绪论——高管班.ppt

1、动车组车内环境控制系统,李 国 岫 机电学院动力工程系,环境是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的各种因素的综合体。人类环境可分为自然环境和人工环境。 动车组车内环境属于典型的人工环境，它是以车厢围护结构为边界，一切与乘车人相关的周围事物的总称。,绪 论,动车组的车内环境是人们按照自己的意志所创造出受控室内环境，它既受到人为的干预与控制，以达到乘客所需求的舒适度，同时也受到自然环境的制约，因为列车不是独立于自然环境的孤立系统。,绪 论,要使动车组的车内环境达到规定的要求，就必须有一整套的设备及相应的控制系统加以保障。车内环境控制系统是使车内环境达到预期要求的所有设备的集合体。它的基本

2、功用是满足车内的照明和噪声要求，并维持车厢中规定的空气温度、相对湿度、洁净度和压力。,绪 论,本课程的主要目的是使我国的动车组运用管理和维修人员对动车组车内空气环境控制系统的基本组成、工作原理、控制方式、以及常见故障判别有一较为系统的了解。,绪 论,绪 论,第一节 动车组车内环境 一、车内环境的构成 动车组车内环境由多方面因素共同作用而构成。包括：车内空气环境、车内声环境、以及车内光环境。但本课程的内容将不涉及声、光环境。 车内空气环境主要由热环境、湿环境和空气品质等部分构成。热环境好坏由空气温度的高低来判定；湿环境的优劣由空气的干湿度来表征；空气品质则由新风（新鲜空气）量的多少或空气的洁净度

3、来区别。,绪 论,我国铁路部门对空调旅客列车车内空气环境的基本要求示于表0-1，其中涉及舒适性的指标除了空气温度和相对湿度之外，还包括空气流速；涉及空气品质的指标为新鲜空气量、含尘量及二氧化碳含量。,绪 论,对于车内空气清洁度，UIC 553标准规定: 空气中的二氧化碳容积浓度不大于0.15%，空气中的含尘量不得超过0.5mg/m3； 客室内人均新风量夏季应达到1520m3/h，冬季应达到1015m3/h，司机室内人均新风量夏季应达到30m3/h，冬季应达到25m3/h。 车内平均微风流速不允许超过0.3m/s，在制冷系统工作时，气流速度要高于0.07m/s，以避免出现“静态区域”。,绪 论,

4、图0-1 舒适性温度与湿度的相关图,Draught measurement on Regina UIC 553 curveRegina的通风测量 UIC553曲线,The recommended maximum air speed as a function of the temperature according to UIC 553 standard 被推荐使用的最大空气速度按照UIC553标 准作为温度的一项功能,Draught measurement on Regina Regina的通风测量,Measurement points 测量点 At knee height At head,

5、 seated position At head level, standing position,绪 论,所谓的车内环境控制(environmentalcontrolsystem) ，实质上就是借助于各种技术手段通过对车内空气的温度、湿度、速度和洁净度的调节使车内空气保持理想的状态，空气调节是实现对空气环境控制的必要手段。 与常规列车相比，动车组的车厢在列车运行时几乎是一个密闭的空间。,绪 论,二、车内空气环境的特点 列车内的人员密度大，二氧化碳及人体异味排放量大； 车厢空间相对狭小，加上车内设施布置紧密，因此不利于空气流通，难以达到合理的气流组织； 各种健康状况的人员在相对较长的时间内保持

6、近距离接触，易于发生病菌传播； 列车单位空间的外表面积大，与外界的热交换量大，近车厢壁面处空气的温度梯度较大，所以车厢内不易形成均匀的温度场； 车窗所占比例相对较大，易受阳光直射，因此由辐射热引起的空调负荷较大。,绪 论,三、车内空气环境的影响因素 一个既定空间的空气环境，一般要受到两方面的干扰： （1）一是来自空间内部的热、湿和其它有害物质的干扰； （2）另外是来自空间外部太阳辐射和气候变化所产生的热作用及外部空气中有害物质的干扰。 用以消除上述干扰的技术手段主要是通过对空间输送并合理分配一定质量（按需要处理）的空气，与内部环境的空气之间进行热质交换，然后排出等量的已经完成调节作用的空气来实

7、现。,绪 论,列车处于自然环境之中，其车内空气环境必然受到存在于外部和内部的两类热源的综合作用。外部热源主要是指太阳和大气；内部热源则可能包括人体以及与人类活动相关的照明、车内机电设备、器具或其他一些能量消费与传递装置。,绪 论,在自然环境中，车内空气环境在接受外部、内部热源综合作用的同时，也受到存在于外部和内部两类湿源的综合作用。湿源表面与环境空气间总会存在一定的水蒸汽分子浓度差或分压差，由此推动水蒸汽分子的迁移，并借助其蒸发、凝结或渗透、扩散作用实现与车内环境之间的湿交换，形成相应的湿负荷。,绪 论,车外大气由于自然界中水分的蒸发、汽化而常以湿空气的形式出现，并成为主要的外部湿源。 车内的

8、湿源是多种多样的。一般情况下，人体是基本的散湿源，此外包括与乘客活动相关的生活用水器具、炊事、餐饮设备等。,绪 论,车内湿负荷的大小影响着空气相对湿度的高低，而相对湿度既是影响人体热舒适的一个重要参数，也是影响人体健康的一个重要因素。人体热平衡在气温较高时更多地依靠汗液蒸发，其时，相对湿度的影响将显得更为重要。 为了减少车厢热负荷就必须注意车厢的密封性和隔热性，车厢的密封性和隔热性优劣，不但反映了空调利用率的高低，也反映了车辆运行噪声的大小程度。,绪 论,第二节 车内热环境的综合评价方法 一、人体热平衡与热舒适感 （自学） 二、影响人体热舒适的因素 人体热舒适是人们对周围热环境感到满意的一种主

9、观感觉，它是多种因素综合作用的结果。热舒适性涉及车内空气温度、空气的相对湿度、气流速度、车内表面的平均辐射温度、空气品质等物理因素，同时也取决于乘客的活动、衣着状况，以及生活习惯等主观因素。人对环境的要求常因体质、年龄、性别、习惯和健康状况而不一样。,绪 论,适宜的温度，适宜的湿度、适宜的气流和清洁的空气，构成了舒适性环境的基本要素。一个完整的列车空气环境控制系统是通过调节温度、湿度、风速和换气等，来达到营造车厢内舒适环境的目的。 （1）车内空气温度是热舒适性的重要影响因素，因为人们对温度最敏感。 人体最感舒适的温度在冬季为20 23 ，夏季则不宜超过27 。,绪 论,（2）相对湿度，习惯上简

10、称为湿度，是表征大气中含有水蒸气多少的物理量，环境空气(室内)湿度的过大或过小，都对人体的健康不利，很容易导致人们生病。 根据现代科学研究试验，4060的环境空气相对湿度对人体的健康最有利，人们的抗病能力也最强。,绪 论,（3）空气流速对人体舒适度也有相当大的影响。舒适环境要求人体附近的空气流速应足够大，以排除人体产生的热量，但是又不应有明显的吹风感觉。如果在温暖潮湿的环境中，空气流速高，人们就会感受到舒适，但如果在低温的环境中，空气流速过高，人们就越感到不舒适。,绪 论,一般讲，在单个人体周围，空气流速为0.25 m/s左右时，普通的人是会感到舒适的。专家建议，人居环境的风速，在夏季以不小于

11、0.15 m/s，冬季以不大于0.3 m/s为宜。,绪 论,三、热环境的综合评价方法 1、有效温度ET（Effective Temperature） 有效温度是美国暖通、空调、制冷工程师学会（ASHRAE）在20世纪上半叶所提出的热舒适性评价指标。它依据半裸的人及穿夏季薄衫的人在一定条件的环境中所反应的瞬时热感觉作为决定各项因素综合作用的评价标准。该指标是以空气温度、空气湿度和气流速度为影响因素而制定的综合评价图。 有效温度ET的定义为：“它是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的任意指标。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。”有效温度通过人体试

12、验获得。,绪 论,三、热环境的综合评价方法 干球温度就是环境温度；湿球温度代表水或湿物料在空气中被冷却的最低温度 ；二者结合，可以表示空气的温度及湿度。 干球温度：用一般的温度计所测得的空气温度，称为干球温度。干球温度是湿空气的真实温度。 湿球温度：当液面水的蒸发所消耗的热量恰好等于空气传给液面的热量时，液面的温度就维持不变，进行等温蒸发。把等温蒸发时液面的温度，称为湿空气的湿球温度。,图0-3 新有效温度指标图,图0-3 新有效温度指标图,绪 论,第三节 动车组空气环境控制系统 一、车内环境控制的基本方法 车内环境控制的基本方法就是根据客室内环境质量的不同要求，分别应用供暖、通风或空气调节技

13、术来消除各种干扰，进而在车内建立并维持一种具有特定使用功能且能按需调控的“人造环境”。 在应用供暖、通风与空调技术时，一般总是借助相应的系统来实现对环境的控制。所谓“系统”指的是若干设备、构件按一定功能、序列集合而成的总体，在广义的系统概念中尚应包括受控的环境空间。以下分别简要介绍这些车内环境控制技术的基本概念。,绪 论,（1）供暖(Heating) 供暖技术一般用于冬季在寒冷地区运行的列车。客车在冬季运行的时候，外界温度比较低，车内外温差很大，经车体隔热壁的热损失较多，车内旅客散发出的热量不足以抵偿车体热损失。如果要保证车内达到规定的温度，空气在送入车内之前必须进行加热。在寒冷地区运行的空调

14、客车上，冬季除了采用空气预热器外，通常还采用在车内两侧地板面上设置暖气设备来补偿车体的热损失。 所以，客车空气调节的加热过程一般由两部分组成，一部分是对送入车内的空气进行预热，另一部分是对车体的热损失实施补偿。,绪 论,空气的预热是使空气在空气处理室内流过空气预热器而实现的。对于集中供电的空调客车，大多采用电加热。 通风与空气调节是控制车内热湿环境和空气品质的技术，同时也包含对系统本身所产生噪声的控制。通风和空气调节虽然同为人工环境的控制技术，但它们所控制的对象与功能有所不同。,绪 论,（2）通风(Ventilation) 在工程上，将为保持室内环境中有害物质含量在一定卫生要求范围内的技术称为

15、通风。通风是为改善生产和生活条件，采用自然或机械的方法，对某一空间进行换气，以形成安全、卫生等适宜空气环境的技术。换句话说，通风是利用室外空气(称新鲜空气或新风)来置换建筑物内的空气(简称室内空气)以改善室内空气品质。,绪 论,通风的功能主要有： 提供人呼吸所需要的氧气； 稀释室内污染物或气味； 排除室内生产过程产生的污染物； 除去室内多余的热量(称余热)或湿量(称余湿)； 提供室内燃烧设备燃烧所需的空气。,绪 论,通风系统一般由进（送）排风装置、风道以及空气净化设备几个主要部分组成。送风系统主要由空气处理装置、送风机、风管和送风口等组成，其中空气处理装置的功能是按要求把室外的空气处理到规定的

16、状态；排风系统主要由排气口或排气罩、排风机、风管和风帽等组成。,绪 论,（3）空气调节(Air Conditioning) 是使房间或封闭空间的空气温度、湿度、洁净度和气体流动速度(俗称“四度”)等参数达到给定要求的技术。空气调节简称空调。空调可以对室内热湿环境、空气品质进行全面调节与控制，它包含了通风的部分功能，以保证生产工艺和科学实验过程或人们对温度的舒适度需要。,绪 论,（3）空气调节(Air Conditioning) 空气调节，就是把经过一定处理之后的空气，以一定方式送入室内，室内空气的温度、相对湿度、气流速度和洁净度等控制在一定适当范围内的专门技术。 制冷，就是用一定的方法使某物体

17、或空间的温度低于周围环境介质的温度，并且使其维持在某一定范围内的过程。,绪 论,空气调节的任务由空调系统来完成。空调系统一般由空气处理设备、冷热源、冷热介质输配系统(包括风机、水泵、风道、风口与水管等)、自动控制系统和空调末端装置组成。空调系统形式多样，按空气处理设备的设置情况可分为集中系统、半集中系统和分散系统。,绪 论,总之，空调与通风既有区别又有联系，它们的主要目的都是为了提供呼吸所需要的的新鲜空气、稀释受控空间的气味和污染物、除去余热和余湿等。不同的是后者比前者在系统上更复杂一些，对空气的处理功能更强一些。 只有对空气能进行全面处理，即具有对空气进行加热、加湿、冷却、去湿和净化的技术才

18、能称为空调。因此说空调是更高层次的通风。,绪 论,二、动车组空气环境控制系统的组成 动车组空气环境控制系统，通常也称为动车组空气调节系统，其主要目的是在任何气候和行驶条件下，通过强迫通风、人工制冷和采暖的方法，调节车内的温度、湿度、气流速度等参数指标，从而为旅客提供舒适的车内环境。空调系统与乘客的感受最为密切，只有具有了可靠的空调系统，乘客才能呼吸到清新的空气，才能享受到舒适的温度。,Vehicle intro_H rev. 2,43,1. HVAC unit - cab2. HVAC unit - passenger area3. Air intake4. Exhaust air 5. Ex

19、haust air unit,1,2,3,5,Recirculated air,HVAC,Exhaust air,Outdoor air,Air distribution,绪 论,绪 论,为实现对车内环境的控制功能，列车空调系统主要由通风系统、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。 空调列车的通风系统一般均为机械强迫通风系统，它由离心式通风机、滤尘装置、送风道、回风道和废排风机等组成，其作用是将经过处理的空气输送和分配到各客室并获得合理的气流速度，同时还将客室污浊的空气排出车外，以保持车内空气的清洁度和流动速度。,绪 论,空气冷却系统一般采用蒸汽压缩式制冷设备的蒸发器作为

20、空气冷却器，在夏季制冷设备工作时，由通风机吸入车内外的空气，经过空气冷却器冷却后送入客室内，以保证客室内空气温度达到指定的范围。同时，由于空气冷却器的表面温度低于空气的露点，因此，空气在通过空气冷却器冷却过程的同时也得到了减湿处理，从而保证了夏季客室内空气的湿度也在所要求的范围之内。,绪 论,空气加热系统一般应由热源、散热设备和输热管道这几个主要部分组成。它包括对进入车内空气的预热和电暖气对客车内热量损失的补偿。 自动控制系统包括自动调节和控制各种空气参数的仪表和设备。,绪 论,三、车内环境控制技术和设备的发展趋势 现代车内环境控制技术和设备的发展趋势是以高水准环境品质需求为背景，以可持续发展

21、战略为指导原则，以高新科技应用为手段，以舒适、健康、安全、高效率为环境控制目标而开展研发工作。 在环境控制设备的研究和开发方面，由于计算机与信息技术、高效传热技术、变频调速技术、以及人工神经网络与模糊控制等高新技术的应用，一些传统的供暖、通风及空气调节方式正在加速变革，大量兼具节能与环保效益的新型系统不断创生；设备升级换代的速度加快，并朝着机组化、多功能、智能型方向发展。,绪 论,空调机组在逐步实现CFCs和HCFCs制冷工质的替换及不断提高机组运转性能的同时。 压缩式制冷机容量范围不断向两极拓宽，小容量趋于以涡旋式取代往复式，大容量趋于发展多级压缩离心机组。 电动热泵趋于发展热回收型及超级或多功能型机组。 传统的全空气集中空调系统已派生出利用集中