关于提升福州地铁车辆空调温度控制技术的具体实践

林泽南 袁斯海

摘要：为提高乘客的乘坐体验，同时节约能源和降低运营成本。福州地铁技术研究人员根据乘客需求并结合车辆实际情况，从设备性能、客流及投诉行为分析、当地气候特征等多角度因素，着力研究开展改善车辆空调温度控制机制，制定合理的空调温度控制策略。

关键词：地铁车辆；空调温度控制

一、福州地铁车辆客室空调设备简介

福州地铁电客车每节车辆设置两台空调机组，每台机组制冷功率为40kW。客室空调采取车控模式，同一客室两台空调控制模式一致。目前，福州地铁车辆客室空调设置为自动冷，并对客室进行了温度分区（1、6车为微冷车，2-4车为中冷车）。自动冷模式下的目标温度根据国际铁路联合会（UIC）553规范“客车车厢的通风、供暖和空调”中旅客区温度值的条件曲线制定。

自动冷模式下，空调系统将根据外界温度（Tem）计算出标准温度（Ta），计算公式如下所示：

Ta=22℃（Tem＜19℃）

Ta=22℃+0.25℃（Tem-19℃）（Tem≥19℃）

当计算结果存在小数时，向下取整。

微冷车厢的制冷目标温度为标准温度向上偏移1℃（Ta+1℃），中冷车厢的制冷目标温度为标准温度向下偏移1℃（Ta-1℃）。

考虑乘客乘坐的舒适性，制冷目标温度最高为26℃，最低为22℃。目标温度高于26℃，仅显示并执行26℃。目标温度低于22℃，仅显示并执行22℃，当监测到客室温度低于21℃时，切断空调制冷设备工作。

二、各线路现空调控制逻辑

1/2/5/6号线车辆空调全年均采用自动冷控制模式，4号线采用手动冷控制模式，空调目标温度曲线均参照UIC553标准执行。当外界温度低于16℃时，压缩机停止工作，空调处于通风工作模式。当外界温度高于16℃时，根据外界温度制定目标温度，并对比客室内温度控制压缩机启停。以下为不同外界温度下目标温度的变化方式：

	1号线	2号线	4号线	6号线	5号线
外界温度＜16℃	通风	通风	通风	通风	通风
外界温度16℃-19℃	22℃	22℃	25℃	22℃	23℃
外界温度≥19℃	22℃+0.25*（外界温度-19℃）	22℃+0.25*（外界温度-19℃）	执行固定目标温度：默认25℃,通过远程±1K，0,±2K温度偏移指令可以进行目标温度偏移调整	22℃+0.25*（外界温度-19℃）	23℃+0.25*（外界温度-19℃）

三、车辆客室温度情况分析

对1号线电客车客室空调工作状态的长期跟踪表明，空调监测到外界环境温度波动范围为20℃-33℃。微冷车厢目标温度变化范围为23℃-26℃，全年平均温度24.6℃。中冷车厢目标温度为22℃-25℃，全年平均温度22.8℃。

从数据中可以看出，一般日常客流对中型城市地铁列车客室内温度并无明显影响，客室内实际温度与目标温度的偏差基本保持在±1℃范围内。短时间内，实际温度与目标温度有出现-2℃偏差的情况。

四、空调温度控制逻辑优化和温控策略

（一）温度控制逻辑优化

基于福州地铁现有空调设备基础，技术人员致力于空调软件控制开发，初步探索自动冷模式下增加载荷调节设定温度功能，空调收到“自动冷”模式命令后，空调根据外环温自动判断运行模式及设定温度。

空调机组设定温度：默认目标温度将根据UIC553计算，初次上电一小时内，设定温度随室外温度实时变化；1小时之后，室外温度取前一小时的平均值计算设定温度，其计算公式如下所示：

当Toa>27℃时，Ts=23℃+0.25℃（Toa-19℃）+ΔK1+ΔK2

当Toa>19℃时，Ts=22℃+0.25℃（Toa-19℃）+ΔK1+ΔK2

当Toa≤19℃时，Ts=22℃

注：ΔK1：HMI设置偏移量；ΔK2：根据载荷调节偏移量。

当载客量＜AW1时，空调设定温度Ts上调1℃，ΔK2=+1K；

当AW1≤载客量≤AW2时，空调设定温度Ts不变，ΔK2=0；

当载客量＞AW2时，空调设定温度Ts下调1℃，ΔK2=-1K。

（二）温度控制策略

基于软件开发增加设置偏移量功能，技术人员还根据福州本土气候以及日常气温变化做了进一步研究。当然，这一举措尚在试行阶段，须经长期温度监测和乘客反馈不断地进行调整。

五、地铁车辆车厢温度控制优化新思考

（一）回风温度补偿

空调通过安装在回风路径的温度传感器（机组回风口位置）检测车厢内温度，受检测位置、回风风场等因素影响，检测温度可能会与车厢内实际温度存在偏差。此时可通过增加回风温度补偿的措施对检测温度进行修正。

（二）除湿控制

机组在回风口位置设置湿度传感器进行湿度检测，当满足设定条件时，自动控制机组进行除湿。

1.空调除湿原理

制冷模式是空调器最基本的功能，在空调器制冷过程中，潮湿空气通过空调器蒸发器后温度会大幅度下降，空气湿度处于一种过饱和状态，多余水汽以冷凝水的形式析出，凝结于蒸发器的翅片上，形成“凝露”，因此空调机组在制冷的同时伴随着空气湿度的降低（即除湿）。等到制冷模式达到一定的平衡状态，空气湿度也就降到了一定的水平。空调制冷量由潜热量和显热量组成，潜热量代表空调除湿能力，显热量代表空调降温能力。

2.除湿控制方案

由以上空调的除湿原理，增加除湿量主要有以下两种方法：降低蒸发器表面的温度，空气经过的蒸发器温度越低（0℃以上），空调机组除湿量越大；增加空气与蒸发器翅片的接触时间，一般情况下接触时间越长，空调机组除湿量越大。对于轨道变频空调来说，空调机组主要是通过调节压缩机运行频率和电子膨胀阀开度来降低蒸发器表面温度来进行降温除湿。制冷模式下客室内温度达到一定的平衡状态后，空气湿度也就降到了一定水平。空调检测到客室内空气相对湿度较高(RH≥65%)，此时空调系统将根据客室内温度和相对湿度情况，适量提高压缩机运行频率，辅以电子膨胀阀开度调节，降低蒸发器内部压力，降低蒸发器表面温度，增大空气经过蒸发器后的凝露量，即增大空调机组除湿量。空气与换热器进一步热交换，降低空气相对湿度后，当客室内相对湿度达到一定水平后(RH＜50%)，空调系统发送指令，退出除湿模式。

六、结语

车厢温度控制优化手段还有很多，诸如冷暖车厢的运用、改善压缩机的启机效率或工作数量，车站设置导流路线等。当然，所有的温度控制优化的手段都需要结合本土的气候特点以及人文特征并经历漫长的实践才可以具体的运用，也说明地铁车厢温度控制优化还有很长的一段路要走。