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城市轨道交通车辆空调系统

摘要：我国城市轨道交通车辆空调发展主要经历了定速空调、变频空调、智

能化变频空调几个主要阶段，不同阶段代表着城市轨道交通车辆空调系统技术的

提升与发展。利用大数据技术、监测及分析技术、大容量车－地传输技术等为用

户提供关键零部件的健康评估、故障状态预警预测、关键故障精确定位、检修建

议策略高效推送、备品备件库存智能建议及更换提醒、列车健康状态及全面监控，

提高车辆安全性和检修效率、降低维修成本，满足动车组全生命周期管理需求，

实现列车服役性能由阈值管理向状态管理的提升。

关键词：轨道交通车辆；智能控制；空调系统；故障诊断

１空调系统结构及原理

动车组的每节车厢配置独立的空调系统。空调系统具备如下功能：供应新风

与排放废气、采暖和制冷、气流的输送和分配、新风过滤或与回风混合后过滤、

应急通风、调节和控制等。客室内设废排风道，废气通过废排单元排出车外。卫

生间内的废气不得参与回风。采暖方式采用电加热装置。强制对流电加热装置设

有可恢复和不可恢复两级超温保护。动车组每节车厢均设置应急通风功能。应急

通风设备由车载蓄电池供电。应急通风量不得少于１０ｍ３／（ｈ·人），时间

不小于９０ｍｉｎ。新风口应设在无污染气体区，新风或混合过滤网便于清洁。

客室内回风口和废排风口的设置保证车内气流和温度分布的均匀性，不受客室门

打开或关闭的影响。空调系统每车设置一台车顶单元式空调机组、一套风道系统，

车下设置一台废排装置，车内设置一台空调控制柜，头车设置一台分体式司机室

空调。空调系统制冷、制热时，由回风道吸入车厢内空气，与新风混合，通过空

调过滤器，与热交换器或电加热器进行热交换，形成冷、热风送入客室，用于调

节客室内的空气温度、湿度、气流速度、空气清洁度，保证客室内舒适度。在此

基础上，结合高速动车组技术发展方向，本研究通过对列车状态、运行环境信息

广泛感知、融合处理，在智能行车、智能运维和智能服务等方面提升智能化水平，

对系统进行优化提升。

２硬件设计

２.１变频控制空调机组

变频技术通过控制压缩机工作频率控制制冷量的输出，在提升车辆乘坐舒适

性及增大定员等要求的同时，避免压缩机频繁启动，节约能耗。空调机组通过变

频压缩机、机组内增加２台变频器，每台变频器各控制１台压缩机、电子膨胀阀

实现客室内温度的精细化控制。在结构布局方面，将变频器等电子部件放于回风

口，利用回风降温，保证电子部件散热良好，同时避免受雨水等外界因素影响。

对空调机组内主要部件压缩机等进行冗余设计。机组设有２个压缩机变频器，若

１个变频器或１台压缩机发生故障，另一台压缩机将进入超频工作模式，以最大

限度保持制冷能力（约７０％）；如空调控制器发生故障，机组可通过硬线控制

实现手动全冷／半冷、全暖／半暖。变频压缩机设７级制冷，可实现制冷量的精

确输出，能耗降低，实现节能。

２.２空气净化装置

本研究在空调机组内增加空气净化装置，用于处理室外空气中含有的甲醛、

ＴＶＯＣ、ＰＭ２.５等有害物质。空气净化装置利用特殊波长的光等离子管发

出的超低频率电能，产生大量的高能量光等离子团，这些离子可以有效地破坏污

染物，并将有机物等进行分解，从而起到净化空气的作用。空调控制器提供空气

净化控制装置信号，控制空气净化装置工作或停机；空气净化控制装置可将空气

净化装置的故障信息反馈给空调控制器，便于故障查询。采用等离子体空气净化

技术，降低客室内甲醛及ＴＶＯＣ含量。空气净化装置采用光等离子管结构。

２.３车内压力保护控制系统

智能控制动车组空调系统采用被动式车内压力保护系统。列车高速进入隧道

或会车时，安装在头车的压力波传感器检测到车外的压力波动信号后传递给压力

波控制器，压力波控制器发出压力保护动作指令，从而起到压力保护作用。主要

由压力波传感器、压力保护装置监控单元、压力保护阀等组成。压力波传感器头

尾车近司机室两侧各一个，压力保护装置监控单元安装于车辆配电柜内，空调机

组中设新风压力保护阀和废排压力保护阀。压力保护阀是压力保护系统中的执行

机构。当车外压力变化超过设定要求时，压力保护装置监控单元驱动压力保护阀

动作，在压力波产生影响的瞬间将车内外空气通路关闭，从而保证客室内气压的

相对稳定。为实现客室及司机室内的压力控制，每辆端车安装１台压力波控制装

置，用于检测压力波动，并发出压力波保护信号，控制新风口及废排风口的压力

波阀关闭。

２.４风道系统

风道系统结包括送风道、回风道以及废排风道。车顶