客车加热器空调-铁路客车冬季热泵式空调取暖可
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目前我国铁路空调客车冬季取暖仍然以电加热器取暖为主，电加热器取暖方式操作简单、基本满足客车取暖的要求。但是，由于现在能源状况趋于紧张，对于冬季取暖仍然以电加热器取暖为主的铁路客车而言，就显得有些浪费能源。借助已得到广泛应用的房间热泵空调技术，通过理论计算与分析，对在南方地区运行的铁路空调客车冬季采用热泵取暖的可行性、经济性、可靠性等方面进行分析，认证了铁路空调客车冬季采用热泵空调取暖的可行性。
铁路 客车 热泵 供热 分析
随着铁路运行速度的不断提高，客车空调化是必然的进程，如何使铁路空调客车安全、快速、舒适、健康、高效运行，是铁路大提速的重要课题。目前我国铁路客车冬季取暖以电加热器取暖为主，电加热器取暖方式操作简单、基本满足客车取暖的要求；北方地区部分客车采用燃煤炉独立温水取暖装置，该装置也能达到客车取暖的要求，但乘务员操作强度增加，客室空气易被煤灰与煤烟污染；而电加热器耗电量太大，热效率不高，使用成本偏高，有的客车为了降低能耗，或避免火灾隐患，确保行车安全，行车中关闭车顶空调机组内新风预热器或通风机，以减少新风量，这样严重影响了客室的空气品质，在南方地区运行的客车，其车厢两侧的电加热器使用时间极短，使用效率极低。因此上述两种取暖都不是理想的取暖方式。近年来热泵技术在空调制冷行业得到广泛应用，技术也日益成熟，本文侧重于对铁路客车空调冬季采用热泵取暖进行探讨。
2．1冬季客车热负荷计算
2．1．1车内所需要的供热量
冬季铁路客车车内所需热量的计算公式为：Q=Q1 Q6-Q3-Q5(kW)
式中：
Q1——车内外温差通过车体隔热壁损耗的热量，并考虑车门窗泄漏的热损失，一般泄漏热损失按(0．1～0．15)Q1计算，则：Q1=(1．1～1．15)KF(tB—tH)(kW)
Q6——送入车内Gkg／s空气所需的加热量，Q6=GC’p(tn—tc)=GHC’p(tB—tH)(kW)
其中tH——车内空气设计计算温度(℃)；
tB——外气设计计算温度(℃)；
tn——空气加热后的送风温度(℃)；
tc——空气加热前的混合空气温度(℃)；
C’p——一空气比热(kJ／kg.K)；
Q3——n名旅客每小时散发的显热量，每人小时按64.55W计算；
Q5——通风机与照明等散发的热量。
计算时，取外气温度为-7℃，车内温度为18℃，泄漏的热损失系数为1.15，车体传热系数K=1.5W/(m2.K)，车体传热面积F=310m2来计算，则有：
Q1=1．15KF(tB—tH)=1.15*1.5*310*（18-（-7））=13.369（kW）
硬座车所需热量：取定员为119人，新风量为20m3/h.人，则：
Q6=GHC’p(tB—tH)=16.726kW
Q=22.414kW
硬卧车所需热量：取定员为67人，新风量为20m3/h人
Q6=9.417(kW)
Q=18.461kW
软卧车所需热量：取定员为37人，新风量为20m3/h人
Q6=5.2(kW)
Q=16.181kW
2．1．2单元式空调机组热泵循环供热量的理论计算
根据不同工况下制冷量换算公式Q0b=Q0aλbqvb/λaqva，可计算出不同工况下的制冷量。对于KLD-29PQ和KLD-40PQ而言，其名义制冷量Q0a=29.07kW和Q0a=40.7kW时，查相关图得λb、λa；再由制冷系统换热器计算公式QK=Q0 W，可得到在不同外气条件下，单元式空调机组一个制冷系统热泵循环时的产热量分别如表1所示：
不同外气温度条件下单元式热泵式空调机组的供热量 表1
|
|
70C |
00C |
-70C |
-150C |
|
KLD-29PQ（1个系统） |
17．751kW |
14．104kW |
12．686kW |
10．307kW |
|
KLD-40PQ（1个系统） |
25．105kW |
19．997kW |
18．011kW |
14．679kW |
冬季不同客车车种在-70C时，其所需热量与电加热器、单元式空调机组热泵的产生热量如表2所示：
电加热与单元式空调热泵方式供热量比较 表2
|
电加热器供热量 |
热泵供热量 |
车厢需要的热量 | |
|
YZ25 |
24．15kW |
25．372kW（2个制冷系统） |
22．414kW |
|
YW25 |
20．7kW |
18．011kW（1个制冷系统） |
18．461kW |
|
RW25 |
20．7kW |
18．011kW（1个制冷系统） |
16．181kW |
注：YZ25车用两台KLD-29机组，共4个制冷系统；YW25与RW25车均用一台KLD-40机组，共2个制冷系统。
2．2用电量比较
现行的客车冬季的供热都采用电加热的方式，每车种所耗电量及单元式空调热泵循环时的耗电量如表3所示：
电加热器与单元式空调热泵耗电量 表3
|
电加热器用电量（全负荷） |
热泵用电量 | |
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YZ25 |
24．15KW |
16KW（13KW）（2个制冷系统） |
|
YW25 |
20．7KW |
11KW（单个制冷系统） |
|
RW25 |
20．7KW |
11KW（单个制冷系统） |
2．3经济性比较
房间空调器的运行经济性与室内、室外的空气状态有十分密切的关系，性能系数是通常用来定量反映运行经济性的理论指标，热泵系统的性能系数为：
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