上海地铁11号线南段投车辆空调系统技术方案

PAGE 上海地铁11号线南段 车辆空调系统项目技术方案 目 录 21产品方案 31.1 概述 31.2 参考文件及 31.2.1参考文件 31.2.2参考标准 41.3 供货范围 41.4 空调和通风 41.4.1通风系统循环过程 51.4.2空调和通风系统的功能概况 71.4.3空调机组技术特征 121.4.4风道（非供货范围） 121.4.5司机室通风单元 121.4.6紧急逆变器 131.4.7 空调和通风系统控制 161.5 测试 161.5.1出厂试验 161.5.2型式试验 171.5.3列车编组功能试验 171.5.4运用试验 181.6 附图 181.6.1 空调机组制冷系统原理图 191.6.2空调机组外形方案一： 201.6.3车辆空调机组布置示意图 211.6.4 司机室通风单元外形及安装图 222车厢冷、热负荷计算报告书 1 上海地铁11号线南段车辆项目空调产品方案 1.1 概述 本方案是专为上海地铁11号线南段车辆的空调和通风系统而设计的，用以调节车内环境，处理车内空气的温度和湿度，给旅客提供一个健康舒适的乘车环境。 上海地铁11号线南段车辆空调机组为顶置式单元式空调机组，每节车辆安装两台，每台空调机组具有两个独立的制冷回路，使用全封闭卧式涡旋式压缩机。 每节车辆设一个空调控制系统，该系统由置于车内的空调控制单元（ACU）控制一节车厢的两台空调机组。司机室设列车中央控制单元（CCU），经车辆级通讯，连接各车辆空调控制单元，组成列车通讯网，实现整列车空调和通风系统的控制。 司机室设置一个送风单元，通过风管从相邻空调机组引入经过处理的空气，实现司机室空气调节。 车辆送风道采用均匀静压送风道，以保证出风口送风的均匀性。 本空调系统采用环保型制冷剂R407C。 安装维修方便，互换性好。 1.2 参考文件及标准 1.2.1参考文件 本方案参考株洲厂提供的《SML11SE 项目空调及控制系统采购技术》进行制定。 1.2.2参考标准 本方案参考以下标准： · EN50121，BS6853 · ISO3095，ISO3381 · IEC60529， IEC61373，IEC61133 · TB/T1804-2009， TB/T2433-93， GB755 1.3 供货范围 以下为每辆车空调和通风系统的供货范围，如表3-1。 表1-1 每辆车空调和通风系统的供货范围 序号 部件名称 数量 备注 1 单元式空调机组 2 包括减震器 2 司机室通风单元 1 只有Tmc车才配备安装。 3 空调控制单元 1 4 回风温度传感器 2 1.4 空调和通风 1.4.1通风系统循环过程 1.4.1.1送风 在蒸发风机作用下，新风从空调机组的新风口吸入，与客室内回风在蒸发器前混合，混合气流经过冷却后，通过风道和风口均匀地向客室吹出。司机室通风单元通过单独的风道从相邻的空调机组中吸入已处理的空气，再将其送入司机室，通过手动调节风嘴来调节送风量及送风方向。 1.4.1.2新风 新风口设有性能好、阻力小的过滤格栅，可防止风沙雨雪渗入车辆，新风入口密封严密，所有新风均经过空气过滤器。同时设有自动风量调节阀，在正常制冷模式时，新风口自动开启到合适的位置。在应急通风状态时，全开新风口。 1.4.1.3回风 客室内的部分空气通过车顶的回风口进行循环，回风与新风在蒸发器前混合，混合气流经过蒸发器完成降温除湿的制冷过程，并由蒸发风机沿风管向车辆均匀地送风。回风口设有自动风量调节阀，调节新风与回风混合比例。在应急通风状态时，回风口全部关闭。 1.4.1.4排气 每节车辆均设有废排装置，以从客室内排放废气。废排装置由车辆厂提供。 1.4.1.5应急通风 在三相380V、50Hz交流电源供电发生故障时，应急通风系统将自动启动，蒸发风机由紧急逆变器提供电源，其状态及故障通过空调控制系统显示。蒸发风机向客室内提供足够的全新风，每节车的新风量为4000m3/h。当空调交流电源恢复正常后，空调和通风系统将自动恢复正常运行状态。 1.4.2空调和通风系统的功能概况 每一节乘客车辆空调和通风系统包括如下部件： · 2台车顶单元式空调机组 · 1个空调控制单元（ACU） · 1组风管装置(非供货范围) · 1台司机室通风单元（仅头车） 空调和通风系统具有以下的工作模式： · 通风模式 · 预冷工作模式 · 预热工作模式 · 正常工作模式 · 应急通风模式 · 电源故障减载运行模式 · 强风工作模式 1.4.2.1通风模式 在外气温度在22℃～28℃时，空调机组进行过渡季节通风模式，此时制冷和制热系统均不工作，仅通风机工作，电动回风门全关，电动新风门全开，机组按全新风运行，达到节约能源的目的。 1.4.2.2预冷工作模式 在预冷工作时，新风入口调节门自动闭合，回风调节门全开，空调系统按全回风运行，以便使车厢快速降温。当车厢内温度达到设定值时，自动转换到正常工作模式。 1.4.2.3预热工作模式 在预热工作时，新风入口调节门自动闭合，回风调节门全开，空调系统按全回风运行，以便使车厢快速升温。当车厢内温度达到设定值时，自动转换到正常工作模式。 1.4.2.4正常工作模式 在正常工作时，新风入口调节门自动开启到合适位置，新风与回风按额定的比例混合。空调机组控制系统通过新、回风温度传感器监测到室外和室内的环境温度，并根据预设定的温度值判定应该进行制冷或者是制热工作。室外新风通过新风口与从回风口吸入的室内回风在蒸发腔内混合，然后通过蒸发器或电加热器完成制冷降温或加热，然后，由通风机将经过处理的空气经天花板上面的风管输送到天花板的水平栅格等送风装置，对车辆进行空气调节。 本方案特别推荐车辆载荷温度控制功能。该功能可以根据列车反馈的乘客载荷信息判断乘客的数量级别，结合设定的运行模式和环境温度，自动调节压缩机的启停和新、回风门的工作位置。根据不同的乘客数量可以对新风门进行4档调节，调节位置和乘客人数对应关系见表1—2。 1.4.2.5紧急通风模式 当电网电压断电或列车的两台辅助电源均故障时，应急通风系统将自动启动，蒸发送风机由紧急逆变器提供电源。回风口关闭，新风口全开，蒸发风机向客室内提供全新风。当空调交流电源恢复正常后，空调和通风系统将自动恢复正常运行状态。 1.4.2.6电源故障减载模式 当一台辅助电源故障时，由另一台正常工作的辅助电源向所有空调机组供电，空调机组自动减载运行。当辅助电源恢复正常时，空调机组就自动转化为正常工作模式。 1.4.2.7强风模式 强风模式设有自动、关闭、手动三个档位。在强风模式下，空调机组通风机最大送风量≥5800m3/h,回风门开度增大，新风调节风门处于全开位置。 1.4.2.8调节风门的状态 表 1-2 风门状态一览表 工作模式 乘客人数 新风门档位 回风门 档位 新风量 m3/h 总风量 m3/h 预冷或预热 0 0 1 0 5000 正常模式 0～90人 1 1 500 5000 91～180人 2 1 1000 5000 181人以上 全开 1 1600 5000 紧急通风 —— 全开 全闭 2000 2000 强风模式 —— 全开 全开 1600 5800 电源故障减载运行模式 —— 全开 1 1600 5000 1.4.3空调机组技术特征 1.4.3.1机组构成 每台空调机组的性能参数如表4-2所示。 表 4-2 空调机组的性能参数一览表 制冷量 42 kW(工况条件：环境温度35℃；蒸发器进风温度29.6℃，相对湿度67.4％) 正常送风量 5000 m3/h 新风量 1600 m3/h 紧急通风量 2000 m3/h 总输入功率 约19.8kW（名义工况下） 压缩机 约2×8.5kW，380V-3-50Hz 冷凝风机 约2×1.1kW，380V-3-50Hz 送风风机 约2×0.75kW，380V-3-50Hz 电加热器 约2.5kW, 380V-3-50Hz 制冷剂 R407C 外形尺寸 3700（L）×1600（W）×470（H） 重量 ≤ 810 kg 每台空调机组由全封闭涡旋压缩机和蒸发器、冷凝器、干燥过滤器、节流毛细管、连接管路、蒸发风机、冷凝风机、汽液分离器等组成。机组设置了压力保护开关保护，以保证制冷系统安全可靠的运行。空调机组内的系统管路和接线完好，并进行隔热保温处理，制冷系统已进行检查及干燥，已充注了足够量的制冷剂。 每台空调机组的主要部件包括： · 2台全封闭卧式涡旋压缩机 · 2台蒸发风机 · 2台蒸发器 · 2台冷凝风机 · 2台冷凝器 · 2外平衡式热力膨胀阀 · 2个干燥过滤器 · 2个汽液分离器 · 2只高压压力开关 · 2只低压压力开关 · 2个液管电磁阀 · 2个旁通电磁阀 · 2个视液镜 · 2个排气单向阀 · 2个排气温度开关 · 2台电加热器 · 2组新风过滤器 · 4台电动新风风量调节阀 · 2台电动回风风量调节阀 · 2组电气连接器 · 1个不锈钢壳体 · 1套防水密封胶垫 · 2个温度传感器（回风、新风各1个） 1.4.3.1.1 机械连接 空调机组的外形和尺寸完全符合车顶安装的要求。空调机组与车体之间采用减振器连接，空调机组的回风口采用防水密封结构，保证无漏风、漏水现象，安装到车上时简便、可靠，无需特殊的工具和复杂的操作程序。空调机组带有密封胶条，用于空调回风口与车辆回风道结合部位的密封；空调机组在工作时，凝结水及雨水均能顺利地从排水管排出，密封性能良好，保证无凝结水渗漏及水滴吹出和滴落。 机组上盖采用铰链连接，并有自动支持机构，打开顶盖可对内部进行检查和维修。上盖关闭时能承受维修人员在其上站立及行走，以便于在车顶进行的维修和检查。 1.4.3.1.2 电气连接 空调机组设有电气连接器，分别对应控制回路和主回路，从车内布线出来的线束通过连接器进入空调机组内部。 空调机组设有电气过载、短路和缺相等保护。所有电气连接均为容易拆卸型，在机组拆装时不易损坏，各级电气设备的接地良好，与车体相接，保证安全。 1.4.3.2主要部件特性 1.4.3.2.1压缩机 空调机组采用车用全封闭卧式涡旋式压缩机。压缩机通过橡胶减震器安装在空调机组箱体内。 全封闭卧式涡旋式压缩机是当前最先进的空调制冷压缩机，在抗震动、抗液击以及频繁起停等方面具有优异的性能，特别适用于冲击和震动大的运输工具上。与其它型式压缩机相比，具有噪声低、振动小、效率高，寿命长的特点。 1.4.3.2.2蒸发器 蒸发器框架采用具有高强度及刚度的不锈钢材料。 材料为内螺纹铜管套亲水膜铝翅片。 翅片形状及间隔使蒸发器易于清洗和保养。 凝结水排放顺利。 进行高气压气密性试验。 1.4.3.2.3蒸发风机 蒸发风机电机为交流电机，供电电源为3PH/AC380V/50Hz。蒸发风机为多叶片式离心风机，具有高效、低能耗和低噪声的特点。 绝缘耐热等级：F级 防护等级：IP56 1.4.3.2.4冷凝风机 冷凝风机采用低噪声轴流式防水风机。 冷凝风机电机为交流电机，供电电源为3PH/AC380V/50Hz。 绝缘耐热等级：F级 防护等级：IP56 1.4.3.2.5冷凝器 冷凝器具有足够的强度和刚度，框架采用具有高强度及刚度的不锈钢材料。 材料为内螺纹铜管套亲水膜铝翅片。 进行高气压气密性试验. 易于清洁和维护。 雨水排放顺畅。 1.4.3.2.6干燥过滤器 制冷系统液体管路装有干燥过滤器，用于过滤制冷剂中的残余杂质，并吸取制冷剂中的残留水份和酸，以防止金属表面锈蚀以及油和制冷剂分解，并可防止电机烧坏。同时过滤杂质和微粒，从而降低压缩机的磨损，因此，可延长压缩机使用寿命。 1.4.3.2.7节流装置 节流装置采用外平衡式热力膨胀阀。热力膨胀阀带有充注了一定成分工质的感温包，能够灵敏地监测到蒸发器回气的过热度，并根据回气过热度大小调节供给蒸发器的制冷剂流量。外平衡式热力膨胀阀的阀体连接着一根平衡毛细管，平衡毛细管与蒸发器出口管路连通，可以消除制冷剂在蒸发器中流动的压力损失对过热度得影响，使流量控制更准确。相比毛细管节流，热力膨胀阀的优点是能够在流量范围内更及时、准确地根据蒸发器负荷调节制冷剂流量，尤其当空调机组部分负荷运行时，热力膨胀阀节流比毛细管节流具有更高的效率。 1.4.3.2.8高、低压压力开关 系统中设置高、低压压力开关，当制冷系统的排气压力过高或吸气压力过低时，停止压缩机的运转，以保护压缩机。高、低压压力开关的复位方式为自动复位。 1.4.3.2.9液管电磁阀 系统液体管路上设置电磁阀，当关闭压缩机时同时关闭电磁阀，防止高压液体回流。当开启压缩机时同时开通电磁阀。 1.4.3.2.10旁通电磁阀 在制冷剂高压管路与低压管路之间设置旁通管路，并由电磁阀控制通断状态。正常运行时，旁通电磁阀处于关闭状态；而当外界环境温度过高时（>48℃，≤55℃），旁通电磁阀打开，高压制冷剂通过旁通管路进入低压管路，以降低高压管路的压力，避免过高的压力对压缩机和系统部件造成危害；当制冷负荷减小导致压缩机吸气压力降低到一定限值时，旁通电磁阀也会打开，提高压缩机吸气压力，避免长时间吸气压力过低导致压缩机电机温度处于较高温度状态而影响使用寿命，同时起到部分卸载制冷量的作用。 1.4.3.2.11电加热器 在冬季，新风通过电加热器预热再被送风机送入客室内，从而使客室内保持一定的温度且避免出现吹冷风的情况，增加客室的舒适度。电加热器各主回路设温度熔断保护，温度熔断器熔断温度：139℃+5℃；控制回路设温度继电器保护，温度继电器断开温度：70℃±5℃，恢复温度：50℃±5℃。 电加热器的框架采用具有高强度及刚度的不锈钢材料制作，耐腐蚀和振动。 1.4.3.2.12保温 在低温管路和空调机组壳体必要的部位进行隔热保温处理。 隔热材料为Armacell发泡橡塑隔热材料，符合BS6853标准。其固定牢固，强度高，防腐性能好，安装方便。 1.4.3.2.13壳体 空调机组的壳体用SUS304不锈钢材料制造。 1.4.4风道（非供货范围） 推荐方案风道由精制铝制造，并进行保温。重量轻，结构牢固、强度高。风道系统采用均匀静压送风风道，以保证出风口送风的均匀性。空调机组送出的风经软风道进入车内主风道，并沿主风道在推进过程中进入静压箱，进行静压平衡调节，使沿车长方向的空气在静压箱中静压相等，并形成一定的静压值，空气通过静压箱上的开口将静压转换成一定的动压喷射出去。从相邻的空调机组主风道引一条支风管进入安装于司机室隔墙上的司机室通风单元，经过风机增压及风咀调节后向司机室送风。 1.4.5司机室通风单元 1.4.5.1描述 司机室通风单元通过单独的风道从相邻的空调机组中吸入已处理的空气，再将其送入司机室，通过调节风嘴来调节送风量及送风方向，司机室通风量可以三级调节，风量分别为200m3/h、450 m3/h、700 m3/h。司机室通风单元内设置2.5kW的电加热器，可以进行半暖和全暖2档调节。司机室紧急通风量为60 m3/h。 司机室通风单元外罩用不锈钢制造。 1.4.5.2技术参数 重量： 每台司机室通风单元≤45 kg 电源： 三相，380V/50 Hz. 消耗功率： 风机约 200 W 电加热器 2500W 1.4.6紧急逆变器 在应急通风模式下，紧急逆变器将车载电池的DC110V电源逆变为3相交流电源，并将此电源供给空调机组的蒸发风机，使车辆空调和通风系统按应急通风模式运行，保证乘客所需要的新风量。紧急逆变器的具体电气参数将在设计联络会议上确定。 1.4.7 空调和通风系统控制 1.4.7.1 概述 为每辆车厢配备一套空调电气控制柜，每套控制柜控制两台空调机组。控制柜主要由空调控制器、电气控制元件、控制面板等组成。 空调控制器的中央处理单元采用轨道车辆专用控制。系统不仅能操作、控制、监视、显示空调机组运行，还具有完善的故障处理及保护功能。控制器设有通讯端口，可与列车相连。 电气控制元件包括空气开关、控制机组内各电机的接触器、保护各电机的热继电器及过流继电器、接线端子等。 控制面板主要是指柜内的选择开关及触摸屏。 1.4.7.2 控制模式 控制模式包括集控和本控两种方式，通过操作控制柜内的控制模式选择开关而选择不同的方式，此开关有“集控”及“本控”两个档位。 集控：如控制模式选择开关在“集控”位置，控制柜和列车监控系统相连，此时全列车各空调机组由司机集中控制。 本控：如控制模式选择开关在“本控”位置，可对每辆车的控制柜进行单独控制，在测试或检修时选用此模式。 1.4.7.3工况选择 集控和本控都有不同的工况。对于集控，可通过操作司机室内的人机界面选择不同方式，对整车的空调机组进行控制；对于本控，通过操作温度控制板上的触摸屏对空调机组进行单独控制。 对于集控，设置有5个工况： · 自动:可通过司机室内的显示器进行统一控制和温度设定。 · 测试:此时空调控制器根据各自的温度传感器进行客室内温度控制。 · 通风:此时只有送风机部分可运行。 · 强风：此时回风门全开，新风门全开，蒸发风机高速运行。 · 停止:负载的关闭顺序为：先关闭压缩机，后关闭冷凝风机，最后关闭蒸发风机。 1.4.7.4 空调机组运行状态 · 通风工作模式 在通风工作时，控制器控制新风及回风阀执行器，使回风入口调节门全关，新风入口调节门全开，空调机组按全新风运行。此时空调机组工作在通风模式下。 · 预冷工作模式 在预冷工作时，控制器控制新风及回风阀执行器，使回风入口调节门全开，新风入口调节门全关，空调机组按全回风运行。此时空调机组工作在全冷模式下。 · 正常工作模式 在正常工作时，控制器控制新风及回风阀执行器，使回风入口调节门自动开启到合适位置，新风与回风按额定的比例混合。此时空调机组可在通风、制冷方式下运行。采用乘客载荷温度控制功能后，可以根据列车返回的乘客载荷状态，与预设的乘客人数级进行比较，而确定新风门的位置。 · 减载模式 当一台辅助电源故障时，由另一台正常工作的辅助电源向所有空调机组供电，空调机组自动减载运行，制冷能力减半。当辅助电源恢复正常时，空调机组就自动转换为正常的制冷模式。 · 强风模式 当需要使用大风量对车厢内送风时，可以由司机室控制启动强风模式。强风模式下回风门全开，新风门全开，蒸发风机高速运行，压缩机运行仍然按正常模式运行。 · 应急通风模式 当电网电压断电或列车的两台辅助电源均故障时，应急通风系统将自动启动，此时空调机组只在通风模式下运行，送风机由紧急逆变器提供电源，并控制回风阀执行器关闭，使回风口关闭。当空调交流电源恢复正常后，空调和通风系统将自动恢复正常运行状态。 1.4.7.5 温度控制原理 空调机组根据各自的温度传感器进行客室内温度控制，回风温度传感器所采集的数值与目标温度值比较，从而控制机组是在通风还是在制冷下运行。目标温度值根据工况选择开关有两种计算方式： · 自动 空调控制器采集新风温度传感器的数值，并根据UIC553曲线得出目标温度值。UIC553曲线的计算公式为Td=20℃+(Tf-19℃)/4，其中Td为目标温度值，Tf为新风温度传感器采集的温度值，式中的“20℃”可通过触摸屏调节。 · 温度选择档位（范围-2K、-1K、+1K、+2K） 当温度选择开关在-2K℃到+2K℃档位时，此时制冷目标温度Td由所拨到的档的给定温度决定。 1.4.7.6 空调系统保护和故障处理方式 · 空调控制系统对空调机组内部的蒸发风机、冷凝风机设有热保护继电器，对风机有过载、过流保护；压缩机设有高、低压力保护继电器、过流继电器，对压缩机有高、低压力和过流保护；空调控制系统对供电电源具有过电压、欠电压和缺相保护等功能。 · 空调控制系统在硬件和软件上都要设置蒸发风机与冷凝风机、冷凝风机与压缩机顺序正连锁，正常通风与紧急通风之间的互锁。 · 当压缩机发生故障时，空调控制器使压缩机及冷凝风机停止运作，但仍保持通风状态。 · 分时顺序启动压缩机，以减少启动瞬间的冲击电流。 · 当一台空调机组发生故障时，它并不影响另一台空调机组的正常运作。 1.4.7.7 通讯 空调控制器通过端口与列车网络进行通信，从而使司机可通过列车网络对空调进行控制。空调控制器将诊断结果及故障自动传送至列车监控系统。 1.4.7.8 司机室通风单元 · 司机室不单独设置空调系统，而是配备一台送风单元，它将客室空调机组的冷气通过风道带入司机室。 · 司机室通风单元电机具有三速调速功能，从而使司机室通风单元有三种不同的风量，通过机组上的万能转换开关可以调节。 · 司机室通风单元的制热运行半暖、全暖2级控制。新风与车厢内回风混合，然后经过电加热器加热。 1.5 测试 1.5.1出厂试验 · 外观及结构尺寸检查 · 真空密封性试验 · 充氮检漏试验 · 功能和运转试验 · 淋雨试验 · 电器元件的绝缘试验 · 充注制冷剂 1.5.2型式试验 在完成出厂试验后再按TB/T1804进行，对首台空调机组进行型式试验，包括： · 名义制冷量和输入功率 · 最大负荷工况和输入功率 · 凝露工况试验 · 低温工况试验 · 振动试验 · 静压试验 · 蒸发风机的风量和风压 · 噪音试验 · 机组水密封性试验 · 起动、低压运转、极端条件下的运转试验 · 运转程序试验 · 保护、绝缘、介电强度试验 1.5.3列车编组功能试验 · 起动试验； · 地面和隧道条件下的制冷量（只作为检验）和输入功率； · AW2负载工况下的制冷量（只作为检验）和输入功率； · 极端工况下（外界气温48~55℃）的运转试验，不考核制冷量（只作为检验）； · AW0时降温梯度试验，测量客室内地板面以上1.2米和1.7米高处的温度作为客室温度； · 风道水密性试验。 1.5.4运用试验 对空调单元进行运用试验，按照TB/T2433-93执行。 1.6 附图 1.6.1 空调机组制冷系统原理图 公司地址：广州花都区花山镇坪山工业区5号 电话：020-86789568 传真：020-86789900 邮政编码：510880 电子信箱：ra_fan@163.com 网址：www.jingyikt.com PAGE