1 國內外鐵路客車(chē)及其空調系統的發(fā)展

　　中國鐵路擁有十分輝煌的過(guò)去。然而，隨著(zhù)中國航空業(yè)的重組和大量高速公路的修建，航空運輸和長(cháng)途公路運輸開(kāi)始興起，到1996年，中國的公路客運量甚至超過(guò)了鐵路客運量。從1997年開(kāi)始，中國鐵路開(kāi)始進(jìn)行全國性的鐵路提速。此后中國鐵路經(jīng)過(guò)了幾次提速，到2003年客車(chē)最高運行時(shí)速已經(jīng)達到了200公里以上。[1]

　　在國外，高速鐵路客車(chē)發(fā)展非常迅猛。例如，法國的高速鐵路技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，高速鐵路（TGV）（Train a Grande Vitesse 法文超高速列車(chē)之意）已達到每小時(shí)513公里的實(shí)驗速度。而日本也正在開(kāi)發(fā)“21世紀之星”高速列車(chē)，這種列車(chē)除時(shí)速達350公里的超高速外，在性能上較以往有大幅度的提高，還具有乘坐舒適和車(chē)內安靜的特點(diǎn)[2].德國將磁懸浮列車(chē)作為未來(lái)的新型交通工具，幾年內這種列車(chē)最高時(shí)速將達到400公里。

　　國內外高速鐵路客車(chē)的發(fā)展告訴我們，鐵路即將進(jìn)入一個(gè)高速時(shí)代。為適應鐵路高速化的要求，必須對現有的空調系統進(jìn)行改進(jìn)或提出新的空調理念。

　　2 鐵路高速化對客車(chē)空調裝置提出的挑戰

　　與普通空調客車(chē)相比，高速空調客車(chē)無(wú)論是速度還是設計結構都有較大區別，因此只有針對高速客車(chē)的實(shí)際情況設計研制適宜的空氣調節系統，才能保證客車(chē)內達到所要求的空氣參數和空氣品質(zhì)，為旅客提供舒適的旅行環(huán)境。

　　針對高速客車(chē)的運行特點(diǎn)對其空調系統提出了如下要求：

　　1）空調設備的安裝位置要求降低

　　高速客車(chē)由于其速度快（一般都在200km/h以上），為了保證行車(chē)的安全并且為了提高運行的平穩性，其輔助設備（包括空調系統）及車(chē)體重心位置必須降低，以利于整車(chē)重心的降低。

　　2）空調系統的運轉部件要求少

　　高速客車(chē)由于其停站間隔長(cháng)，同時(shí)維護正常運營(yíng)的人員少，因此必須保證其空氣調節系統具有較高的穩定性和可靠性，這就要求高速客車(chē)空氣調節系統的運轉部件盡可能減少，以降低事故率，易于維護管理。

　　3）空調裝置的安裝空間要求小

　　高速客車(chē)由于其獨特的設計結構（車(chē)體一般采用流線(xiàn)型優(yōu)化設計），給其空氣調節系統設備預留的安裝空間較小，因此，只有針對其預留空間的結構特點(diǎn)設計研制合適的空氣調節系統，才能滿(mǎn)足車(chē)內的空氣參數設計要求。

　　4）空調系統的運行品質(zhì)要求高

　　高速客車(chē)由于其速度快，車(chē)廂的氣密性高，車(chē)內人員較密集，同時(shí)客車(chē)運行時(shí)間比較長(cháng)，因此對車(chē)內的空氣品質(zhì)要求高，否則旅客極易產(chǎn)生疲勞、惡心、乏力等不適癥狀。

　　5）空調系統的調節性能要求好

　　高速客車(chē)中一般都將整個(gè)車(chē)廂分割為若干個(gè)小包間，要求每個(gè)包間內都能夠方便的單獨調節每個(gè)包間內的空氣參數，而且由于客車(chē)經(jīng)過(guò)的地域室外參數差別較大，這就要求其空氣調節系統的調節性能好，以利于適應不同的工況要求。

　　6）空調系統的工作條件差

　　高速客車(chē)空調系統的空氣處理裝置置于野外高速行駛的運動(dòng)載體上，經(jīng)常處于不穩定的環(huán)境條件下工作，列車(chē)本身的振動(dòng)和與車(chē)軌的撞擊會(huì )給其空調系統的運行帶來(lái)很大的負面影響。

　　綜合以上條件可以看出，高速客車(chē)對空調系統有較高的要求，因此，必須針對高速客車(chē)實(shí)際的運行工作條件研制設計相應的空氣調節系統。針對高速鐵路客車(chē)對空調系統的新的、更高的要求，本文提出了誘導空調系統在高速客車(chē)上應用。

　　3 全空氣誘導空調系統在高速客車(chē)上的應用分析

　　按照誘導器內是否設置盤(pán)管，誘導空調系統可以分為兩種類(lèi)別：“空氣－水”誘導器系統和全空氣誘導器系統�！翱諝猓�水”誘導器系統的一部分夏季室內冷負荷由空氣負擔，另一部分由水（通過(guò)二次盤(pán)管加熱或冷卻二次風(fēng)）負擔。但是由于此種系統內部結構較復雜，一旦損壞維修量大，且占用空間大，同時(shí)需要一套單獨的水系統，所以不適于高速客車(chē)的要求。在高速客車(chē)上采用的是另一種誘導空調系統——全空氣誘導空調系統。

　　采用全空氣誘導空調系統時(shí)，車(chē)內所需的冷負荷全部由空氣（一次風(fēng)）負擔。這種誘導器不帶二次冷卻盤(pán)管，實(shí)際是一個(gè)特殊的送風(fēng)裝置，能夠誘導一定數量的室內空氣，達到增加送風(fēng)量和減少送風(fēng)溫差的作用，有時(shí)也可以在誘導器內部裝置電加熱器以適應室內負荷變動(dòng)的需要。

　　全空氣誘導空調系統在客車(chē)上工作過(guò)程是：一次風(fēng)（車(chē)外空氣經(jīng)過(guò)處理由風(fēng)機送入車(chē)內）進(jìn)入到誘導器的靜壓箱，經(jīng)噴嘴高速?lài)姵�。由于高速�(lài)娚錃饬鞯囊�射作用使得�?chē)內的空氣（二次風(fēng)）被誘導到誘導器中，在混合箱中與一次風(fēng)充分混合，然后經(jīng)出風(fēng)口送入到車(chē)內[3].

　　全空氣誘導空調系統特別適用于高速客車(chē)，與高速客車(chē)對空調系統的特殊要求相對照可以看出，全空氣誘導空調系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　節省車(chē)廂內的空間高速客車(chē)由于其獨特的設計結構，對于空間要求極為嚴格，空調占用的車(chē)廂空間應盡可能的小。由于誘導器系統空氣處理設備的送風(fēng)量?jì)H為一次風(fēng)量，因而風(fēng)量小，使得系統處理設備及風(fēng)道截面也較小，與以往的集中式空調系統相比，較好的解決了風(fēng)道安裝空間狹小的矛盾。且誘導器在車(chē)內布置靈活，能適應各種車(chē)型的需要。

　　2）提高車(chē)廂內的空氣品質(zhì)及人體的舒適性

　　由于高速客車(chē)密閉性高，運行時(shí)間長(cháng)，所以對車(chē)廂內的舒適性及空氣品質(zhì)要求較高。而全空氣誘導空調系統送風(fēng)溫差較小，送風(fēng)量大，新風(fēng)量充足，人體的舒適感和室內的空氣品質(zhì)較高。另外，在軟硬座客車(chē)中，常用的頂送風(fēng)空調系統氣流直接吹向旅客頭部，這樣，在冬季會(huì )使旅客感覺(jué)頭暈、不適，而夏季冷風(fēng)先吹頭部也容易使人感冒。而誘導器通常安裝在客車(chē)車(chē)窗下部，不會(huì )對人體直吹，而且從送風(fēng)口出來(lái)的氣流沿車(chē)窗貼附流動(dòng)到車(chē)頂部，在橫斷面方向形成環(huán)流，使旅客居留區處于空氣的回流區內，大大提高了舒適度；并且由于新風(fēng)量大，人體的舒適感也會(huì )明顯提高。而對于軟硬臥客車(chē)來(lái)講，由于一般是兩層或三層臥鋪，車(chē)內空間有限，如采用大風(fēng)道通風(fēng)系統，冷風(fēng)會(huì )直接從頂部吹到上鋪旅客身上，人體的舒適感較差；而采用全空氣誘導空調系統，風(fēng)道布置于車(chē)廂下部，而誘導器布置于車(chē)窗下部，不會(huì )造成直吹，這樣會(huì )大大提高車(chē)廂內人體的舒適度。

　　系統的穩定性與可靠性高高速客車(chē)由于停站間隔較長(cháng)，且由于列車(chē)高速行駛，工作條件惡劣，要求空調的穩定性與可靠性較高。誘導器空調系統的運轉部件遠遠少于其他空調系統，這對于穩定性與可靠性都要求很高的高速列車(chē)來(lái)講無(wú)疑是一個(gè)很大的優(yōu)勢；而且由于系統需要處理的風(fēng)量變少了，這樣，空氣處理設備的使用壽命會(huì )大大提高，同時(shí)也就降低了空氣處理設備的損壞率，為高速列車(chē)在惡劣工作環(huán)境下正常運行提供了保證。

　　4）設備安裝位置低

　　高速客車(chē)由于速度快，為了保證車(chē)身平穩及運行安全，要求車(chē)體的重心盡可能低。相比于頂置式空調系統來(lái)說(shuō)，全空氣誘導空調系統采用下部送風(fēng)，空調機組可以安裝在車(chē)下，且誘導器安裝于車(chē)廂下部，從而降低了車(chē)體重心。

　　5）系統適用范圍大，并可以單獨調節

　　鐵路客車(chē)由于經(jīng)過(guò)的區域范圍大，外部環(huán)境差別非常明顯，因此要求空調系統能根據情況，及時(shí)調整。誘導空調系統可以在誘導器內裝置電加熱器以適應車(chē)內負荷變化的需要。當車(chē)內負荷變化時(shí)，可以通過(guò)開(kāi)啟電加熱裝置進(jìn)行適應調整，使得系統的工況調節范圍變大，更好的保證車(chē)內空氣參數。同時(shí)，在每個(gè)誘導器入口處可以設置錐形調節閥，以實(shí)現包間內系統的單獨調節[4].

　　6）誘導器通常安裝于車(chē)窗下部，這樣，冬季由于熱風(fēng)首先接觸玻璃窗，可以解決窗口由于溫度低而產(chǎn)生凝結水和結霜問(wèn)題。

　　綜上所述可以看出，誘導空調系統是一種非常適用于高速鐵路客車(chē)的空調形式，但是，其也存在著(zhù)一些缺點(diǎn)需要進(jìn)行改進(jìn)。

　　4 高速鐵路客車(chē)誘導空調系統的改進(jìn)

　　4.1誘導空調系統存在的缺點(diǎn)

　　雖然全空氣誘導空調系統非常適合于高速鐵路客車(chē)的要求，但是它還存在著(zhù)以下缺點(diǎn)需要加以改進(jìn)：

　　新風(fēng)比大，風(fēng)機壓頭高，致使系統的能量消耗大。

　　系統的噪聲較大，會(huì )造成噪聲污染，影響車(chē)內的舒適度。

　　春秋過(guò)渡季節無(wú)法充分利用室外新風(fēng)，系統冷量消耗大。

　　4.2誘導空調系統的改進(jìn)措施

　　針對以上存在的缺點(diǎn)，可以采用以下措施加以克服：

　　集中排風(fēng)，設置能量回收裝置根據文獻[5]，可以設置集中排風(fēng)裝置，并在排風(fēng)與新風(fēng)管道系統設置全熱交換器，以利于回收排風(fēng)冷量，降低系統能量消耗。

　　采取消聲措施，降低系統噪聲為了降低系統噪聲，在風(fēng)機的出口管路設置消聲靜壓箱，以降低風(fēng)機噪聲；在誘導器內部的靜壓箱內壁以及混合箱內壁貼高頻吸聲材料，以消除噴射噪聲。由于誘導器噪聲主要是由于噴嘴氣流速度太大而引起噪聲，因此可以通過(guò)增加噴嘴數量，增大噴嘴面積，降低噴嘴的氣流速度來(lái)降低噴嘴噴射噪聲。

　　設置旁通風(fēng)道，充分利用自然冷量為了在春秋季節充分利用室外新風(fēng)，可以在空調包間的送風(fēng)支管上設置旁通風(fēng)道，使過(guò)渡季節的室外新風(fēng)不經(jīng)過(guò)靜壓箱和噴嘴而直接進(jìn)入室內，這樣，既節約了冷量，又提高了空氣品質(zhì)。

　　5 結語(yǔ)

　　本文對誘導器的基本原理及特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，針對高速鐵路客車(chē)進(jìn)行了全空氣誘導空調系統的適用性分析，并對其某些缺點(diǎn)采取了改進(jìn)措施。誘導空調系統在高速列車(chē)上的應用目前在國內尚無(wú)研究，而在國外已經(jīng)進(jìn)行了多項研究并部分投入使用。隨著(zhù)我國高速鐵路客車(chē)的發(fā)展，誘導空調系統由于其對高速客車(chē)的良好適用性定將漸受重視。

　　參考文獻：

　　1 俞展猷. 國外高速列車(chē)發(fā)展簡(jiǎn)述與我國提速列車(chē)試驗的回顧， 鐵道機車(chē)車(chē)輛， 1999，（3）：1~6

　　2 郭榮生. 國外高速旅客列車(chē)發(fā)展概況，國外鐵道車(chē)輛，1991，（1）：7~11

　　3 趙榮義范存養等. 空氣調節（第三版），中國建筑工業(yè)出版社，1994

　　4 楊晚生. 客車(chē)空調靜壓均勻送風(fēng)道的性能研究及誘導器的研制：[碩士論文].青島：青島建筑工程學(xué)院，2002

　　5 楊晚生張吉光史自強等. 高速客車(chē)空氣調節系統的應用分析，第11界全國暖通空調學(xué)術(shù)情報網(wǎng)論文集，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001