第四章 通风系统

武汉高速铁路职业技能训练段1第四章动车组通风系统主讲人：孙宝敬2本章内容简介第一节通风系统的组成第二节合理的气流组织第三节空气净化第四节诱导通风第五节应急通风第六节典型动车组通风系统介绍3•通风系统是空调装置的重要组成部分，其作用是将经过处理的空气输送和分配到客室并获得合理的气流组织，同时还将客室内污浊的空气排出室外，使室内的空气参数满足设计的要求。•列车的通风系统除了可以给乘客提供新鲜空气外，它的另一项功能就是保证车厢内具有适当的气压，即当车外气压发生明显变化时，通风系统会将车厢内的气压维持在一个让人们感到舒适的水平。第一节通风系统的组成一、通风系统的作用4•通风系统是客车空调装置中唯一不分季节而长期运转的系统，因此，它的质量状态直接影响到旅客的舒适性和空调装置的经济性。•按照工作动力来区分，通风系统可分为自然通风系统和强迫通风系统。二、通风系统的特点及分类5在通风机组的作用下，室外新鲜空气经新风口吸入车内，经滤尘器过滤并与回风混合后送入空气处理室，经过蒸发器冷却或者由电预热器预热，送入主风道，再由各送风口均匀地送入室内。室内空气的一部分，经回风口、回风道被通风机吸入作为再循环空气重复使用；另一部分则经由排风口和排风扇排出车外。通风系统工作过程示意图6客车空气调节原理图7主要部件：•通风机•进排风装置•风道•空气净化设备•空气压力波动控制装置(高速列车通风系统)三、通风系统的组成8通风机(组)•通风机组是通风系统的动力装置，由离心式通风机和电动机组成；•通风机组一般安装在车辆端部平顶板上部空间，也可以安装在车下部，其安装位置主要取决于空气处理设备的位置。9风道•形状和布置将直接影响车内气流组织和空调效果。•空调列车的风道可由各种不同的材料制成，也可有很多不同的构造和断面形式。•作用：输导空气，送风系统通过风道把处理好的新鲜空气输送到客车车厢内；排风系统通过风道把需要排除的污浊空气输送至车外。101）主风道•作用：将经过空气冷却器或预热器处理后的空气输送到客室内。•按风道截面沿长度方向是否变化，有变截面和等截面风道之分。112）回风道•作用：车厢与通风机之间用于传输再循环空气。•断面形状一般根据车内安装位置和空间大小而定。•客车上的回风口大部分设在客室内通风机端端壁的下部，采用集中回风方式。123）排风道•用来排除车内污浊空气，所以其一端连接在排风口，而另一端与排风扇相连或与自然通风器连接。•由于外界新鲜空气不断被送入车内，与其等量的车内污浊空气就由排风口和排风道被排出车外，以保持车内压力恒定。13吸风口、送风口及其调节板1）吸风口•也称新风口或进风口，它是新鲜空气的吸入口。•一般布置在装有通风机端的车门上部，也可设置在车端上部和车顶上部。142）送风口•作用：给车厢分配空气；其形式对射流的扩散及空间内气流流型的形成有直接影响。•送风口处一般装有散流器(送风器)；集中送风的通风系统，其送风口一般都沿车顶棚或侧壁均匀布置。3）调节板作用是调节通过风道的空气流量。15车内空气净化设备—空气过滤器空气中总是不同程度地含有各种灰尘和杂质。过多的灰尘进入车内，不仅会影响旅客的舒适和健康，也不利于空气处理设备的正常工作。因此，通风系统中设有空气过滤器。16空气压力波动控制装置•如果车内空气压力的变化量及变化速度超过一定值，则会刺激旅客的耳鼓膜，引起耳胀耳痛，从而影响乘客的舒适性。•日本新干线上的测试结果表明：车内压力在-0.2kPa以下和+0.2kPa以上时，开启车门时有“耳感不适”现象；超过+0.5kPa时，车门一打开，旅客将感到极度不适。17•车内气压对人体舒适性影响可用压力变化速度(压力变化率)来评价，评价指标分为七级：第一级为200Pa/s，对应于没有不舒适感觉；第七级为300Pa/s，对应于强烈不舒适感觉；可以忍耐值为三级，约为233.4Pa/s•世界各国对高速列车都有自已的具体要求：日本要求车内的最大压力变化率，新车不超过200Pa/s，旧车不超过300Pa/s；德国规定压力变化率的范围为：200~400Pa/s18•我国铁道部在高速动车组的招标文件中对车内气压舒适性作了具体要求：在各车厢的地板下安装1台给排气一体型连续换气装置以控制车内压力波动；压力变化的最大值不得超过1000Pa，压力变化率不应超过200Pa/s。•为减少压力波影响，保证旅客舒适度，高速车辆必须采取良好的空气压力密封，同时需要加装可控的进排气控制装置，以便在车外压力发生变化时调节进排气口的工作状态，防止车内空气压力变化过大。19日本300系车辆的板簧式压力缓和装置20压力缓和装置的作用效果21日本新研制的风量控制式换气系统一旦压力传感器监测到车内外压力的变化超过一定值，则电磁阀动作。通过调节阀门开度，保持进气口和排气口的平衡，使车内压力变化最小，提高了列车运行舒适度。系统的进、排风口由电磁阀开闭，电磁阀受车内、外压力传感器和进、出隧道信息的控制。22CRH5动车组压力波动控制系统23第二节合理的气流组织气流组织：为了使客车车厢内空气的温度、湿度、流速等指标符合人体的舒适性要求，必须使车内空气合理地流动，通常把对车内空气“流动”和“分布”的控制称为气流组织。气流组织是通风的核心环节。一、气流组织的概念24影响气流组织的因素：影响气流组织的因素很多，如送风口和回风口的位置、型式、大小、数量，送风射流的参数(送风温差和送风速度)，车内设施的布置和大小，以及各种热源分状况等。气流组织设计的任务：通过合理选择送风口、回风口及排风口的数量和位置来组织车内空气的流动，使车厢内形成比较均匀而稳定的温度、湿度、气流速度和清洁度。25对温度梯度的要求：在工作区内的地面上方0.1m和1.1m之间的温差不应大于3℃。二、人体舒适性对气流组织的要求对风速的要求：舒适性空调冬季室内风速不应大于0.2m/s，夏季不应大于0.3m/s。26空调客车内部的温度、相对湿度、气流速度、污染物浓度等都应满足一定的要求，而这些参数都直接受车内“空气流动”和“分布状况”的影响。气流的组织形式多种多样，分类方法也各有所不同，例如，按送、回风口的布置可分为“上送下回”、“上送上回”、“下送上回”及“中送风”等形式；按气流的组织方式又可分为混合式、置换式、单向流式和局部式等4种形式等等。三、气流组织的方式27(a)上侧送、同侧下回；(b)上侧送、对侧下回；(c)上侧送、上侧回；(d)双侧送、双侧下回；(e)上部两侧送，上回；(f)中侧送、下回、上排混合式气流组织——侧送风的室内气流分布28顶送风的室内气流分布(a)散流器平送、顶棚回风；(b)散流器向下送风、下侧回风工作区基本上处于混合空气中工作区位于向下流动的气流中，在向下流动的上部是射流混合区。这种流型的通风效率和换气效率较高，主要用于有较高净化要求的场合。混合式气流组织——顶送风的室内气流分布29下部送风的室内气流分布工作区内的气流近似于单向流；换气效率较高；既节省冷量，又有较高的室内空气品质。置换式气流组织30气流在空间的断面上均匀分布单向流的室内气流分布31座椅送风的局部气流分布局部式气流组织32第三节空气净化•空气净化的目的是去除空气中的污染物质，从而控制车内空气达到洁净要求。•对于铁路空调客车来说，进入车内的空气由车外空气和车内循环空气两部分构成。•车外空气由于受到环境污染，空气中包括粉尘、烟雾、微生物、花粉等悬浮污染物，以及如CO、SO2等各种有害气体。•车内循环空气受到人的活动和工作过程的污染，如人体呼出CO2、身体散发出体味并可能带有病菌。一、空气净化的概念33•列车空气调节设备必须包含空气净化装置；通过净化处理，使进入车内的空气能够达到所要求的洁净度。•空气洁净度通常用空气环境中空气含尘量的多少来表示。34•一般净化：对送入空气只要求进行一般的净化处理；大多数以控制温、湿度为主的民用与工业建筑空调工程均属于此类。•中等净化：对车厢中空气中悬浮微粒的质量浓度有一定要求，空调客车车厢内空气中的含尘量1mg／m3等；•超净净化：对空气中悬浮微粒的大小和数量均有严格要求。超净净化用以满足某些生产工艺和科学实验对高洁净度生产环境的特殊要求。二、内部空间空气净化的要求35三、空气净化处理技术1、过滤技术：•纤维过滤技术属于表面过滤技术，空气中的微粒在纤维过滤材料的表面被捕集。•纤维过滤材料对微粒的捕集主要是借助筛滤作用、惯性碰撞作用、拦截作用、以及扩散作用等机理的单独或联合作用来实现的。362、静电过滤技术(静电除尘技术)：静电过滤器工作原理373、吸附技术：•吸附技术是一种主要的空气净化技术。•原理：固体表面上的分子力处于不平衡或不饱和状态，由于这种不饱和的结果，固体会把与其接触的气体或液体溶质吸引到自己的表面上，从而使其残余力得到平衡。固体表面上进行的这种物质吸附现象就称作吸附。•目前在空气品质处理中应用较广的吸附剂主要是颗粒活性炭和活性炭纤维。384、光催化净化：•光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物的一项技术。光催化是以光为能量激活催化剂，反应在常温下就能进行。•在光催化反应中，用紫外光为光源，激发产生的活性自由基与污染物反应，将空气中的微量有害气体及人体散发的异味气体彻底分解为无臭、无害产物，因此可以从根本上消除室内空气污染物对人体健康的危害。395、空气负离子：空气负离子净化空气的原理：空气负离子能够附着在固相或液相污染物微粒上形成大离子，大离子会借助凝结和吸附作用而沉降下来。以此实现对空气的净化。406、臭氧：•臭氧(O3)是一种强氧化剂。臭氧在室内空气净化中的应用是将臭氧直接与室内空气混合，或将臭氧直接释放到室内空气中去，利用臭氧极强的氧化作用，达到灭菌消毒的目的。•由于将臭氧直接释放到空气中，整个室内空间，包括该空间内的所有物品周围，都充满了臭氧气体，因而消毒灭菌范围广。•臭氧能够氧化有机物，因而也能和构成人体的有机物发生反应，如果使用不当，臭氧也能危害人体健康。41第四节诱导通风诱导通风系统：•诱导通风是客车空调中主要的一种通风形式。•把采用“诱导器”做为通风系统末端装置(送回风口)的空调系统称为“诱导通风系统”。42一、诱导通风的工作原理诱导空调系统1-混合箱；2-喷嘴；3-静压室；4-通风机；5-集中空气处理箱43二、诱导器简介诱导器：诱导器是诱导通风的送风设备，由“外壳”、“喷嘴”、“静压箱”和“一次风联接管”、“热交换器(盘管)等几部分组成。44诱导器的结构示意图(a)立式；(b)卧式；(c)立式双面1-一次风连接管；2-静压箱；3-喷嘴；4-二次盘管；5-混合段；6-旁通风门；7-凝水盘；8-导流板45三、诱导通风的特点•诱导通风最明显优点是设备紧凑、风道尺寸小；•经过空气冷却器去湿冷却后的一次风的温度，不受送风温差的限制。46第五节应急通风一、应急通风的概念应急通风：•指当交流动力电源失效时，空调系统由蓄电池通过逆变器给风机供电，进而向车内送入新风的过程。•主要目的是保障旅客的生命安全，而不是提供舒适性环境；因此应急通风对系统的基本要求是，能够在尽可能长的时间内向客室提供乘客所需的最小新风量。47二、应急通风系统的特殊设备•除了供电方式不同之外，应急通风和常规通风过程在原理上没有根本性的差别。•适合于空调风机使用的逆变电源是应急通风系统的关键设备。当列车外部交流回路失电时，该电源将直流电逆变成三相交流电，继续给通风机供电，使通风机继续工作，又称紧急逆变器。48第六节典型动车组通风系统介绍一、国外高速客车通风系统•日本主要采用车顶中央风道送风、散流器或条缝式送风口向下送风的通风方式，即便是空调机组及送风机设置在车下，也要通过侧墙垂直风道将风送到车顶送风道中，然后再送到车内；•德国ICE型高速客车采用的也是车顶下送风的通风方式，但送风末端一般为多孔板；•法国TGV系列高速客车空调机组基本安装在车下，在地板两侧设置风道，通过设置在窗下的诱导器送风。49二、我国270km/h高速列车的通风系统270km/h高速列车气流组织示意图气流组织