摘要：空调系统作为城市轨道车辆辅助系统的用电大户，其节能对降低车辆运行成本有重要意义，本文通过介绍空调系统变流量控制技术、变新风控制技术以及如何降低车厢内热负荷，为城市轨道车辆空调系统提供了节能措施。
关键词：空调系统 节能 变流量 变新风
1 概述
城市轨道车辆空调系统不仅关系到乘客的舒适、安全性，同时，随着世界能源问题日益严重，世界各国对能源消耗的高度重视，城市轨道车辆空调系统作为辅助系统中的用电大户，其中节能措施也日趋受到高度重视。因此，在满足车辆舒适性条件下，采用节能技术或有效的空调节能控制方案来控制和减少空调装置的能耗成为发展城市轨道交通的重要课题之一。
2 制冷系统变流量控制节能技术
典型空调机组通常采用2台压缩机组成2个制冷系统，该种机组只有0-50%-100%两种能量调节，通过压缩机的频繁启停来控制温度，能耗较高。目前轨道空调主要通过选择不同形式的制冷剂变流量的控制方式，达到节能以及减少车厢内温度波动的效果。
2.1 并联压缩机变流量控制技术
并联压缩机定频空调机组是利用外部管路将两台压缩机的吸气管和排气管连结在一起使用。
每台空调机组内有四台压缩机，两个制冷循环系统。四台压缩机并联机组能够实现制冷量四级调节可以实现0-25%（一台压缩机运行，实际制冷量会稍高于25%）-50%（两台压缩机运行，实际制冷量会稍高于50%）-75%（三台压缩机运行，实际制冷量会稍高于100%）-100%的四级能量调节模式，车内温湿度控制精度较常规两压缩机机组大为提高。特别是负荷不高时，每个系统关闭一台压缩机，保持一台压缩机运转，一台压缩机的冷媒循环量匹配两台压缩机的换热面积，此时压缩机的能效比大大提高。根据试验，当三台压缩机工作时，能效比提高10%左右，当每个系统关闭一台压缩机，每个系统一台压缩机工作时，能效比可以提高20%左右，综合节能效果在15%左右。
2.2 流量旁通变流量控制技术
旁通能量调节的空调机组来说，通过旁通能量调节、开启一台压缩机或两台压缩机运行，可以实现0-30%-50%-70%-85%-100%的五级能量调节模式，目前地铁旁通能量调节空调机组一般采用了三菱卧式压缩机。
多级能量调节空调机组在减载运行时，如85%（一个系统管路旁通卸载）、70%（2个系统管路旁通卸载）、50%（一个压缩机停止运行）、30%（一个压缩机停止运行，另一个系统旁通卸载）状态时，由于通过换热器的制冷剂相对减少，但换热面积及冷凝风量不变，整机的换热效率会提高一些，制冷量会减少，但旁通时压缩机的排气量不变，故压缩机的输入功率下降不太多，这样旁通调节产生的节能效果比并联压缩机低。
2.3 压缩机电源变频变流量控制技术
变频空调选用了车辆专用变频压缩机和变频器，增加了变频控制系统，采用变频原理，利用二次逆变得到的可变频率交流电源来调节压缩机转速，从而改变制冷系统管路中制冷剂循环量，控制空调机组输出制冷量。在低制冷负荷工况时，自动调整合适的压缩机运行频率，从而达到节能。
2.3.1变频空调特点
变频空调具有以下特点及优势：
负荷较小时能以低频维持运转，节能效果好
能自动适应负荷的变化
温度波动范围小，温湿度控制精度较高
温度波动范围小，乘客舒适度较高
压缩机采取软启动的方式，启动电流很小
2.3.2 变频空调控制方案
制冷运行时按照UIC553标准的温度曲线自动获取目标温度，并利用目标温度（Td）与回风温度（Tr）相比较按照图1曲线控制空调在通风及各频率段制冷运行。
当车外平均温度Te大于19℃时，目标控制温度Td= 22℃+0.25*(Tf-19)℃按UIC553曲线，如图1所示。当车外平均温度低于19℃时，车内目标控制温度Td=22℃，当车外平均温度高于35℃时，车内目标控制温度Td=26℃，即Td=22+0.25(Tf-19℃)，Tf 为新风温度。
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图1 温度控制图
3 变新风节能控制技术
在车辆内外环境条件一定的条件下，需要进一步节能，则需要减少车辆热负荷，而唯一可控的车辆热负荷只有新风负荷。而且在设计工况下，城市轨道车辆空调系统的新风热负荷大概占整个热负荷的40%，所以调节新风量对于空调系统的节能有重要的意义。
3.1 预冷或预热时新风调节
每天初次开机，车辆在投入载客运行前，此时可不考虑新风进入，空调系统执行预冷或预热，将新风阀关闭，回风阀完全打开，全回风运行，以快速实现制冷/制热，缩短达到目标温度的时间来实现节能。
3.2 春、秋过度季节，适当加大新风量
在春、秋两季环境温度较低，且车厢内人员较多和（或）中午太阳辐射较大时，很容易造成环境温度低于车厢内设定温度，而仍需要空调制冷，此时应加大新风量运行，将回风口全关或关闭一定角度、新风口全开，利用新风对客室降温，以此降低机组的功耗，达到节能的目的，同时还可提高车厢内空气品质。即在环境温度降低到一定程度的时候，利用新风降温可达到节能作用。
3.3 根据载荷变化的新风量调节
城铁车辆乘客负载的最大特点就是波动性非常大，不同的车辆线路、站间距、行车密度以及工作日与非工作日、车辆沿线的情况等因素均会对客流量产生巨大的影响。
在传统车辆空调系统中，不管车上乘客数量多少，新风量均按照AW2载员时人均新风10 m3/h设定。但是在非高峰期，或者车辆经过人员稀少区域时，车上乘客会少于AW2载荷，因此大部分时间新风超过需求，采用根据载客数量调整新风方案可以有效实现节能控制。因此新风量可以按照下表进行控制：
表1新风量控制
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4 降低车厢内的热负荷
在车辆上采取各种措施，来降低车厢内的热负荷：
采用高性能保温材料，提高隔热壁的隔热性能；
采用具有高效滤光性和反光性的车窗玻璃，减少太阳辐射热；
采用密封性能良好及隔热性能良好的贯通道减小热负荷从贯通道处传入车体。
在车内使用节能的设备来降低车内设备的散热量。