空调通风系统的组成及工作原理

【任务目标】

1．掌握城市轨道车辆空调通风系统的组成。

2．掌握城市轨道交通空调通风系统的工作原理。

【任务分析】

通过本任务的学习，重点掌握空调通风系统组成以及结构特点，难点在于掌握空调通风系统工作原理。

【知识链接】

车辆空调通风系统的作用是使客室内的温度、相对湿度、空气流动速度及洁净度保持在规定的范围内，以提高旅客乘坐的舒适性。城市轨道车辆空调通风系统主要由通风系统、制冷系统、加热系统、加湿系统以及自动控制系统五大系统组成。

【知识描述】

一、空调通风系统的作用

空调通风系统的作用是将车外新鲜空气吸入并与车内再循环空气混合，在滤清灰尘和杂质后，再输送和分配到车内各处，使车内获得合理的气流组织。同时将车内污浊的空气排除车外，使车内的空气参数满足设计要求。通风系统包括离心式通风机、送风风道、回风风道、排风口。空气经过制冷机组的蒸发器降温除湿后由离心式通风机送入送风风道。

制冷系统的作用是在夏季对进入车内的空气进行降温、减湿处理，使夏季车内空气的温度与相对湿度维持在规定的范围内。

夏季，通风机将吸入的车内外的混合空气经过蒸发器冷却后送入车内，以达到降温的目的。由于蒸发器表面的温度通常低于空气的露点温度，空气中的部分水蒸气就凝结成水滴。因此，空气在通过蒸发器冷却的同时也得到了减湿处理。

空气加热系统的作用是在冬季对进入车内的空气进行预热和对车内的空气进行加热，以保证冬季车内空气的温度在规定的范围内。

空气加湿系统的作用是在冬季车内空气相对湿度较低时对空气进行加湿，以保证冬季车内空气的相对湿度在规定的范围内。空气加热系统包括吸入空气预热器和车内空气加热器，其热能来自于列车供电系统的电能。

自动控制系统的作用是控制各系统按给定的方案协调地工作，以使室内的空气参数控制在规定的范围内，并同时对空调装置起自动保护作用。

二、空调通风系统的工作原理

（一）蒸汽压缩制冷机的工作原理

1．制冷循环工程

在一定的压力下，液体温度达到沸点（即饱和温度）就会沸腾。在制冷技术中，常把这个饱和温度称为蒸发温度。沸腾的液体如果继续吸热，它就会因吸收了汽化潜热而相变成饱和蒸汽。在同一压力下，不同的液体蒸发温度不同，所吸收的汽化潜热也不同。例如，在一个大气压下，水的蒸发温度为100℃，汽化潜热为2258kJ／kg；而R唱12（氟利昂唱12）的蒸发温度为－29．8℃，汽化潜热为165．3kJ／kg。

例如，若将一个盛满低温R唱12液体的容器敞开口，放在密闭的被冷却空间内，由于被冷却空间内空气的温度高于R唱12的沸点，所以R唱12液体将吸热而汽化，使被冷却空间内空气温度逐渐下降，这个降温过程直到容器内的R唱12液体汽化完为止。为了将汽化的R唱12蒸汽回收使用，需将它再冷却成液体，如用环境介质（如大气或水）来冷凝，蒸汽的冷凝温度就要比环境介质的温度稍高一些。众所周知，压力较高的蒸汽其冷凝温度也较高，因此，只要将R唱12蒸汽用压缩机压缩到所需的冷凝温度相对应的饱和压力，就能用环境介质来冷凝它，使在被冷却空间吸热汽化的R唱12蒸汽重新冷凝成液体。由于冷凝后制冷剂液体的温度还高于被冷却空间空气的温度，因此必须让冷凝后的制冷剂液体降压降温，使其温度低于被冷却空间的温度，这样降压降温后的制冷剂液体就可以在被冷却空间内重新吸热汽化。制冷剂在一个封闭的系统中，只消耗压缩机的功就能反复地实现制冷剂由液体变为蒸汽，再由蒸汽变为液体的相态变化，并通过这种相态变化将低温处的热量转移到高温处去，这就是蒸汽压缩式制冷的工作原理。

图6．1　制冷循环系统

2．蒸汽压缩制冷机的工作过程

蒸汽压缩制冷机组主要是由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器4个部件组成的，并用管道连接，形成一个封闭的循环系统，如图6．1所示。

其工作过程如下：

①制冷剂液体在蒸发器中吸收被冷却物体（如室内的空气）的热量，而汽化成低压低温的蒸汽后被压缩机吸入。

②压缩机消耗一定的机械功将制冷蒸汽压缩成压力、温度都较高的蒸汽，并将其输入冷凝器。

③高温、高压的制冷剂蒸汽在冷凝器内被环境空气（或水）冷却，制冷剂蒸汽放出热量后被冷凝成液体，此时的制冷剂液体还处于高温、高压状态。

④高温、高压的制冷剂液体经过膨胀阀节流降压、降温后进入蒸发器。

此时的制冷剂液体已变为低温、低压状态。在蒸发器中，低温、低压的制冷剂又吸收被冷却物体的热量蒸发成相对的低温、低压的制冷剂蒸汽，再被压缩机吸入，如此周而复始地循环。

3．制冷剂液体过冷和吸气过热对制冷循环的影响

①制冷剂液体过冷的影响。制冷剂在冷凝器中被冷凝成液体后，如果液体制冷剂继续向外放热，换句话说液体制冷剂继续被冷凝，就会使制冷剂液体的温度低于饱和温度（这是指对应于冷凝压力的冷凝温度）而成为过冷液体。

②吸气过热的影响。在理论循环中，假定由蒸发器流出和被压缩机吸入的制冷剂都是饱和蒸汽，从蒸发器出口至压缩机吸入口之间的管路不存在热交换。

③回热制冷循环。为了限制节流汽化，从冷凝器出来的液态制冷剂应进一步降温，使其过冷。

（二）空调通风系统基本布置气流组织

为了便于安装、维护，城轨车辆空调装置基本采用集中式布置，即除了一些控制部件外，将空调制冷通风系统的主要部件都集中布置于一个机箱内，整个机组箱体安装于车辆顶部。这样的设计使得机组具有结构紧凑、占用空间小、制冷管路短、可以实现快速整体更换的优点。

图6．2所示为广州地铁2号线空调单元的布置方式。

图6．2　城市轨道车辆空调单元布置

车顶空调机组将经过处理的空气，从一端（或两端）通过送风口送出，为保证均匀送风，车厢顶部还设置有送风通道，通过送风通道将风均匀地输送到整节车厢。而回风一般不设专门的回风通道，回风方式也没有固定的模式，目前大致有3种模式：即通过车厢顶部中间回风，通过车厢顶部两侧回风和通过车厢（座位）底部回风。图6．3所示为一种空调机组送、回风布置类型图。

三、空调机组基本组成

空调（制冷）装置主要包括压缩机、冷凝器、节流阀（膨胀阀）和蒸发器4大部件，不同时期、不同厂家生产的空调机组虽然在外观形状、部件设计布局上有些不同之处，但基本构造都是大同小异的。