08
客室单元式空调机组 1 1 1 1 1 1 1 1
混合箱 2 2 2 2 2 2 2 2
废排单元 1 1 1 1 1 1 1 1
应急逆变器 1 1 1 1 1 1 1 1
风扇加热器1000W 4 4 4 4 4 4 4 4
控制系统 1 1 1 1 1 1 1 1
温度传感器8 8 8 9 8 8 8 8
压力波传感器 1 ---- ---- ---- ---- ---- ---- 1
耐候格栅 2 2 2 2 2 2 2 2
车内供风道 1 1 1 1 1 1 1 1
废排风道 1 1 1 1 1 1 1 1
电磁阀变压器 1 1 1 1 1 1 1 1
客室空调机组采用单元式空调机组，内设压缩机、冷凝器、蒸发器、冷凝风机、蒸发风机、加热器、旁通阀、膨胀阀、压力开关、压力传感器、电动阀门、风压开关等，框架材料采用铝合金材料，并设计成流线型的外观。
13.2.1.1.1空调机组的主要参数如表4：
表4：空调机组的主要参数客室单元式空调机组的制冷量44 kW
客室单元式空调机组的制热量风道制热量35 kW (2 x 17,5) 7 kW
辅助加热器制热量 4 kW
客室单元式空调机组的新风量1305 / 1740 m3/h
客室整体空调机组的总风量 4.500 m3/h
交流电源440V / 3p / 60Hz
制冷输入的交流电源用电量27 kW
加热输入的交流电源用电量59 kW(满负荷)
直流电源110V
客室单元式空调机组的压缩机类型涡旋式
制冷剂R-134a
客室单元式空调机架材料铝
客室单元式空调机组的重量< 1000 kg
空调机组参数如下：
压缩机：
型式旋涡式
型号 ZR163M3E-TWD-551/SBP (Copeland)
电压440V 3ph
频率60 Hz
制冷剂R-134a
名义功率22 kW 图2 压缩机
功率消耗9kW
冷凝器风扇 / 电机
风机型式多叶片型轴流风机
型号 1ZL-35o
转速： 1.140 转/分钟
流量 7500 m3/h
电机型式密封型
电压440V 3ph
频率 60Hz 图3 冷凝器风扇 / 电机绝缘性Class F
保护等级IP56
冷凝器
管道/ 换热片材料：铜/铝涂层
机架不锈钢
管道3/8”直径
制冷剂R-134a 图4 冷凝器
冷凝温度：约54℃
蒸发器
管道/换热片材料：铜/铝涂层
机架不锈钢
管道1/2“直径
管路2路交叉式
制冷剂R-134a 图5 蒸发器及加热器
蒸发温度：约2℃
蒸发器风机 / 电机
风机型式：单进风离心风机
型式：前倾弯曲叶片式
转速： 1680Rpm/分钟
风量： 2250 m3/h
电机型式：密封型
电压：440V 3ph
频率：60Hz 图6 蒸发器风机 / 电机绝缘级别：F级
保护等级：IP54
加热器
型式不锈钢外壳
机架不锈钢
电压440V 3Ph 60 Hz
容量35 kW (17,5 kW + 17,5 kW)
保护等级安全自动调温器
（自动重设）
混合空气过滤器；
型式：一次性使用
等级：G3（EN779）
更换周期：60天
客室空调机组的结构及外形如图8及图9所示图7 空气过滤器
图8 空调机组内部布置图9 空调机组外形
13.2.1.2供风风道
空调系统供风管道由铝板制成，在风道的内部安装有20mm厚的保温材。供风管道除第一节消音器外，供风管道分成3部分（如图10）。在制冷模式下，大约有75％以上的风量通过中间管道输送，外侧的暖气管道输送25％。空气主要通过风道下面的出风孔及下面的调整板（此板在运行过程中不调节）后经多孔天花板通道排出。25％的暖气管道通风通过地板出口排出，并且在窗口侧可以对车厢内的温度分布进行调节。采暖或制冷模式下空气流量的转换是通过安装在消音器下方的一个可变化的薄片来实现的,而在运行过程中则无法调节。
在采暖模式下，热风主要通过2个与单独分支管道连接的外侧暖风管道供风（大约80％），其它从车顶板风道送出。暖风约70%被输送到地板区域或约30％经窗口下方送出。
10
风道
断面
图11 供风风道
13.2.1.3耐候格珊及空气混合箱
耐候格珊采用耐候的铝型材结构，见图12，内部设有空气可迅速开关的阀门以关闭和开启新风，在空调机组下部的两侧安装有铝合金材料设计并有保温结构的混合箱,混合箱的下部设有排水口，并设有安装在循环空气通风口上的蝶形阀是用来控制回风和新鲜空气的混合比例。
图5 新风格珊
图12 耐候格栅
图7 混合箱
图13 混合箱
13.2.1.4 废排风道
废排风道采用铝板外部包保温材的结构，布置在车内下部车的两侧，而电器柜及卫生间等部位的排风则通过软管同风道进行连接。废排装置的断面图见图14
图14 废排风道断面
13.2.1.5 废排单元
废排单元包括一个排风机和一个位于出风口的压力保护阀。
端车上有一套带有两个抽风机的废排单元，分别排除乘客车厢和司机室的废气。如果司机室的抽风机损坏的话，可以通过控制阀替换成乘客车厢内的抽风机进行排风。
特点：
紧凑的设计
气密碳钢机架
结合紧急逆变器
为保护压力波的气动调节阀
结构见图15
图15 废排装置
13.2.2系统布置
根据空调系统的各部位的作用，空调系统的主要分布原则为：空调机组采用位于车顶部的单元式空调机组，空调机组两侧设新、回风混合箱，供风风道布置在车顶板下，顶部出风经车内地多孔顶板送出，废排风道布置在车体的两侧下部，废排单元布置在车下，回风口设在空调机组下部的靠近通过台的顶板上，系统不设回风道。
13.2.2.1空调机组
中间车一位端顶部安装单元式空调机组，头车单元式空调机组安装在二位端顶部。
空调机组为保证与车体的密封性，除空调机组本身保证气密性要求外，在空调机组周
圈与车体接触面设置密封条，而车体采用U型密封槽，迷宫式结构，空调机组与车体安装后即能保证空调机组与车体的密封性。空调机组四周的密封结构如图16所示。
图16 空调机组密封部位
13.2.2.2新回风混合箱
在空调机组下部的两侧安装混合箱,将新鲜空气和回风混合后进入空调机组，回风的通风口安装在混合箱前，安装在循环空气通风口上的蝶形阀是用来控制回风和新鲜空气的混合比例。
13.2.2.3供风管道
空调系统最主要的供风道在天花板上，为了降低噪音，在管道的第一部分设计有消音器，每个消音器管道内均安装有空气分配风门，可以根据制冷和加热模式来控制是采用车厢顶部还是地板送风，在运行过程中不进行调节。在制冷模式下，空气主要通过多孔天花板通道排出。其余一部分从暖气管道通过侧墙背面的风道经地板出口排出，并且在窗口侧可以对车厢内的温度分布进行调节。
所有列车基本的空气流量的分配状态都是一样的，但是，每节车不同区域的分布状态是由热负荷来决定供风量。
13.2.2.4排风管道系统
废排风道分布在内墙和地板之间的列车两侧，在大厅车端的进口区域将风通过车下的废排风道排出。
PIS柜通过一个排风软管直接与废排管道相连，厨房也是直接与废排系统相连。为了防止空气扩散，提供给厨房的风量一般比车厢内的少。
卫生设施通过管道连接与废排系统直接相连。目的是阻止由卫生设施排放的空气进入乘客车厢。这就从根本上阻止了产生的污染气味影响乘客。
废排管道穿过车体外壳与车下废排风道相连。通过与废排管道横向的排气单元将空气排出到大气中。
13.2.2.5废排单元
每辆车都有一套位于地板下的废排单元。排风是通过车体内的地板上的两个开口输送，从车内到位于地板下的交叉管道。然后通过集成的废排单元将其排出到大气中。
端车上有一套带有两个抽风机的废排单元也位于地板以下，其中一个排风机为客室司
机室提供排风。
13.2.2.6回风管道
回风通过顶板上空调单元的后面的一个格栅被吸入，不通过风道连接至混合箱后进入空调单元。
13.2.2.7 温度传感器
根据不同的车厢类型，HVAC 系统视需要配备有不同数目的温度传感器，用于对乘客车厢和其他车厢实施调节和控制。温度传感器分布见表4
制冷和加热要求即由这些温度传感器监控。该电子控制装置监控所有不同温度，并能依据所获得的数据选择最合适的模式，以使车辆空气得到令人舒适的调节。
表4：温度传感器分布
预冷和预热时空调系统主要由回风温度传感器来控制, 因此时废排装置不工作；
制冷和制热时空调系统主要由室内温度传感器来控制；
通过台门开启时空调系统主要由室内温度传感器来控制。
13.2.3系统控制
末端车厢和中部车厢分别安装有两种不同的控制面板。该控制系统基于一台控制所有正常功能的微处理器，如预调节、通风、制冷、加热，它还可通过MVB-总线接口为列车通讯网络提供信息。
该开关装置控制面板由西门子提供，并包含所有必要元件（电流接触器、继电器、断路器，等等），其用于管理乘客车厢和驾驶室 HVAC 系统的各种工作模式。
控制器获取不同传感器发送的温度信号后，即发出必要命令，触发各种特定情况下涉及的必要元件，以便在给定时间内获得车厢温度设置点。
系统监控和故障诊断由微处理器提供给一个可借助笔记本电脑和适当软件（由 Merak 开发）来访问的 RS 232 输出端。
而且，该电子控制器还执行一些其他的操作，如在内存中储存压缩机电机的工作次数，记录主要温度数据，以供将来维护和检验设备性能之用。
内存中储存的数据可以通过安装有专门为进行适当预防性维护而开发的应用软件的笔记本电脑读取并处理。
空调控制系统安装在车内的控制柜内，它基本上包括空调控制单元，相关的单元接口以及控制继电器。所有交流接触器和断路器等相关的电子设备都集成在位于车下的一个箱子内。
操作模式按如下几种分别介绍如下:
13.2.3.1空调开（标准模式）
通过司机的人机界面（MMI）或列车员的人机界面（MMI）可以打开“空调开”模式。通过MMI，可以打开一辆车或所有车的空调系统。
空调系统可以对每辆车的内部温度进行自动调节，来达到受控的温度设定点。
只有在“空调开”的模式下才能实施供风和混合空气的模式。
13.2.3.2空调关
空调系统通过司机的MMI或列车员的MMI转换成“空调关”模式。通过MMI，可以关闭一辆车或所有车的空调系统。
整个通风，采暖和空调系统都被关闭。电动车组内的温度依据外部条件能够升高或降低。当有足够的电源电压时，空调系统可以继续监控电空车组外部和内部的温度。
13.2.3.3空调的紧急状态关闭
空调系统通过司机的MMI或列车员的MMI转换成“空调紧急状态关闭”模式。通过MMI，将会关闭所有车的空调系统。
整个通风，采暖和空调系统都被关闭。
13.2.3.4霜冻防护
霜冻防护只有当Text <3℃时才通连。这个模式当Text>6℃或者当需要另外的模式时终止。加热器接通避免局部区域冻结。
图17 显示这种模式的运行方法。
图17 霜冻防护模式
如果当加热器运转和对应区域温度超过设定值时，控制器切断加热器以避免内部过热.当系统是HVAC关闭状态时，区域的设定值是7oC.
加热器以脉宽调制周期运转.防护和故障反馈要符合下面对应部分的规定。
13.2.3.5高温防护
这个模式当Tia >40oC时启动。然后HVAC制冷工作以保护车厢内部元件。
如果出现440VAC 低压，外部调节器(新鲜空气和排气)关闭和只有回风空气经过蒸发器盘管。
如果没出现440VAC 低压，新鲜空气调节器打开,压缩机不工作，只有排气风扇为减少功率消耗而工作和尽可能地冷却内部。
控制器调节冷却装置开关以保持Tia<35oC或者要求其他模式。
图18 显示这种模式的运行方法。
图18 高温保护方式
13.2.3.6稳定的就绪状态
为了保存能量，每辆车的空调系统都设置为低温度状态。依据外界温度系统可以处于加热（恒温）或冷却（恒冷）状态。
13.2.3.7在隧道内时空调系统的动作
当列车保护系统提示列车要进入隧道时,直到通过隧道之前空调系统一直处于完全的回风模式,这时候,关闭压力保护阀门.
13.2.3.8在清洗运行时空调系统的动作
当要求进行清洗运行和检查采暖器的冷却关闭状态时，空调控制系统将要关闭空调单元所有的采暖器，并且关闭所有的压力保护阀。这样可以阻止水通过通风孔进入。
13.2.3.9在电源低于440VAC时空调系统的动作
当440VAC辅助供电电压失效时，将会启动蓄电池运行于“紧急通风”模式。
13.2.3.10运行
空调系统通过列车员的MMI进行操控，除了选择运行模式外，也可以对每辆车的温度设定值进行调整，调整范围是± 2K。
13.3压力保护
13.3.1压力保护必要性及主要类型
13.3.1.1压力保护必要性
新风入口和废排出口必须设计成可以阻止外部压力波通过管道系统渗透到车内，以保证乘客的舒适度以及车内各种设备的安全运行。
13.3.1.2压力保护的主要类型
1）如果列车保护系统预先设置通知隧道的信号，自检测压力保护就具有一个从外部获得进隧道和出隧道信号的监控功能。如果隧道信号失效，客室仍可以通过压力波探测来进行保护。当列车保护系统提示列车要进入隧道时,直到通过隧道之前空调系统一直处于完全的回风模式。这时候,压力保护阀门处于关闭状态。
2）当要求进行清洗运行和检查加热器的冷却关闭状态时，空调控制系统将要关闭单元式空调机组中所有激活的加热器，并且关闭所有的压力保护阀。这样可以阻止水通过新风口进入。当没有关闭所有的压力保护阀时，在人机对话屏上将会显示相应的诊断信息和提示“不允许进行清洗运行” 。
13.3.2压力保护结构原理及组成
在CRH3型高速动车组中，空调系统采用一个被动式压力保护系统。系统使用快速动作的压力保护阀隔离送风风道，当压力保护被触发，阀门打开，空调进入全回风模式。当压力保护阀重新打开后，新风量提高，室内CO2含量就会迅速下降。CRH3高速动车组压力保护系统示意图见图19。
图19 压力保护系统示意图
压力波保护系统设计用于在列车通过隧道或高速行驶的两列车会车时，保护乘客免受车内压力变化的影响。
压力控制系统由以下部分组成：
4个位于末端车厢前部的压力波传感器，每侧各1个。这意味着每节末端车厢两个传感器，每列车共计四个传感器。
2 个位于末端车厢控制面板内部的电子控制卡（每列车两张控制卡）。
安装在所有车厢中的快速反应新鲜空气入口和排气出口风门
安装在末端车厢（EC01 & EC08）中的左气动风门含有驾驶室风门。
压力波传感器与相应的控制卡以电气方式连接。只有这样，压力波控制卡方可记录较高的外部压力变化，处理信息并将电气信号发送给排气与新鲜空气风门的机械促动器，以便迅速关闭风门。
压力波控制卡产生一个+Vdc输出信号。该信号通过与列车中所有车厢的排气和新鲜空气风门促动器互连的电线传递，以最大化缩短响应时间。
该信号还通知 HVAC 控制器将这种状态作为数字输入进行处理。
13.4采暖系统
13.4.1采暖系统组成
采暖系统包括设置在空调机组内的加热器及风道内加热器和走廊通过台风扇加热器。
13.4.2采暖系统布置
13.4.2.1 空调机组内布置35KW的管式加热器，具体参数见空调机组参数。
13.4.2.2 风道内的加热器布置见表5
表5 风道内的加热器
会断开加热器，并在温度降低到安全工作限度（69°C）内时重新接通加热器。
此外，当温度达到 107°C 时，一个次级安全开关将断开加热器，并且必须手工复位。
13.4.2.3 风扇加热器
为了在附件区域达到最佳温度，根据车厢类型配备了一组风扇式加热器。所有这些加热器均由一台离心式风扇和一台电空气加热器组成,加热器功率1KW。具体分布见表6
表6 风扇加热器布置
参见13.2.3 空调系统控制
13.5照明
13.5.1内部照明系统概述
内部照明的目的就是照亮整个车厢，为旅客和工作人员提供旅途生活和工作所必须照明。内部照明按区域分为客室照明（行李架灯带）、一等车（FC05）及头车（EC01/EC08）休闲区各座席的单个阅读灯，餐车厨房顶灯，还包括其它区域（通过台、卫生间、走廊、司机室、乘客服务区）的顶部射灯以及餐车吧区特殊装饰灯。按功能可分为主照明、应急照明，阅读灯是主照明的一部分。下面为CRH3各车的内部照明布局图。
EC01/EC08内部照明布局图13.5-1
TC02/TC07内部照明布局图13.5-2