第四章 通風(fēng)系統(tǒng)

1第四章動(dòng)車組通風(fēng)系統(tǒng)主講人：孫寶敬2本章內(nèi)容簡(jiǎn)介第一節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)的組成第二節(jié)合理的氣流組織第三節(jié)空氣凈化第四節(jié)誘導(dǎo)通風(fēng)第五節(jié)應(yīng)急通風(fēng)第六節(jié)典型動(dòng)車組通風(fēng)系統(tǒng)介紹3通風(fēng)系統(tǒng)是空調(diào)裝置的重要組成部分，其作用是將經(jīng)過(guò)處理的空氣輸送和分配到客室并獲得合理的氣流組織，同時(shí)還將客室內(nèi)污濁的空氣排出室外，使室內(nèi)的空氣參數(shù)滿足設(shè)計(jì)的要求。列車的通風(fēng)系統(tǒng)除了可以給乘客提供新鮮空氣外，它的另一項(xiàng)功能就是保證車廂內(nèi)具有適當(dāng)?shù)臍鈮海串?dāng)車外氣壓發(fā)生明顯變化時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)將車廂內(nèi)的氣壓維持在一個(gè)讓人們感到舒適的水平。第一節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)的組成一、通風(fēng)系統(tǒng)的作用4通風(fēng)系統(tǒng)是客車空調(diào)裝置中唯一不分季節(jié)而長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，因此，它的質(zhì)量狀態(tài)直接影響到旅客的舒適性和空調(diào)裝置的經(jīng)濟(jì)性。按照工作動(dòng)力來(lái)區(qū)分，通風(fēng)系統(tǒng)可分為自然通風(fēng)系統(tǒng)和強(qiáng)迫通風(fēng)系統(tǒng)。二、通風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn)及分類5在通風(fēng)機(jī)組的作用下，室外新鮮空氣經(jīng)新風(fēng)口吸入車內(nèi)，經(jīng)濾塵器過(guò)濾并與回風(fēng)混合后送入空氣處理室，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器冷卻或者由電預(yù)熱器預(yù)熱，送入主風(fēng)道，再由各送風(fēng)口均勻地送入室內(nèi)。室內(nèi)空氣的一部分，經(jīng)回風(fēng)口、回風(fēng)道被通風(fēng)機(jī)吸入作為再循環(huán)空氣重復(fù)使用；另一部分則經(jīng)由排風(fēng)口和排風(fēng)扇排出車外。通風(fēng)系統(tǒng)工作過(guò)程示意圖6客車空氣調(diào)節(jié)原理圖7主要部件：通風(fēng)機(jī)進(jìn)排風(fēng)裝置風(fēng)道空氣凈化設(shè)備空氣壓力波動(dòng)控制裝置(高速列車通風(fēng)系統(tǒng))三、通風(fēng)系統(tǒng)的組成8通風(fēng)機(jī)(組)通風(fēng)機(jī)組是通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)力裝置，由離心式通風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)組成；通風(fēng)機(jī)組一般安裝在車輛端部平頂板上部空間，也可以安裝在車下部，其安裝位置主要取決于空氣處理設(shè)備的位置。9風(fēng)道形狀和布置將直接影響車內(nèi)氣流組織和空調(diào)效果。空調(diào)列車的風(fēng)道可由各種不同的材料制成，也可有很多不同的構(gòu)造和斷面形式。作用：輸導(dǎo)空氣，送風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)道把處理好的新鮮空氣輸送到客車車廂內(nèi)；排風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)道把需要排除的污濁空氣輸送至車外。101）主風(fēng)道作用：將經(jīng)過(guò)空氣冷卻器或預(yù)熱器處理后的空氣輸送到客室內(nèi)。按風(fēng)道截面沿長(zhǎng)度方向是否變化，有變截面和等截面風(fēng)道之分。112）回風(fēng)道作用：車廂與通風(fēng)機(jī)之間用于傳輸再循環(huán)空氣。斷面形狀一般根據(jù)車內(nèi)安裝位置和空間大小而定?？蛙嚿系幕仫L(fēng)口大部分設(shè)在客室內(nèi)通風(fēng)機(jī)端端壁的下部，采用集中回風(fēng)方式。123）排風(fēng)道用來(lái)排除車內(nèi)污濁空氣，所以其一端連接在排風(fēng)口，而另一端與排風(fēng)扇相連或與自然通風(fēng)器連接。由于外界新鮮空氣不斷被送入車內(nèi)，與其等量的車內(nèi)污濁空氣就由排風(fēng)口和排風(fēng)道被排出車外，以保持車內(nèi)壓力恒定。13吸風(fēng)口、送風(fēng)口及其調(diào)節(jié)板1）吸風(fēng)口也稱新風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口，它是新鮮空氣的吸入口。一般布置在裝有通風(fēng)機(jī)端的車門上部，也可設(shè)置在車端上部和車頂上部。

142）送風(fēng)口作用：給車廂分配空氣；其形式對(duì)射流的擴(kuò)散及空間內(nèi)氣流流型的形成有直接影響。送風(fēng)口處一般裝有散流器(送風(fēng)器)；集中送風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)，其送風(fēng)口一般都沿車頂棚或側(cè)壁均勻布置。3）調(diào)節(jié)板

作用是調(diào)節(jié)通過(guò)風(fēng)道的空氣流量。15車內(nèi)空氣凈化設(shè)備

—空氣過(guò)濾器

空氣中總是不同程度地含有各種灰塵和雜質(zhì)。過(guò)多的灰塵進(jìn)入車內(nèi)，不僅會(huì)影響旅客的舒適和健康，也不利于空氣處理設(shè)備的正常工作。因此，通風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)有空氣過(guò)濾器。16空氣壓力波動(dòng)控制裝置如果車內(nèi)空氣壓力的變化量及變化速度超過(guò)一定值，則會(huì)刺激旅客的耳鼓膜，引起耳脹耳痛，從而影響乘客的舒適性。日本新干線上的測(cè)試結(jié)果表明：車內(nèi)壓力在-0.2kPa以下和+0.2kPa以上時(shí)，開(kāi)啟車門時(shí)有“耳感不適”現(xiàn)象；超過(guò)+0.5kPa時(shí)，車門一打開(kāi)，旅客將感到極度不適。17車內(nèi)氣壓對(duì)人體舒適性影響可用壓力變化速度(壓力變化率)來(lái)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)分為七級(jí)：第一級(jí)為200Pa/s，對(duì)應(yīng)于沒(méi)有不舒適感覺(jué)；第七級(jí)為300Pa/s，對(duì)應(yīng)于強(qiáng)烈不舒適感覺(jué)；可以忍耐值為三級(jí)，約為233.4Pa/s

世界各國(guó)對(duì)高速列車都有自已的具體要求：日本要求車內(nèi)的最大壓力變化率，新車不超過(guò)200Pa/s，舊車不超過(guò)300Pa/s；德國(guó)規(guī)定壓力變化率的范圍為：200~400Pa/s18我國(guó)鐵道部在高速動(dòng)車組的招標(biāo)文件中對(duì)車內(nèi)氣壓舒適性作了具體要求：在各車廂的地板下安裝1臺(tái)給排氣一體型連續(xù)換氣裝置以控制車內(nèi)壓力波動(dòng)；壓力變化的最大值不得超過(guò)1000Pa，壓力變化率不應(yīng)超過(guò)200Pa/s。

為減少壓力波影響，保證旅客舒適度，高速車輛必須采取良好的空氣壓力密封，同時(shí)需要加裝可控的進(jìn)排氣控制裝置，以便在車外壓力發(fā)生變化時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)排氣口的工作狀態(tài)，防止車內(nèi)空氣壓力變化過(guò)大。19日本300系車輛的板簧式壓力緩和裝置20壓力緩和裝置的作用效果21日本新研制的風(fēng)量控制式換氣系統(tǒng)一旦壓力傳感器監(jiān)測(cè)到車內(nèi)外壓力的變化超過(guò)一定值，則電磁閥動(dòng)作。通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度，保持進(jìn)氣口和排氣口的平衡，使車內(nèi)壓力變化最小，提高了列車運(yùn)行舒適度。系統(tǒng)的進(jìn)、排風(fēng)口由電磁閥開(kāi)閉，電磁閥受車內(nèi)、外壓力傳感器和進(jìn)、出隧道信息的控制。22CRH5動(dòng)車組壓力波動(dòng)控制系統(tǒng)23第二節(jié)合理的氣流組織氣流組織：為了使客車車廂內(nèi)空氣的溫度、濕度、流速等指標(biāo)符合人體的舒適性要求，必須使車內(nèi)空氣合理地流動(dòng)，通常把對(duì)車內(nèi)空氣“流動(dòng)”和“分布”的控制稱為氣流組織。氣流組織是通風(fēng)的核心環(huán)節(jié)。

一、氣流組織的概念24影響氣流組織的因素：影響氣流組織的因素很多，如送風(fēng)口和回風(fēng)口的位置、型式、大小、數(shù)量，送風(fēng)射流的參數(shù)(送風(fēng)溫差和送風(fēng)速度)，車內(nèi)設(shè)施的布置和大小，以及各種熱源分狀況等。氣流組織設(shè)計(jì)的任務(wù)：通過(guò)合理選擇送風(fēng)口、回風(fēng)口及排風(fēng)口的數(shù)量和位置來(lái)組織車內(nèi)空氣的流動(dòng)，使車廂內(nèi)形成比較均勻而穩(wěn)定的溫度、濕度、氣流速度和清潔度。25對(duì)溫度梯度的要求：在工作區(qū)內(nèi)的地面上方0.1m

和1.1m之間的溫差不應(yīng)大于3℃。二、人體舒適性對(duì)氣流組織的要求對(duì)風(fēng)速的要求：舒適性空調(diào)冬季室內(nèi)風(fēng)速不應(yīng)大于0.2m/s，夏季不應(yīng)大于0.3m/s。26空調(diào)客車內(nèi)部的溫度、相對(duì)濕度、氣流速度、污染物濃度等都應(yīng)滿足一定的要求，而這些參數(shù)都直接受車內(nèi)“空氣流動(dòng)”和“分布狀況”的影響。氣流的組織形式多種多樣，分類方法也各有所不同，例如，按送、回風(fēng)口的布置可分為“上送下回”、“上送上回”、“下送上回”及“中送風(fēng)”等形式；按氣流的組織方式又可分為混合式、置換式、單向流式和局部式等4種形式等等。

三、氣流組織的方式27(a)上側(cè)送、同側(cè)下回；(b)上側(cè)送、對(duì)側(cè)下回；(c)上側(cè)送、上側(cè)回；

(d)雙側(cè)送、雙側(cè)下回；(e)上部?jī)蓚?cè)送，上回；(f)中側(cè)送、下回、上排混合式氣流組織——側(cè)送風(fēng)的室內(nèi)氣流分布28頂送風(fēng)的室內(nèi)氣流分布(a)散流器平送、頂棚回風(fēng)；(b)散流器向下送風(fēng)、下側(cè)回風(fēng)工作區(qū)基本上處于混合空氣中工作區(qū)位于向下流動(dòng)的氣流中，在向下流動(dòng)的上部是射流混合區(qū)。這種流型的通風(fēng)效率和換氣效率較高，主要用于有較高凈化要求的場(chǎng)合?；旌鲜綒饬鹘M織——頂送風(fēng)的室內(nèi)氣流分布29下部送風(fēng)的室內(nèi)氣流分布工作區(qū)內(nèi)的氣流近似于單向流；換氣效率較高；既節(jié)省冷量，又有較高的室內(nèi)空氣品質(zhì)。置換式氣流組織30氣流在空間的斷面上均勻分布單向流的室內(nèi)氣流分布31座椅送風(fēng)的局部氣流分布局部式氣流組織32

第三節(jié)空氣凈化

空氣凈化的目的是去除空氣中的污染物質(zhì)，從而控制車內(nèi)空氣達(dá)到潔凈要求。對(duì)于鐵路空調(diào)客車來(lái)說(shuō)，進(jìn)入車內(nèi)的空氣由車外空氣和車內(nèi)循環(huán)空氣兩部分構(gòu)成。車外空氣由于受到環(huán)境污染，空氣中包括粉塵、煙霧、微生物、花粉等懸浮污染物，以及如CO、SO2等各種有害氣體。車內(nèi)循環(huán)空氣受到人的活動(dòng)和工作過(guò)程的污染，如人體呼出CO2、身體散發(fā)出體味并可能帶有病菌。一、空氣凈化的概念33列車空氣調(diào)節(jié)設(shè)備必須包含空氣凈化裝置；通過(guò)凈化處理，使進(jìn)入車內(nèi)的空氣能夠達(dá)到所要求的潔凈度?？諝鉂崈舳韧ǔＳ每諝猸h(huán)境中空氣含塵量的多少來(lái)表示。34一般凈化：對(duì)送入空氣只要求進(jìn)行一般的凈化處理；大多數(shù)以控制溫、濕度為主的民用與工業(yè)建筑空調(diào)工程均屬于此類。中等凈化：對(duì)車廂中空氣中懸浮微粒的質(zhì)量濃度有一定要求，空調(diào)客車車廂內(nèi)空氣中的含塵量1mg／m3等；超凈凈化：對(duì)空氣中懸浮微粒的大小和數(shù)量均有嚴(yán)格要求。超凈凈化用以滿足某些生產(chǎn)工藝和科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)高潔凈度生產(chǎn)環(huán)境的特殊要求。二、內(nèi)部空間空氣凈化的要求35三、空氣凈化處理技術(shù)1、過(guò)濾技術(shù)：纖維過(guò)濾技術(shù)屬于表面過(guò)濾技術(shù)，空氣中的微粒在纖維過(guò)濾材料的表面被捕集。纖維過(guò)濾材料對(duì)微粒的捕集主要是借助篩濾作用、慣性碰撞作用、攔截作用、以及擴(kuò)散作用等機(jī)理的單獨(dú)或聯(lián)合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。362、靜電過(guò)濾技術(shù)(靜電除塵技術(shù))：靜電過(guò)濾器工作原理373、吸附技術(shù)：吸附技術(shù)是一種主要的空氣凈化技術(shù)。原理：固體表面上的分子力處于不平衡或不飽和狀態(tài)，由于這種不飽和的結(jié)果，固體會(huì)把與其接觸的氣體或液體溶質(zhì)吸引到自己的表面上，從而使其殘余力得到平衡。固體表面上進(jìn)行的這種物質(zhì)吸附現(xiàn)象就稱作吸附。目前在空氣品質(zhì)處理中應(yīng)用較廣的吸附劑主要是顆?；钚蕴亢突钚蕴坷w維。384、光催化凈化：光催化凈化是基于光催化劑在紫外線照射下具有的氧化還原能力而凈化污染物的一項(xiàng)技術(shù)。光催化是以光為能量激活催化劑，反應(yīng)在常溫下就能進(jìn)行。在光催化反應(yīng)中，用紫外光為光源，激發(fā)產(chǎn)生的活性自由基與污染物反應(yīng)，將空氣中的微量有害氣體及人體散發(fā)的異味氣體徹底分解為無(wú)臭、無(wú)害產(chǎn)物，因此可以從根本上消除室內(nèi)空氣污染物對(duì)人體健康的危害。395、空氣負(fù)離子：

空氣負(fù)離子凈化空氣的原理：空氣負(fù)離子能夠附著在固相或液相污染物微粒上形成大離子，大離子會(huì)借助凝結(jié)和吸附作用而沉降下來(lái)。以此實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的凈化。406、臭氧：臭氧(O3)是一種強(qiáng)氧化劑。臭氧在室內(nèi)空氣凈化中的應(yīng)用是將臭氧直接與室內(nèi)空氣混合，或?qū)⒊粞踔苯俞尫诺绞覂?nèi)空氣中去，利用臭氧極強(qiáng)的氧化作用，達(dá)到滅菌消毒的目的。由于將臭氧直接釋放到空氣中，整個(gè)室內(nèi)空間，包括該空間內(nèi)的所有物品周圍，都充滿了臭氧氣體，因而消毒滅菌范圍廣。臭氧能夠氧化有機(jī)物，因而也能和構(gòu)成人體的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，如果使用不當(dāng)，臭氧也能危害人體健康。41

第四節(jié)誘導(dǎo)通風(fēng)誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)：誘導(dǎo)通風(fēng)是客車空調(diào)中主要的一種通風(fēng)形式。把采用“誘導(dǎo)器”做為通風(fēng)系統(tǒng)末端裝置(送回風(fēng)口)的空調(diào)系統(tǒng)稱為“誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)”。42一、誘導(dǎo)通風(fēng)的工作原理誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)1-混合箱；2-噴嘴；3-靜壓室；4-通風(fēng)機(jī)；5-集中空氣處理箱43二、誘導(dǎo)器簡(jiǎn)介誘導(dǎo)器：誘導(dǎo)器是誘導(dǎo)通風(fēng)的送風(fēng)設(shè)備，由“外殼”、“噴嘴”、“靜壓箱”和“一次風(fēng)聯(lián)接管”、“熱交換器(盤管)等幾部分組成。44誘導(dǎo)器的結(jié)構(gòu)示意圖(a)立式；(b)臥式；(c)立式雙面1-一次風(fēng)連接管；2-靜壓箱；3-噴嘴；4-二次盤管；5-混合段；6-旁通風(fēng)門；7-凝水盤；8-導(dǎo)流板45三、誘導(dǎo)通風(fēng)的特點(diǎn)誘導(dǎo)通風(fēng)最明顯優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備緊湊、風(fēng)道尺寸??；經(jīng)過(guò)空氣冷卻器去濕冷卻后的一次風(fēng)的溫度，不受送風(fēng)溫差的限制。46

第五節(jié)應(yīng)急通風(fēng)一、應(yīng)急通風(fēng)的概念應(yīng)急通風(fēng)：指當(dāng)交流動(dòng)力電源失效時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)由蓄電池通過(guò)逆變器給風(fēng)機(jī)供電，進(jìn)而向車內(nèi)送入新風(fēng)的過(guò)程。主要目的是保障旅客的生命安全，而不是提供舒適性環(huán)境；因此應(yīng)急通風(fēng)對(duì)系統(tǒng)的基本要求是，能夠在盡可能長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)向客室提供乘客所需的最小新風(fēng)量。47二、應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)的特殊設(shè)備

除了供電方式不同之外，應(yīng)急通風(fēng)和常規(guī)通風(fēng)過(guò)程在原理上沒(méi)有根本性的差別。適合于空調(diào)風(fēng)機(jī)使用的逆變電源是應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。當(dāng)列車外部交流回路失電時(shí)，該電源將直流電逆變成三相交流電，繼續(xù)給通風(fēng)機(jī)供電，使通風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作，又稱緊急逆變器。48

第六節(jié)典型動(dòng)車組通風(fēng)系統(tǒng)介紹一、國(guó)外高速客車通風(fēng)系統(tǒng)

日本主要采用車頂中央風(fēng)道送風(fēng)、散流器或條縫式送風(fēng)口向下送風(fēng)的通風(fēng)方式，即便是空調(diào)機(jī)組及送風(fēng)機(jī)設(shè)置在車下，也要通過(guò)側(cè)墻垂直風(fēng)道將風(fēng)送到車頂送風(fēng)道中，然后再送到車內(nèi)；德國(guó)ICE型高速客車采用的也是車頂下送風(fēng)的通風(fēng)方式，但送風(fēng)末端一般為多孔板；法國(guó)TGV系列高速客車空調(diào)機(jī)組基本安裝在車下，在地板兩側(cè)設(shè)置風(fēng)道，通過(guò)設(shè)置在窗下的誘導(dǎo)器送風(fēng)。49二、我國(guó)270km/h高速列車的通風(fēng)系統(tǒng)270km/h高速列車氣流組織示意圖氣流組織采用非等溫受限射流兩側(cè)出風(fēng)形式送風(fēng)特點(diǎn)：①允許較大的送風(fēng)速度，使客室頂板內(nèi)風(fēng)道截面相應(yīng)減小，提高客室內(nèi)頂板高度，增加乘客舒適度和內(nèi)裝的美感。

②氣流在客室每一個(gè)截面形成閉環(huán)，不但截面的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)均勻性好，而且該送風(fēng)方式使整個(gè)工作區(qū)都處于回流之中，避免了直吹。

50三、CRH1動(dòng)車組通風(fēng)系統(tǒng)CRH1動(dòng)車組客室采用分體式空調(diào)裝置(原型車為整體式空調(diào)，設(shè)置于車輛的端部)；司機(jī)室有一個(gè)布置在車頂上的單元式空調(diào)機(jī)組?？諝馓幚韱卧O(shè)在車頂中部，供風(fēng)由兩邊的矩形主風(fēng)道，經(jīng)消音器和散流器流入客室。排風(fēng)單元設(shè)置于每節(jié)客車車廂端部的車頂和天花板之間?？照{(diào)布置圖風(fēng)道及風(fēng)口布置圖廢排單元布置圖5152CRH1動(dòng)車組二級(jí)風(fēng)道系統(tǒng)在車體頂部的布置CRH1動(dòng)車組主風(fēng)道系統(tǒng)在車體頂部的布置送風(fēng)風(fēng)道消音器加熱器廁所送風(fēng)口主風(fēng)道送風(fēng)口三、CRH1動(dòng)車組通風(fēng)系統(tǒng)53CRH1送風(fēng)風(fēng)道在車體上的布置1.車體通風(fēng)風(fēng)道2.主送風(fēng)風(fēng)道3.軟管4.二級(jí)送風(fēng)風(fēng)道5.側(cè)墻加熱器54CRH1