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高速列车空调系统能耗的影响因素研究

马子懿  
【摘要】:随着我国经济的发展,城市规模的不断扩大,铁路网的加速更新,人们对出行方式的选择已不再局限于汽车、客车及飞机。地铁、城际列车及高速列车已成为人们出行的欣然选择。高速列车较于其他交通工具,其运行速度快、运行线路长、运行期间气象参数变化大,对空调系统的要求(防震性能、对外界环境适应性及压力的调控)也较其余交通工具高。我国原铁道部标准(TB1951-87)规定了列车空调系统的室外设计参数。设计人员基于这些参数等,计算出高速列车稳态空调负荷,并将负荷的计算值作为列车空调系统设计的基础。但是,这样计算出的稳态空调负荷是无法准确反映实际运行空调负荷的,计算结果大部分偏离实际运行参数,列车空调系统能耗整体偏高,造成能源的浪费。因此,对实际运行线路高速列车的空调负荷进行动态计算是十分必要的,对高速列车空调系统进行能耗分析也是十分必要的。本文基于暖通空调基本原理,结合高速列车结构及运行特点、TRNSYS模拟软件,建立高速列车空调系统全线路空调负荷及能耗计算模型,分析变室外环境下空调系统能耗规律。通过计算、分析得出:影响空调系统能耗的主要因素由人员、车厢温度设定值、室外气象参数构成。通过改变因素水平,分析空调系统能耗变化,提出节能优化措施。首先参考《中国建筑标准气象数据库》七月标准日气象数据,建立京广线高速列车沿线气象参数计算模型。在此基础上,结合原铁道部标准(TB1951-87)及高速列车运行特点,通过理论计算,得出京广线高速列车全线路空调动态冷负荷。结果表明,总冷负荷变化与新风冷负荷变化趋势几乎相同,而室外参数是影响新风负荷的重要因素。然后运用制冷原理,采用图解法分析影响高速列车空调系统制冷机组性能系数?的因素,即不同蒸发器、冷凝器空气侧进口空气温度及空调负荷率等因素对制冷机组性能系数?的影响。且给出实际情况下,制冷机组性能系数?的修正方法,定量分析不同室外参数变化及室内参数变化对制冷机组性能系数?的影响程度。最后构造TRNSYS能耗模型,模拟多种工况下高速列车空调系统能耗结果,并利用实测结果验证典型工况下模拟结果的准确性。采用单因素方差分析及正交实验的方法,分析各因素对空调系统能耗影响程度,并分析出满足人员热舒适的前提下降低空调系统能耗的室内参数设置范围。研究结果表明:室外环境参数对高速列车空调系统能耗的影响不仅仅体现在车厢冷负荷中,同样也体现在空调系统制冷机组性能系数?上(即影响蒸发器、冷凝器空气侧进口空气温度、压缩机负载率等,从而影响空调系统制冷机组性能系数?的大小)。室外环境参数变化对空调系统影响的效果是显著的,但是人为可控的只有室内温度参数的设置。在可控范围内,将室内温度范围维持在26~28℃时,既满足了人员热舒适要求同时也达到节能的目的。在文章最后,给出空调系统的控制策略,如采用变频空调等,在满足节能要求的前提下,控制室内温度波动。


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