淺析動車組空調系統(tǒng)構成及故障處置

劉金成

摘 要：本文介紹空調系統(tǒng)對于動車組重要作用及意義。動車組空調系統(tǒng)主要由客室和司機室空調機組，風道系統(tǒng)，廢排裝置，壓力保護系統(tǒng)，加熱器系統(tǒng)及空調控制器組成。并介紹了動車組空調系統(tǒng)可實現(xiàn)空調標準模式，空調關閉，空調緊急關閉，緊急通風，洗車模式等幾種工作模式。

關鍵詞：動車組;空調系統(tǒng);空調系統(tǒng)故障

隨著我國高速動車組技術的快速發(fā)展，自2017年以來，高度國產(chǎn)化的復興號動車組不斷投入運營。在高速客運專線上，旅客能體驗到350Km/h的高速動車組。同時，復興號動車組的上部服務設備設施為旅客帶來了更舒適的乘坐環(huán)境。京廣、京滬高速鐵路客運專線均超過1000公里，貫穿我國大江南北。由于我國南北方氣候差異較大，因此保持車內環(huán)境的舒適性成為動車組技術的重點問題。為了保證旅客乘坐安全，確保動車組良好的運行秩序，就要開發(fā)高性能的空調通風系統(tǒng)，并且在運行過程中避免或減少動車組空調故障發(fā)生。

1 動車組空調系統(tǒng)結構

高速動車組空調系統(tǒng)的主要作用是調節(jié)車內溫度，同時為動車組進行通風換氣，改善車內環(huán)境，提高旅客乘坐的舒適性。空調系統(tǒng)結構主要由以下幾部分組成：客室空調單元，司機室空調機組及供風道，主風道，廢排單元及管道，壓力波保護系統(tǒng)，風扇加熱器，空調控制面板，混合箱。每個司機室均配有單獨的空調系統(tǒng)，此空調可獨立于客室空調單獨調節(jié)。

1.1 客室空調機組

空調系統(tǒng)主要由壓縮機，冷凝器，冷凝風機，蒸發(fā)器，蒸發(fā)風機，電加熱器，膨脹閥，旁通電磁閥等部件組成。制冷時，空調系統(tǒng)根據(jù)車內熱負荷的變化，提供四級制冷調節(jié)。制熱時，空調系統(tǒng)可以調節(jié)空調機組內二組電加熱，以及風道內電加熱，風扇加熱器等部件，實現(xiàn)多組調節(jié)和控制。

1.2 司機室空調機組

司機室空調機組采用車頂單元嵌入式安裝結構，在機組的四周貼有密封條，與空調安裝框壓縮密封，保證車體氣密性。司機室空調機組內設壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、冷凝風機、蒸發(fā)風機、加熱器等常規(guī)部件外，還設有高壓風機，利用高壓風機的高壓頭克服車外壓力波動對司機室內壓力的影響，從而保證司機的舒適性。

1.3 風道

風道系統(tǒng)將調節(jié)后的氣體輸送至客室、乘務員室和機械師室，并排出衛(wèi)生間區(qū)域、電器柜區(qū)域、通過臺等區(qū)域的廢氣。

1.4 廢排單元及管道

廢排裝置內設有一臺廢排風機。正常運轉時，廢排風機與客室的送風風機同起同停，并通過微調廢排風門保證車廂內正壓。緊急通風時，只有廢排風機開啟，實現(xiàn)車內風路循環(huán)。

1.5 壓力波保護系統(tǒng)

廢排裝置是將車內廢氣排出車外，與外界相通，在高速情況下車外壓力波動會通過廢排裝置影響車內壓力，因此在廢排裝置中集成了一套壓力波保護裝置。當外界壓力波動變化很大時，壓力波保護裝置動作，關閉壓力波風門，阻斷風路。使車內形成近似密閉環(huán)境，抵抗壓力波動。當外界氣壓波動緩和后，風門打開，進行正常通風廢排。

1.6 風扇加熱器

通過臺風扇加熱器安裝在通過臺端墻板內部，出風口設置在端墻板下部或側部。通過臺風扇加熱器能確保在室外溫度較低時對通過臺區(qū)域的溫度進行充分調節(jié)。

1.7 空調控制系統(tǒng)

空調控制器位于車端電器柜內，此系統(tǒng)主要由控制模塊、通信模塊、手動模式選擇開關、本控屏組成。

2 動車組空調系統(tǒng)工作模式

空調控制系統(tǒng)可通過控制模塊實現(xiàn)幾種工作模式，分別是空調標準模式，空調關閉，空調緊急關閉，緊急通風，洗車模式，隧道運行。

2.1 空調工作（標準模式）

空氣調節(jié)控制系統(tǒng)可自動將每輛車的室內溫度調節(jié)至控制設定點溫度。室外溫度較高時，控制設定點值將自動升高（UIC控制設定點升高）。通過司機人機界面或列車乘務員人機界面可逐車將控制設定點溫度調低或升高±2K。

2.2 空調關閉

空調系統(tǒng)通過司機的HMI或列車員的HMI轉換成“關閉空調”模式。通過HMI，可以關閉一輛車或所有車的空調系統(tǒng)?？照{關閉狀態(tài)可以啟動凍結保護和過熱保護。當處于“關閉空調”模式下，為了保存能量，外部的新風閥門和排風閥門將被關閉。如果只有DC110V電源，那么通風模式將會打開，來替換空調的凍結保護和過熱保護。

2.3 空調緊急關閉

在此模式中整個空調系統(tǒng)停止，接觸器的110VDC電源被切斷，所有壓力波風門關閉。此時，所有風門執(zhí)行器不管在什么位置會立即停止。動車組室內的溫度根據(jù)外部環(huán)境條件升高或降低。同“空調關閉”模式相反，此模式下無空調防凍和過熱保護。因而，“空調緊急關”模式僅在緊急情況下才啟動，例如為防止火災發(fā)生后的煙霧擴散。

2.4 預冷與預熱模式

空調系統(tǒng)在車輛運行前（運行時間需預設）執(zhí)行預熱或預冷程序，預冷或預熱的時間將根據(jù)新風溫度進行計算。空調系統(tǒng)執(zhí)行預冷或預熱時，新風壓力波風門與廢排壓力波風門將關閉。在預熱模式下，客室內溫度上升到T-2℃;在預冷模式下，客室內溫度下降到T+2℃;超出預熱或預冷時間，空調系統(tǒng)脫離預熱或預冷模式。

2.5 洗車模式

洗車模式是通過司機的MMI進行控制。當洗車模式運行時，空調控制器就會在5秒內關閉客室的制熱、制冷、通風部件和壓力波風門。如此可防止清洗時水或清潔劑由空調換氣口進入車廂。當壓力波風門未完全關閉時，在司機室的MMI上會顯示相應的診斷信息：“不允許進行清洗運行”。

2.6 緊急通風模式

當切斷380VAC輔助電源后，則通過電池啟動“緊急通風”模式。此時，空調系統(tǒng)僅通過廢排風機達到通風功能。廢排風機運轉時降頻降壓，故通風量降低。此外，所有的風機、加熱器和壓縮機將停止運轉。

3 空調控制系統(tǒng)的基本操作

空調系統(tǒng)可在以下幾個位置進行操作：司機室HMI屏、機械師室HMI屏、空調控制器手動選擇開關、空調控制器本控屏。正常情況下，空調系統(tǒng)是通過司機室HMI屏、機械師室HMI屏進行操作的，此時空調為集控模式，在空調控制器本控屏操作后則轉入本控模式，集控模式和本控模式除可選擇空調工作模式外，還可在±2K范圍內調節(jié)各車的溫度控制設定點。當空調控制器發(fā)生故障或網(wǎng)絡通訊故障時可操作手動模式選擇開關。

在選擇顯示屏“空調設置”后，可接通或切斷單車空調系統(tǒng)及改變設定點溫度。通常情況下，空調系統(tǒng)以車為單位，另外還選擇全車廂進行操作?？照{運轉模式選擇包括：緊急通風、通風、緊急關、自動、停機。溫度調整選擇按鈕可在±2 K范圍內設置單車或整列車的溫度設定點。每個車輛空調控制器內均配有手動模式選擇開關和本控屏。當控制器發(fā)生故障或網(wǎng)絡通訊故障時可手動旋轉手動模式選擇開關至相應工況，滿足車內溫度要求。注意：手動全冷20分鐘后，需轉入通風模式5分鐘，以防蒸發(fā)器結冰。

4 空調故障分析

通過分析遠程數(shù)據(jù)，2019年北京動車段共發(fā)生3241條故障，其中空調系統(tǒng)故障604件，占比18.6%。根據(jù)運管科統(tǒng)計，我段共發(fā)生2019年全年行車設備故障1170件，其中空調系統(tǒng)故障共70件，占比5.98%。典型故障：2019年8月5日，5666動車組報02車2位端客室溫度高（點溫29.8℃）?？照{復位后02車2位端客室溫度下降至28℃。檢查時發(fā)現(xiàn)故障原因為2車14-16排座位空調風道被受電弓防寒材料堵住。