高速动车组空调系统设计培训

1、HIGH SPEED TRAIN FOR CHINA CRH3HVAC SYSTEM BY MERAKCRH3 中国高速车空调系统中国高速车空调系统2Topic 1Topic 2Design Project Team 设计项目组Agenda 议程议程Topic 3Introduction 介绍介绍Design conditions and system main data 设计条件和系统主要数据Topic 4Proposed HVAC system 建议性的空调机组系统The Introduction of the Scope of supply 供应范围介绍Topic 5Design too

2、ls 设计工具Topic 6Conclusions 总结Topic 73Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC)4References in High Speed 高速铁路的经验高速铁路的经验Speed of 300 Km/h or higher时速时速300公里公里/小时或更高小时或更高nAlstom AVE Madrid-SevillanAlstom TGV KoreanAlstom TGV Duplex FrancenSiemens AVE S-103nTalgo S-350Speed up to 300 Km/h时速时速300公里

3、公里/小时以下小时以下n Alstom TAV S-104n Talgo S-7n CAF Bravan REGINAn X-2000 China5TGV SPAIN - AVETGV FRANCE DUPLEX6TGV KOREA - KTXLANZADERA S1047VELARO-E S-103TALGO XXI S78TALGO 350BRAVA CAF9Topic 1Topic 2Design Project Team 设计项目组设计项目组Agenda 议程议程Topic 3Introduction 介绍Design conditions and system main data设计

4、条件和系统主要数据Topic 4Proposed HVAC system建议性的空调机组系统The Introduction of the Scope of supply 供应范围介绍Topic 5Design tools 设计工具Topic 6Conclusions 总结Topic 710Hardware Manger硬件经理CRH3 Project Technical LeaderCRH3Software Manager软件经理QA Engineer质量保证工程师Project Coordinator项目协调Project Designer Leader项目设计组组长Software As

5、sistants软件助理Hardware Assistants硬件助理 Design Assistants设计助理Equipment Design Leader空调设备设计组长Pro-E Design AssistantPro-E 设计助理 Ducting Design Leader风道设计组长Design Assistants设计助理Mechanical Engineers 机械工程师DESIGN PROJECT TEAM FOR CRH3 HVAC:CRH3空调机组设计项目组空调机组设计项目组11Topic 1Topic 2Design Project Team 设计项目组Agenda 议

6、程议程 Topic 3Introduction 介绍Design conditions and system main data 设计条件和系统主要数据设计条件和系统主要数据Topic 4Proposed HVAC system 建议性的空调机组The Introduction of the Scope of supply 供应范围介绍Topic 5Design tools 设计工具Topic 6Conclusions 总结Topic 712Air Volumes and Cooling/Heating Capacities per car每节车厢的气流量和制冷每节车厢的气流量和制冷 / 制热

7、量制热量Psychrometric Data 数据数据NUMBER OF PASSENGER乘客数量DRY BULB EXTERIOR TEMP. C外部干球温度RELATIVE HUMIDITY % RH EXTERIOR外部相对湿度 DRY BULB INTERIOR TEMP. C内部干球温度RELATIVE HUMIDITY % RH INTERIOR内部相对湿度COOLING制冷HEATING制热COOLING制冷HEATING制热COOLING制冷HEATING制热COOLING制冷HEATING制热8735-2050-2522Max. 58-COOLING CAPACITY (k

8、W)制冷量（千瓦）HEATING CAPACITY (kW)制热量（千瓦）FRESH AIR FLOW PER PASSENGER (m/h)每节车新风流量（立方米/小时）TOTALFRESH AIR FLOW (m/h)总新风流量（立方米/小时）TOTAL RETURN AIR FLOW (m/h)总回流新风量（立方米/小时）TOTAL AIR FLOW (m/h)总风流量（立方米/小时） Te +26C43,536,7181.6002.9004.500 - 5C Te +26C201.7402.7604.500 - 20C Te -5 C151.3001.2002.500Emergency

9、 operation-850-850DESIGN CONDITIONS 设计条件设计条件:13Cooling capacity Saloon Compact Unit 客室整体式空调机组的制冷量客室整体式空调机组的制冷量Cooling capacity Cabin Split Unit 驾驶室分体式空调机组的制冷量驾驶室分体式空调机组的制冷量44 kW5 kWHeating capacity Saloon Compact Unit 客室整体式空调机组的制热量客室整体式空调机组的制热量Heating capacity in Ducting 风道制热量风道制热量Heating capacity C

10、abin Split Unit 驾驶室分体式空调机组的制热量驾驶室分体式空调机组的制热量35 kW (2 x 17,5) 7 kW5 kWFloor Heating capacity in fan-heaters 地板加热器制热量地板加热器制热量4 kWFresh air flow Saloon Compact Unit 客室整体空调机组的新风量客室整体空调机组的新风量Fresh air flow Cabin Split Unit 驾驶室分体空调机组的新风流量驾驶室分体空调机组的新风流量1.300 / 1.740 m/h120 m/hTotal air flow Saloon Compact

11、Unit 客室整体空调机组的总风量客室整体空调机组的总风量Total air flow Cabin Split Unit 驾驶室分体空调机组的总风量驾驶室分体空调机组的总风量4.500 m/h800 m/hAC power supply 交流电源交流电源440V / 3p / 60Hz AC power input in cooling 输入制冷的交流电源输入制冷的交流电源27 kWAC power input in heating 输入加热的交流电源输入加热的交流电源59 kW full loadDC power supply 直流电源直流电源110V Saloon Compact Unit

12、 unit compressor Type 客室整体式空调机组的压缩机类型客室整体式空调机组的压缩机类型ScrollRefrigerant 制冷剂制冷剂R-134aSaloon Compact Unit frame material 客室整体式空调机架材料客室整体式空调机架材料AluminumWeight of Saloon Compact Unit 客室整体式空调机组的重量客室整体式空调机组的重量 1000 kgHVAC SYSTEM MAIN DATA空调机组系统主要数据空调机组系统主要数据:14Topic 1Topic 2Design Project Team 设计项目组AgendaTo

13、pic 3Introduction 介绍Design conditions and system main data 设计条件和系统主要数据Topic 4Proposed HVAC system 建议性的空调机组系统建议性的空调机组系统The Introduction of the Scope of supply 供应范围介绍Topic 5Design tools 设计工具Topic 6Conclusions 总结Topic 715Essential differences of ICE, VELARO and CRH-3 HVAC SystemsICE, VELARO, 和和CRH-3本质的

14、区别本质的区别N ITEM项目项目TOPIC主题主题ICE 3VELARO SPAIN（西班牙高速）（西班牙高速）VELARO CHINA（中国高速）（中国高速）1Technology技术Air cycle空气循环Refrigerant with expansion cycle冷媒扩张循环Refrigerant with expansion cycle冷媒扩张循环2Redundancy备份No没有Yes 50%百分之五十Yes 50%百分之五十3Cooling capacity制冷量30 Kw/at 35C ext外界温度35C = 30千瓦42 Kw/at 40C外界温度40C = 42千瓦

15、44 Kw/40C外界温度40C = 44千瓦4Maximum functioning temperature最高工作环境温度40C50C50C5Energy efficiency (COP)性能系数 1,6 at 40C 1,6 at 40C6Commercial / Design Speed商业运行 / 设计速度280 / 300kph300 / 350kph300 / 300kph7Supplier供应商Company L (HVAC)L公司供空调Company F (Ducting)F 公司供风道系统MERAK美莱克公司供整套系统TBD?待定?16PROPOSED HVAC SYSTE

16、M GENERAL ARRANGEMENT:建议的空调机组系统大致分布：建议的空调机组系统大致分布：17PROPOSED SALOON UNIT建议的客室部分建议的客室部分:181920212223SALOON HVAC UNIT MAIN COMPONENTS TECHNICAL DATA:客室空调机组部分主要部件的技术数据客室空调机组部分主要部件的技术数据COMPRESSOR 2 UN 压缩机（个）压缩机（个） Type 型式Scroll 旋涡式Voltage 电压440V 3ph Frequency 频率60 HzRefrigerant 制冷剂R-134aC a p a c i t y

17、a t n o m i n a l c o n d i t i o n s 名 义 功 率22 kWPower consumption功率消耗9kW CONDENSER FAN / MOTOR UNIT 2 SET 冷凝器风扇冷凝器风扇 / 电机电机 (2组组)Fan Type 风机型式Axial multi-blade 多叶片型轴流风机Rpm 转速/分钟1.140Motor Type 电机型式Totally enclosed air-stream rated 密封型Voltage 伏特440V 3phFrequency 频率60HzInsulation 绝缘性Class FProtectio

18、n 保护等级IP56Standard 标准EN 60-349-2CONDENSER COIL 2 UN 冷凝器冷凝器 ( 2 片片) Tube/Fin Material 管道/ 换热片材料Cu/coated Al 铜铝涂层Framework 机架Stainless Steel 不锈刚Tubes 管道3/8” diameter 3/8”直径Refrigerant 制冷剂R-134a 24EVAPORATOR COIL 1 UN 蒸发器盘管蒸发器盘管 (1片）片） Tube/Fin Material 管道/换热片材料Cu/coated Al 铜铝涂层Framework 机架Stainless St

19、eel 不锈钢Tubes 管道1/2” diameter 1/2“ 直径Circuit 管路2 interleaved 2路交叉式路交叉式Refrigerant 制冷剂R-134aEVAPORATOR FAN / MOTOR UNIT 2 SET 蒸发器风机蒸发器风机 / 电机电机 (组）组） Fan Type 风机型式Centrifugal single inlet 单进风离心风机Type 型式Forward curved blades 前倾弯曲叶片式Rpm 转速/分钟1.680Motor Type 电机型式Totally enclosed, air-stream rated密封型Volta

20、ge 电压440V 3ph Frequency 频率60HzInsulation 绝缘级别Class FProtection 保护等级 IP54Standard 标准EN 60-349-2 HEATER ASSEMBLY 1 UN 加热器加热器(1个个) Type 型式Stainless Steel sheathed elements不锈钢覆盖Frame 机架Stainless Steel 不锈钢Voltage 电压440V 3Ph 60 HzCapacity 容量35 kWStages 阶段2 (17,5 kW + 17,5 kW)Protection 保护等级Safety thermost

21、ats (automatic reset)安全自动调温器（自动重设） MIXED AIR FILTER 1 UN 空气过滤网空气过滤网 (1个个) Type 型式Commercial disposable 一次性使用Classification 等级G3 (EN779)25COOLING CIRCUIT & PRESSURE CONTROL 制冷电路和压力控制制冷电路和压力控制2 Pressure transducers per circuit 每路配有两个压力传感器1 High & Low security pressure switches per circuit 每路装有一个高、低安全压

22、力开关1 Relief valves in each circuit 每路一个安全阀1 Expansion valve with external equalizer per circuit 每管路装一个带有外部均衡器的膨胀阀1 Solenoid valve per circuit 每管路一个电磁阀1 Refrigerant filter drier per circuit 每管路一个制冷过滤干燥剂1 By-pass valve for capacity regulation 一个旁通调节阀用于冷量调节26PROPOSED CONTROL PANEL: 建议的控制面版建议的控制面版:27控制面

23、板的主要特点控制面板的主要特点控制系统以微处理器作控制系统以微处理器作:控制所有的功能包括压力波探测和保护活化控制所有的功能包括压力波探测和保护活化 提供资料和相关提供资料和相关信息信息给列车给列车以以MV总线作为列车通信网络总线作为列车通信网络 通过连接通过连接Rs-232的系统来监控系统和故障诊断的系统来监控系统和故障诊断维护软件维护软件28HVAC UNIT 空调机组EXHAUST UNIT 废排机组HVAC CONTROL PANEL空调机组控制板HVAC CIRCUIT BREAKERS & CONTACTORS BOX 空调电路断路器 & 电流接触器盒FAN HEATER加热器44

24、0VAC-60Hz440VAC-60Hz to HVAC UNIT devices440VAC/60Hz to EXHAUST UNIT440VAC/60Hz to FAN HEATERDC CONTROL WIRES AND FEEDBACKSMVBTEMPERATURE SENSORS 温度传感器ELECTRIC DAMPERS电动节气阀ANALOG SIGNALSCAB EVAP. UNIT驾驶室蒸发器CAB COND. UNITWAVE PRESSURE SENSOR 压力波传感器440VAC/60Hz440VAC-60HzDUCT REHEATERSSILENCER + LOUNGE

25、管道回热消音器DIGITAL SIGNALS数字信号110VDCELECTRONIC CONTROL INTERFACE OF THE HVAC SYSTEM:空调机组系统的电控接口空调机组系统的电控接口29PROPOSED CABIN SPLIT HVAC:建议的驾驶室分体空调机组建议的驾驶室分体空调机组3031分体型式：冷凝器和蒸发器分体型式：冷凝器和蒸发器制冷量制冷量5千瓦千瓦制热量制热量5千瓦千瓦密封活塞压气机密封活塞压气机控制开关板控制开关板在冷凝器上在冷凝器上: 包括断路器包括断路器,继电器继电器,和接触器和接触器不锈钢蒸发器机架不锈钢蒸发器机架碳钢冷凝器机架碳钢冷凝器机架32CO

26、NDENSER UNIT 冷凝器冷凝器COMPRESSOR 1 UN 压缩机压缩机(1个个) Type 型式Hermetic reciprocating 密封活塞式Voltage电压440V 3phFrequency 频率60 HzRefrigerant 制冷剂R-134aCapacity at nominal conditions名义功率5 kWPower consumption功率消耗4,2 kW CONDENSER COIL 1 UN 冷凝器盘管冷凝器盘管(1片片) Tube/Fin Material 管道/换热材料Cu/coated Al 涂铜铝材料Framework 机架Stainl

27、ess Steel 不锈钢Tubes 管子3/8” diameter 3/8“直径Refrigerant 制冷剂R-134a CONDENSER FAN / MOTOR UNIT 1 SET 冷凝器风扇冷凝器风扇 / 电机电机 (1组组) Fan Type 风扇类型Axial multi-blade 多叶片型Rpm每分钟转速1.680Motor Type电机类型Totally enclosed air-stream rated 密封型Voltage电压440V 3phFrequency频率60Hz Insulation绝缘等级Class FProtection保护等级IP56Standard标

28、准EN 60-349-2 FILTER / DRIER 1 UN过滤网过滤网 / 干燥剂干燥剂(1个个) BY PASS VALVE 1 UN旁通阀旁通阀(1个个)CABIN HVAC MAIN COMPONENTS TECHNICAL DATA:驾驶室空调机组主要部件的技术数据驾驶室空调机组主要部件的技术数据33EVAPORATOR UNIT 蒸发器蒸发器EVAPORATOR COIL 1 UN 蒸发器盘管蒸发器盘管 (1片）片） Tube/Fin Material 管道/换热材料Cu/coated Al 涂铜铝Framework机架Stainless Steel 不锈钢Tubes 管道3/

29、8” diameter 3/8” 直径Sections 断面1Refrigerant 制冷剂R-134aEVAPORATOR FAN / MOTOR UNIT 2 SET 蒸发器风机蒸发器风机 / 电机电机 (组）组）Fan Type风机类型Centrifugal single inlet单进风离心风机Type 类型Forward curved blades 前倾弯曲叶片Rpm 每分钟转速2.620Motor Type 电机类型External rotor motor 外转子电机Voltage 电压440V 3ph Frequency 频率60HzInsulation 绝缘等级Class FP

30、rotection 保护IP44Standard 标准EN-60034-1 AIR HEATER 1 UN 加热器加热器(1个个)Type 类型Stainless Steel sheathed elements 不锈钢Frame 机架Stainless Steel 不锈钢Voltage 电压440VCapacity 容量5,0 kW (2,5 + 2,5)Protection 保护by thermostat (automatic reset) 自动调温器（自动重设）AIR FILTER 2 UN 空气过滤网空气过滤网 (2个个)Type 类型Commercial disposable一次性使用

31、Classification 等级G3 (EN779)T THERMOSTATIC HERMOSTATIC E EXPANSIONXPANSION V VALVEALVE 1 1 UN UN 温度调节膨胀阀温度调节膨胀阀(1个个)34PROPOSED SUPPLY DUCTING NETWORK:建议的送风道网络建议的送风道网络353637383940414243444546铝风道网铝风道网降低噪音用消音器降低噪音用消音器热声绝缘热声绝缘Esthetic design 感觉设计感觉设计有效气流分布有效气流分布制冷：顶板式制冷：顶板式制热：地板式制热：地板式47PROPOSED EXHAUST

32、DUCTING NETWORK:建议的废排风道网建议的废排风道网48495051PROPOSED EXHAUST AIR UNIT:建议的废排装置建议的废排装置5253紧凑的设计紧凑的设计54PROPOSED AIR MIXING BOX AND FRESH AIR GRILL WITH PNEUMATIC DAMPERS:建议的空气混合盒和配有风力节气阀的新空格建议的空气混合盒和配有风力节气阀的新空格555657带回风调节器的电动节气阀带回风调节器的电动节气阀58PROPOSED FAN HEATERS: 建议的风扇加热器建议的风扇加热器5960走走制热量的制热量的1000瓦瓦61PROPO

33、SED CABIN DUCTING NETWORK:建议的驾驶室风道网建议的驾驶室风道网62636465有效的空气分布有效的空气分布66Topic 1Topic 2Design Project Team 设计项目组AgendaTopic 3Introduction 介绍Design conditions and system main data 设计条件和系统主要数据Topic 4Proposed HVAC system 被提议的空调机组系统The Introduction of the Scope of supply 供应范围介绍供应范围介绍Topic 5Design tools 设计工具T

34、opic 6Conclusions 总结Topic 767HVAC SYSTEM SCOPE OF SUPPLY 空调机组系统供应范围空调机组系统供应范围:Component 零部件零部件Cars 1 & 8Cars 2 & 7Cars 3 & 6Car 4Car 5HVAC saloon Unit 空调机组客室空调机组客室11111Evaporator Cabin unit驾驶室蒸发器驾驶室蒸发器1-Condenser Cabin unit驾驶室冷凝器驾驶室冷凝器1-Exhaust unit with Inverter and Pressure waves protection damper

35、s配有逆变器和压力波保护阀的配有逆变器和压力波保护阀的 废排废排-1111Exhaust unit with Inverter, Pressure waves protection dampers and cabin exhaust air fan配有逆变器和压力波保护阀的废排和驾驶室的废排空气扇配有逆变器和压力波保护阀的废排和驾驶室的废排空气扇1-Set of 2 Air Mixing Boxes一套一套 两个空气混合盒两个空气混合盒11111Set of 2 Fresh air grill with pressure waves protection dampers一套两个带有压力波保护阀

36、的新风箱一套两个带有压力波保护阀的新风箱11111Set of 4 Fan Haters一套四个加热器一套四个加热器11111Set of Temperature Sensors for saloon and WC一套用于客室和厕所的温度传感器一套用于客室和厕所的温度传感器11111Electronic Control Panel with MVB 配有配有MV盒的电控板盒的电控板11111Pressure Waves Detection control压力波探测控制压力波探测控制1-Set of Pressure waves Sensors成套的压力波传感器成套的压力波传感器1-Supply

37、 Ducting and ceiling panel kit for cars 1 & 8 提供第提供第1和第和第8节车厢成套风道和中顶板节车厢成套风道和中顶板1-Supply Ducting and ceiling panel kit for cars 2 & 7 提供第提供第2和第和第7节车厢成套风道和中顶板节车厢成套风道和中顶板-1-Supply Ducting and ceiling panel kit for cars 3 & 6 提供第提供第3和第和第6节车厢成套风道和中顶板节车厢成套风道和中顶板-1-Supply Ducting and ceiling panel kit for

38、 car 4 提供第提供第4节车厢成套风道和中顶板节车厢成套风道和中顶板-1Supply Ducting and ceiling panel kit for car 5 提供第提供第5节车厢成套风道和中顶板节车厢成套风道和中顶板-1Exhaust Ducting kit for cars 1 & 8 第第1和和8节车厢的成套废排风道节车厢的成套废排风道1-Exhaust Ducting kit for cars 2 & 7 第第2和和7节车厢的成套废排风道节车厢的成套废排风道-1-Exhaust Ducting kit for cars 3 & 6 第第3和和7节车厢的成套废排风道节车厢的成套

39、废排风道-1-Exhaust Ducting kit for car 4 第第4节车厢的成套废排风道节车厢的成套废排风道-1-Exhaust Ducting kit for car 5 第第5节车厢的成套废排风道节车厢的成套废排风道-1Cabin Ducting kit 驾驶室成套风道驾驶室成套风道1-68EQUIPMENT 空调设备空调设备:q 2 different main Units 两种主要不同空调机组两种主要不同空调机组: Saloon compact HVAC 客室整体式空调机组 Cabin Split HVAC驾驶室分体式空调机组qAuxiliary units 辅助部件辅助部

40、件: 2 different Electronic Control panel units 两种不同电控板 4 different Mixing boxes四种不同混合盒 2 different Exhaust units with Emergency Inverter 两种不同的配有紧急逆变器的废排 3 different Fresh air grill and pressure waves protection dampers 三种不同新风箱和压力波保护阀 6 different Fan heaters 六种不同风扇加热器 Duct heaters 风道热器qAuxiliary equip

41、ment 辅助设备辅助设备: Temperature sensors 温度传感器 Pressure waves sensors 压力波传感器69DUCTING 风道风道:q5 different supply ducting kits五种不同送风道配置五种不同送风道配置:Each Car kit including (LRU references) 每节车厢包括（参考LRU标准）: 13 different main duct parts 13个不同主要风道部件 77 different auxiliary pieces 77个不同辅助件q 5 different ceiling panel

42、kits 五种不同的成套中顶板五种不同的成套中顶板:Each Car kit including (LRU references) 每节车厢包括（参考LRU标准）: 5 different panels for intermediate cars 用于中断车厢的5个不同面板 10 different panels for end cars 用于末端车厢的10个不同面板q5 different exhaust ducting kits 五种不同成套废排风道五种不同成套废排风道:Each Car kit including (LRU references) 每节车厢工具包括（参考LRU标准）: 1

43、2 different main duct parts 12个不同主要风道部件 48 auxiliary pieces 48个不同辅助件q 1 Cabin ducting kit 一个成套驾驶室风道一个成套驾驶室风道 60 different piece references (LRUs) 60种不同的组成部件70TOTALS FOR THE HVAC PROJECT SCOPE:空调机组项目总的供货范围空调机组项目总的供货范围 24 main different Equipment per car 每节车厢24种不同设备 200 references for different replac

44、eable parts in the Ducting kit per car 每节车厢成套风道中， 200种不同替代的组成部件71Topic 1Topic 2Design Project Team 设计项目组AgendaTopic 3Introduction 介绍Design conditions and system main data 设计条件和系统主要数据Topic 4Proposed HVAC system 建议的空调机组系统The Introduction of the Scope of supply 供应范围介绍Topic 5Design tools 设计工具设计工具Topic 6

45、Conclusions 总结Topic 772DUCT DESIGN 风道设计风道设计:3D CAD design 3D CAD 设计设计7374 Internal duct designed with CFD (Computational Fluid Dynamics) to reduce turbulences and pressure drop通过计算流体动力学设计的内部风道用来减少湍流和压降通过计算流体动力学设计的内部风道用来减少湍流和压降75Comfort parameters AIR TEMPERATURE AND SPEED DISTRUBUTION IN SALOON: CFD

46、 在客室内的空气温度和速度分布：（用在客室内的空气温度和速度分布：（用CFD计算）计算）7677AIR TEMPERATURE AND SPEED DISTRUBUTION IN CABIN: CFD驾驶室内空气温度和速度分布驾驶室内空气温度和速度分布：（用：（用CFD计算）计算）A la altura de la cabeza:0.9 m/sA los pies:0.3 m/s78CFD STUDY OF REPERCUSIONS OF THE SPEED INCREASE ON THE HVAC SYSTEM 通过通过CFD的学习当空调机组系统上速度增加的反射的学习当空调机组系统上速度增加

47、的反射n Pressure variations in tunnels在隧道内的压力变化n Aerodynamic noise 空气动力噪音n Turbulences at ventilation inlet 在通风进口的湍流n Dynamic forces 动力79train80PROTECTION SYSTEM AGAINS PRESSURE WAVES:抵抗压力波的保护系统抵抗压力波的保护系统81STRUCTURAL CALCULATIONS; FEM (Finite element modeling):构造计算构造计算FEM(有限元模型）有限元模型） 828384NOISE CONTROL: 噪音控制噪音控制 Special design for the HVAC frame and compressors mounting (44kW of cooling capacity!) 特别为空调机组机架和压缩机机架设计（制冷量为44千瓦） Low speed condenser fans 低速冷凝器风机 Insulated ducts 绝热的风道 Silencer in the supply ducting system 在送风道安装有消音器 Control speed in the supply ducting 在送风道可