京沪高速铁路客车空调实时负荷

　　铁路客车空调实时负荷是指铁路客车在运行过程中随着运行时间(时刻)、地点、乘客数量的不同而不断变化的空调负荷。目前国内铁路客车空调系统都是按额定工况设计的，而空调系统在全年的运用中几乎都是处于变动工况下工作，由此可见，要使车内空气环境参数在变工况下既能保持在规定的范围内，又能实现节能和经济运行的要求，就需要对客车空调实时负荷进行分析和研究。

这方面的研究工作进行得比较少，文献[1]应用标准日的观点，提出了列车空调动态温度和动态负荷的概念，并以京广线上的T15次和T91次列车为例进行了分析，但没有考虑乘客数量的变化以及非标准日对动态负荷的影响。

　　本文将从铁路客车运用角度出发，提出铁路客车空调实时负荷稳态计算方法，并运用该方法编制计算程序，对京沪高速铁路客车空调实时负荷进行计算及分析，为京沪高速铁路客车空调系统的设计、运行、调控及节能提供基础数据。

　　冷负荷是指为了连续保持车内空气温度、湿度在一定的基准，空调设备单位时间必须提供的冷量。虽然在得热量转化为冷负荷的过程中，存在着衰减和延迟的规律，但由于客车车体围护结构的热容量小，蓄热能力并不是很强，因此冷负荷衰减并不大，延迟时间也不是很明显，近似将得热量看成冷负荷进行客车空调负荷分析不会带来很大偏差。基于这种原因，本文仍采用稳态负荷计算方法。客车空调实时负荷计算的一大特点就是根据车外实时气象参数来确定客车的空调负荷，而不是按额定工况计算。其计算步骤如下：

　　(1)根据列车发车时间、列车速度以及各站之间的距离，求出列车经过各地区的时刻；

　　(2)根据列车经过各地区的时刻和各地气象资料，求得列车经过各地区时的车外实时空气参数；

　　(3)根据列车速度求车体综合传热系数K；

　　(4)根据上述计算结果和车内人员情况，运用计算公式求出客车经过高速铁路沿程主要地区时的空调实时负荷。

　　根据上述铁路客车实时负荷计算方法，采用Microsoft Visual Basic 6．0编制了计算软件。该软件可划分为如图1所示的几个功能模块。

 

 

　　(1)数据输入模块。数据输入模块主要对输入数据的合法性进行检查，并且将输入数据导人程序内部，为进行数据处理做准备。

　　(2)数据库模块。工程数据库可分为静态数据库和动态数据库。其中，静态数据库包括工程设计规范、标准、知识库，如气象资料库、围护结构热物性参数库等；动态数据库是计算过程中动态产生的，也是连接各功能模块之间的信息纽带。

　　(3)数据处理模块。数据处理模块是进行空调实时负荷计算的主要程序模块。通过该模块把输入数据与数据库中的数据结合起来，对数据进行综合处理，计算出客车空调的实时负荷。

　　(4)数据输出模块。数据输出模块负责将计算结果输出，其输出形式有2种，一种是用表格形式，另一种是用曲线图形式。表格形式便于查看负荷大小，而曲线图形式更容易观察负荷变化趋势，便于进行负荷分析。

　　(5)主控模块。主控模块的主要功能是管理窗口、响应菜单命令和对话框中的消息。用户通过主控模块间接地使用其余几个模块，从而方便快捷地使用软件，进行客车空调实时负荷计算。主界面如图2所示。

 

 

　　运用所开发的实时负荷计算软件，以2005年7月22日京沪高速铁路为例，发车地点上海，车速220 km/h，车内乘客118人，车内温度26℃，从5：00到19：00每隔2 h计算1次，得到一系列负荷变化曲线图(图3)。

　　本文以13：00发车为例，对曲线的变化趋势进行简单分析。由图3可知，空调负荷先增大后减小。在南京地区时达到最大值，这是因为经过南京地区时是14：OO多钟，此时南京的室外温度比较高，同时太阳辐射热也很大，因此空调负荷在南京地区达到最大值；在济南到天津的路途中负荷减小的幅度较大，这是因为列车经过济南时是17：30左右，有太阳辐射热作用，而到达天津时是19：00左右，太阳辐射热为零。

　　以2005年7月22日为例，发车地点上海，均从早上7：00发车，车内乘客118人，车内温度26℃，车速从160 km/h变化到300 km/h，每隔20 km/h计算1次，得到一系列负荷变化曲线图(图4)。

 

 

1.5:00出发；2.7:00出发；3.260km/h；4.240km/h；5.220km/h；6.200km/h；7.180km/h；8.160km/h