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摘要:根據國內現有懸掛式單軌列車多存在的客室溫、濕度波動大以及溫度控制不準確等問題。從懸掛式單軌列車運營特點出發，介紹了該型列車空調系統設計選型的特殊性，重點探討了在車廂內外環境波動、潮汐客流等影響下的列車空調系統設計選型。
關鍵詞:懸掛式單軌列車;空調系統;設計選型;潮汐客流
0引言
懸掛式單軌交通又名“空軌”“空鐵”，屬于輕軌鐵路的一種，具有噪聲低、爬坡能力強、轉彎半徑小、快速便捷、占地少、造價低、利于環境保護等優點，是現代化城市快速軌道立體交通的一種新形式。
1空軌交通系統特點
區別于其他軌交系統，空軌運用場景、運行場合、建設區位與傳統軌道交通明顯不同，具有鮮明的運營特點。
1)空軌軌道梁為全高架鋪設(車輛懸空運行)，為實現沿途觀光，滿足乘客大范圍、多角度觀景需求，空軌車體通常預留大面積玻璃空間，玻璃占比示意如圖1所示。車廂內部舒適性受外部環境溫、濕度波動直接影響，尤其受全天太陽輻射熱波動影響較大。以武漢全天太陽輻射強度逐時值為例，如表1所示。
2)作為一種中、低運量的新型公共交通方式，空軌“公共交通線”主要規劃、建設適用于特大都市延長線、郊區線，高鐵、城際鐵路、機場、碼頭聯絡線，國內三、四線城市軌道交通干線等，受節假日、工作日上班時間影響，潮汐客流異常明顯。“景區線”受淡、旺季的影響，實際運營同樣受人數波動影響較大。以國內某在建空軌景區線項目為例。項目根據實際情況，分淡季、旺季和節假日預測客流，相關客流指標分析結果如表2的所示。分析結果表明，空軌的實際運營受全年潮汐客流明顯影響，且成熟空軌交通系統須同時滿足景區初、遠期使用需求，使得列車包括空調系統在內的多個系統設計存在難度。
3)懸掛式單軌列車區別于傳統干線列車、地鐵等，其車載設備集中布置于車頂(見圖1)。由于外環境熱源、車輛運行狀態的波動，造成車頂各類設備散熱量持續變化，易對空調機組溫度調節產生干擾。以上影響因素均對列車實際運營、維護，廂內環境舒適度保持帶來巨大挑戰。
2基于車廂內外環境動態波動下的空調機組設計選型
列車空調是實現車內舒適性指標的核心部件，設計過程受人體舒適性指標指導。人體的舒適性指標參照美國供暖、制冷與空調工程師學會手冊，該設計標準適用于活動量小、風速相對較低的環境，可作為城市軌道交通車輛內溫度控制的舒適性指標;同時參考GB9673－1996《公共交通工具衛生標準》等相關要求，指導參數確認過程。
2．1列車空調系統制冷功率計算
空調系統制冷量計算是產品定型的關鍵，設計過程參照TB1951－87《客車空調設計參數》、TB/T1957－91《鐵路空調客車熱工計算方法》等標準。車輛空調裝置制冷量用于平衡列車客室內熱負荷(包含新風熱負荷)。通常情況下，在車廂空氣參數確定后，所需的有效制冷量大小主要根據外氣參數、車體傳熱系數、車內人數及新風量等，設計有效制冷量以實現車廂內部舒適性需求。以國內某空軌線為例，定員數量、太陽輻射熱對車輛額定制冷量總需求起決定性作用，兩者占比逾80%。傳統軌道列車車廂內環境相對穩定，參數確認往往只需要完成額定工況靜態計算。由于空軌具備的上述特點，為實現車廂內環境高品質，在完成額定工況計算的同時，須考慮車廂內外環境動態波動(太陽輻射熱、潮汐客流波動等)對車內乘客舒適性的影響。
2．2空調機組定型設計
懸掛式單軌列車車型具有車廂小型化、大量車載設備布置于車廂頂部的特點。以湖北某在建空軌項目為例(見圖1)，因此，空調機組設計須滿足小型化、集成化特點，應采用新風裝置、應急通風裝置集成于空調機組內部的單元式空調。
2．3內外環境動態波動下的空調機組核心部件設計選型
針對空軌交通系統的運行特點，整車受全天太陽熱輻射以及溫、濕度波動影響，同時車廂內部受到全年、全天潮汐客流的影響，車廂內外熱源波動巨大?？照{機組核心部件須適應大范圍調節的條件。
2.3.1壓縮機頻率對車內溫、濕度的影響
壓縮機作為空調機組的核心部件，其性能優劣直接影響車內溫、濕度控制。根據懸掛式單軌列車全天熱影響因素波動情況，空軌空調系統運行長時間處于非額定制冷量工況，且全天多時段出現嚴重偏離的狀態。圖2為不同壓縮機運行頻率下的客室溫度偏差。以國內某空軌試驗線測試數據為例，模擬項目初期、近期非節假日車輛運行:外環境溫度33℃，相對濕度57%，測試模式AW0工況，模擬壓縮機不同頻率的運行，結果表明:壓縮機運行頻率越低，車廂內部溫度控制越準確。進一步證明了壓縮機大范圍、多頻率控制的必要性。
2.3.2通風機頻率對車內溫、濕度的影響
空調機組通風機是為客室輸送干凈、舒適空氣的重要部件。根據空軌的運營特點，車廂內外熱負荷波動明顯，人體的舒適度指標同時受到環境溫度、氣流速度影響。以恩施項目客流研究為例，淡旺季、節假日的客流波動可達數十倍。因此，根據車內外熱負荷波動，實現自動調節風量功能的變風量通風機更適合懸掛式單軌列車空調系統。采用試驗驗證，試驗現場車外溫度28℃，相對濕度98%，測試模式AW0工況，壓縮機低頻率運行，通風機額定風量運行，車內出現溫、濕度失控的情況，實測溫度嚴重偏離設定溫度。根據出現情況進行現場測試調整:方案一，調整壓縮機頻率至最低運行頻率，發現溫度控制偏差仍然存在;方案二，調整壓縮機運行頻率的同時，降低通風機的風量，試驗結果如圖3所示，車廂內溫度控制精確度明顯提升。由此得出，為滿足空軌列車車廂內外熱負荷大范圍波動的情況，空調系統應在設計階段考慮列車總風量可調節，滿足車內溫、濕度控制需求。
2.3.3通風機頻率對車內噪聲的影響
作為客室內部設備噪聲的主要來源，通風機運行頻率的高低直接影響車廂內部整體噪聲等級。通風機根據客室人數波動自動調節通風量，可進一步提升空軌列車車內舒適度。以中鐵科工試驗線測試數據為例，根據GB14892－2016相應要求進行試驗，通風機分別以19Hz和15Hz運行，對應噪聲數據依次為66dB和61dB，客室內舒適度提升明顯。圖4專用聲學測試分析系統現場噪聲試驗機組其余部件根據空調系統實際使用情況配套設計。
3結語
空軌作為軌道交通系統的一種，其明顯區別于干線列車、地鐵等其他車型?？照{系統作為空軌車輛核心部件之一，對保證車廂內部環境、乘坐的舒適性及乘客乘坐的安全性起著重要的作用?？照{機組的設計須根據空軌的運營特點進行針對性的調整，最大化實現客室內環境高品質。
作者：張翔 單位：中鐵工程機械研究設計院有限公司