地铁空调国内外产品技术发展现状分析

第一节 地铁空调国内产品技术发展进程

现代社会下面临着越来越多的能源危机，建筑节能已越来越受到重视，空调系统的能耗约占一栋商业大厦总能耗的40﹪以上。一般来说，空调系统各部分设备的功率是按照楼宇最大冷负荷及新风量设计的，而在实际使用过程中，由于季节、昼夜和用户负荷的变化，空调热负载在绝大部分时间内远比设计负载低。因此，通过对楼宇内、外环境温湿度、冷冻水供回水温度、压差、冷却水供回水温度、楼宇内空气口质等参数进行检测和计算，再根据对楼宇热惯性的预测，使用计算机控制系统对工艺参数进行调整并对空调设备进行优化启停，使空调系统高效、节能地运行，将产生明显的经济效果。而在目前应用的系统中，往往偏重于设备的运行管理，控制方式基本上采用多个回路的PID控制，对于象空调系统这种干扰素多、高度非线性的复杂系统，简单的PID控制往往在静、动特性上满足不了性能要求，造成空调系统运行过程中能源的浪费。智能控制理论正是针对被控制对象及其环境和任务的不确定性提出来的，在空调系统的控制领域应当具有广阔的前景。

第二节 地铁空调国内主要生产技术、工艺或流程

一、国内主要生产技术

1、变频控制技术在空调通风系统中的节能应用

地铁车辆和机电设备系统是大量消耗电能的系统。地铁的直接成本近40％是电费，而其中50％以上是空调通风系统的消耗，因此地铁车站空调通风系统的节能尤为重要。

变频控制技术在地铁空调通风系统的节能应用，在我国地铁建设史上尚属首次，将信息化节能监控技术的控制范围直接深人到地铁空调通风设备系统。本文以深圳地铁和广州地铁为依托，对地铁空调通风系统的节能，以及变频控制技术在地铁空调通风设备系统的应用进行了探讨。

变频控制技术是一种先进的信息化技术，具有节约能源、延长设备寿命、降低噪音、改善环境质量的多重作用，可以充分体现信息化改造传统工业产品的巨大潜力和释放出的生产力。从目前地铁车站空调通风系统的设计模式来看，由于近、远期客流的巨大差异，造成初期设备容量冗余过大，运行费用过高，尤其是缺少行之有效的调节手段，同时，经过多年的运行实践，证明风机既并联又串联运行时两种机型工作状态不匹配，系统调整困难，高效工作点不易确定，新风机效率较低，难以避免双机并联运行的效率降低和系统调试及维护管理的不便。

2、“节能保姆”新技术可为中国地铁系统节能30%以上

一项被称为“节能保姆”的合同能源管理新技术首次在上海地铁轨道交通系统中成功运用，经综合测试和专家评审，综合节能率达35．7％，有望使轨道“绿色交通”更加节能。

由国内合同能源管理领域龙头企业贵州汇通华城楼宇科技有限公司研究和实施的ＢＫＳ系列中央空调节能控制系统，2008年12月开始在上海地铁4号线体育馆站空调机房使用。在运行近一年后，近日上海轨道建通运营管理中心、上海隧道工程轨道交通设计研究院、北京城建设计研究总院等单位的专家，对这一项目进行了5天集中测试，系统综合节能率显著，为地铁轨道交通节能提供了有益探索。

轨道交通是城市居民出行首选交通工具，具有环境污染小、单位能耗低等特点。但轨道交通也是电力部门和公共交通中的用能大户之一，其运营能耗主要为电能，用电负荷主要包括列车牵引用电和车站及区间动力照明用电。

根据上海轨道交通运营线路的能耗统计数据分析，轨道交通总用电量中牵引用电约占50％至60％，车站及区间动力照明用电约占40％至50％。对于地下车站，其通风空调系统的能耗约占整个车站总用电量的50％至60％。因此如何挖潜降耗，突破关键技术，降低用电量大的机电系统设备能耗，是轨道交通节能重点。

二、国内主要生产工艺或流程

地铁空调机组生产工艺包括钣金件生产工业、换热器生产工艺和装配工艺三大流程，具体工艺流程如下：

钣金件生产工艺流程：

三、不同技术、工艺优缺点对比分析

1、空调机组厚度的选择

目前地铁空调机组按高度划分主要有薄型（含超薄型）和普通型两种。薄型空调厚度大约为300mm左右，而普通空调一般在450mm左右。薄型空调机组的主要优点是可降低车体限界高度，降低隧道工程量。在国外以日本应用较多，在国内北京、天津地铁由于受隧道限制，车辆高度为3510mm，所以都采用薄型空调。而其它城市地铁车辆高度都按国标控制在3800mm，大都采用非薄型空调。如果3800mm高车采用薄型空调，下部可以设置风道。

薄型空调要求采用卧式压缩机，卧式压缩机比立式压缩机要贵1万元左右。

薄型空调机组由于箱体内部空间限制，风机尺寸和风量受限制，需要增大风速来满足通风要求，会增大噪声；另外维修也不方便。卧式压缩机在车辆过弯道时容易引起油泵吸不上油而造成的瞬间断油，进而会烧毁压缩机。如加高油面，又会造成油与制冷剂混合。非薄型空调机组是欧美地铁常用空调机组，也是国内铁路常用空调机组，技术比较成熟。而在薄型空调技术和应用方面有所欠缺。

2、压缩机的选择

地铁车辆空调压缩机主要有三种，即活塞式、螺杆式和涡旋式。普通厚度空调可采用涡旋式压缩机或活塞式压缩机。活塞式压缩机是比较常用的压缩机，价格比较便宜。薄型空调可采用全封闭涡旋式或螺杆式压缩机。

全封闭涡旋式压缩机是当前最先进的制冷压缩机，在抗震动、抗液机以及频繁起停等方面具有优异的性能，特别适合于冲击和震动大的运输工具上。与其它型式的压缩机相比，具有噪声低、振动小、效率高（制冷量不大于100kW时），寿命长的特点，压缩机寿命大于50000小时。压缩机的主要由日本三菱电机和美国古龙进口，对卧式压缩机来讲，古龙不如三菱的可靠。

3、空调系统的控制

主要有两种控制思路，欧洲是采用电脑的智能化的控制方式。车内温度不是越低越好，要随环境温度变化而变化。采用UIC的标准，通过软件进行计算来获得最舒适的温度值，由微机控制自动调节。好处是司机不需要设定温度，但价格贵。

国内目前还没有这方面的标准和计算方法，所以一般不采用这种方式。如北京地铁现在是事先设定好温度，在运行当中温度保持基本恒定。

第三节 地铁空调国外产品技术发展现状

在日本,最初在铁道车辆上安装空调是在当时的特快列车上，用以调节车厢内的温、湿度，以提高乘坐舒适度,至今已有50多年的历史。当时,开发有各种各样的空调，但直到1964年东京奥运会开幕之前，才在东海道新干线整列车上安装空调装置，当时将空调安装在车顶，近来，随着列车的高速化，空调几乎都安装在车辆地板下。日本东武铁道100系新型特快列车专用的新型空调系统：为了在一年四季都不使空调机闲置，采用热泵式空调机，并装用了变压变频能量调节装置，以便根据空调负荷精确地调节空调机的能量。这种热泵可在-20℃的情况下起动、运转。另外，为弥补低温时的能量不足，以及在梅雨期进行除湿时不致过冷，空调装置内还安装了PTC加热器。1970年起，通勤车上也开始安装空调，从而大大改善了上、下班高峰时的车内环境。在车辆的车顶上设置1台，空调控制器设置在空调附近的顶棚部，省略了与空调装置连接的配线。此外，运用模糊推论、年度全自动功能、加热除湿功能等，根据季节与乘客的状况进行控制。其缺点是：首先车辆顶部受到车辆限界的限制，其安装空间有限，其次是使车辆的重心提高，不利于高速化。

第四节 地铁空调国内外产品技术对比评价
 

目前国内轨道车辆空调行业的主要标准

国外车辆空调的主要设计依据有
 

目前国内空调领域标准的不足主要表现在

1、车内舒适性指导参数不足

一般国内的做法是，给定车内的设定温度和湿度。但是，国外的做法是车内温度随着车外温度的变化而变化。也就是说，当车外温高时车内设定温度也相应提高。这样的好处是，乘客进出车辆时不觉得温差变化太大，从而不会带来身体上的不适。

2、电磁兼容方面做的不够

可以说，以前普通车辆空调机组的控制柜几乎没有进行过电磁兼容实验，因为国内车辆空调行业发展之初就没有要求，所以一直延续下来。

3、空调用元件方面的标准不足

例如：目前车辆厂对空调机组非金属材料只要求氧指数大于30，在燃烧时产生的毒气含量上并没有具体规定，前面第一部分安全性能方面已经提到过这方面的问题。目前地铁和轻轨领域大量采用欧洲标准如德国DIN5510-2,法国NFF16101和NFF16102,美国UL94等标准对非金属材料进行要求。

其它如风机电机、保温材料、系统管路的铜管等，都普遍存在着缺乏专用标准的问题。

4、国内空调行业其它方面的不足

国外空调行业多以项目管理的方式来进行，每一个项目从收到邀请函以后，需要提交大量的文件资料，包括MTBF（平均无故障时间）计算、公司结构、质量保证计划、项目进展计划，软件质量计划，非金属材料清单、实验计划、首件鉴定等一些列的叫做“质量里程碑”的文件。

国内一般相对简单，一般在得到订单后试制，通过必要的试验验收后交货即可，没有象国外一样进行大量的文件工作。这也是我们应该向国外学习的地方。

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