城市轨道交通车辆构造教案第6章

城市轨道交通车辆构造

城市轨道交通车辆构造第六章 空调系统

连苏宁 主编

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【问题导入】城市轨道交通车辆空调系统能为乘客提供舒适的乘 车环境。那么空调系统如何工作，各零部件的特点及在 系统中的作用是什么，国内比较典型的城轨车辆空调系 统有什么特点，我们这一章就是要解决这些问题。

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【学习目标】1.能掌握湿空气的基本概念，湿空气的四个基本物理参数和热量的概

念、特点。2.能掌握常见的制冷方法的原理和特点。 3.能掌握城市轨道交通车辆空调制冷装置的基本工作原理。 4.能掌握城市轨道交通车辆客室内空气参数的要求，客室内空调方案 的确定及热负荷计算。 5.能掌握制冷剂的概念、分类及性能，常用制冷剂的特点及应用，冷 冻油的性能要求及选用原则。

6.能掌握活塞式、螺杆式制冷压缩机的结构特点和工作过程。7.能掌握空调制冷装置中的换热器、辅助设备和自控元件的特点。 8.能掌握上海地铁和南京地铁空调系统的特点。

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【教学建议】1.教学场地：在教室、互联网多媒体教室及空调实训室中进

行，课后可实地参观。2.设备要求：至少具有能连接互联网的多媒体教室一个，或 能放视频投影的设备及课件。 3.课时要求：课堂讲授6课时；实际操作4课时。

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第一节 热力学理论知识一、压力 1.饱和空气

2.未饱和空气二、温度 (1)热力学温标 又称开尔文温标或绝对温标，符号为T,单 位为K;热力学温标是在一个标准大气压下定义纯水的冰点 温度为273.16K,沸点温度为373.16K,其间分为100等份， 每等份称为热力学温度1度(1K)。 (2)摄氏温标 又叫国际温标，符号为t,单位为℃;在一个

标准大气压下，把纯水的冰点温度定为0℃,沸点温度定为100℃,其间分成100等份，每一等份就叫1℃。

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第一节 热力学理论知识(3)华氏温标 其符号本书用θ表示，单位为℉。 (4)三种温标的换算关系 三、湿度和露点 1.绝对湿度 2.相对湿度

图6-1 湿球 温度测试

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第一节 热力学理论知识3.含湿量与露点 四、热量 五、焓

图6-2 水的潜热与显热的关系

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第二节一、制冷方法 1.相变制冷

制冷与空调的基本原理

(1)蒸气压缩制冷循环 将蒸发器出来的蒸气冷却加压后，重新冷凝为液体，然后再蒸发，如此不断循环，这就是蒸 气压缩制冷循环。 (2)吸收式制冷循环 吸收式制冷循环利用热源所提供的热 能，使工质产生循环，其工作原理如图6-4所示。

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第二节 制冷与空调的基本原理

图6-3 蒸气压缩制冷循环原理

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第二节 制冷与空调的基本原理2.节流制冷 3.膨胀制冷 二、城轨车辆空调制冷装置的基本工作原理 1.制冷循环过程

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第二节 制冷与空调的基本原理

图6-5 蒸

气压缩制冷循环系统图

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第二节 制冷与空调的基本原理(1)蒸发过程 蒸发过程是在蒸发器中进行的。 (2)压缩过程 压缩过程在压缩机中进行，这是一个升压升 温过程。 (3)冷凝过程 冷凝过程在冷凝器中进行，它是一个恒压放 热过程。 (4)节流过程 电冰箱的节流阀是又细又长的毛细管。 2.制冷剂液体过冷和吸气过热对制冷循环的影响

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第二节 制冷与空调的基本原理(1)制冷剂液体过冷的影响 制冷剂在冷凝器中被冷凝成液 体后，如果液体制冷剂继续向外放热，换句话说液体制冷 剂继续被冷凝，就会使制冷剂液体的温度低于饱和温度 (这是指对应于冷凝压力的冷凝温度)而成为过冷液体。 (2)吸气过热的影响 在理论循环中，假定由蒸发器流出和 被压缩机吸入的制冷剂都是饱和蒸气，从蒸发器出口至压 缩机吸入口之间的管路不存在热交换。 (3)回热制冷循环 为了限制节流汽化，从冷凝器出来的液 态制冷剂应进一步降温，使其过冷。

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第二节 制冷与空调的基本原理

图6-6 回热制冷循环

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第二节 制冷与空调的基本原理三、空调装置的基本工作原理 1.制冷工况 (1)制冷循环 空调采用蒸气压缩制冷循环方式，它包括压 缩、冷凝、节流和蒸发四个热力过程，制冷剂经节流降压 后，在室内侧的蒸发器中等压蒸发，吸收汽化热，变成低 温低压的蒸气，然后经过压缩机压缩，变成高温高压的蒸 气，最后在室外侧的冷凝器中冷凝成液体，放出液化热。 (2)空气循环 空气循环是利用机内电风扇强迫车厢内外空 气按一定路线对流，以提高换热器的热交换效率。

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第二节 制冷与空调的基本原理2.制热工况

图6-7 热泵型空调器运行原理 a)制冷工况 b)制热工况

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第三节

城轨车辆客室内空气参数的确定

一、客室内空气参数的要求 1)客室内的空气温度。

2)人体周围空气的流动速度。3)客室内空气的洁净度。表6-1 地铁车辆客室内夏季的空调参数(上海)

表6-1 地铁车辆客室内夏季的空调参数(上海)

二、外气参数的确定(以上海为例)三、热负荷计算

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第四节一、制冷剂 1.制冷剂的概念 2.制冷剂的分类

制冷剂与冷冻油

(1)低温高压制冷剂 冷凝压力大于2MPa,正常汽化温度 低于70℃,主要有R13、R14和R503等，适用于低温制冷 装置及复叠式制冷的低温部分。 (2)中温中压制冷剂 冷凝压力在0.3~2MPa之间，正常汽 化温度介于0~70℃之间，主要有R12、R22和R502等，适 用于电冰箱及中、小型空调器、城轨车辆空调。

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第四节 制冷剂与冷冻油(3)高温低压制冷剂 冷凝压力在0.2~0.3MPa之间，正常 汽化温度大于0℃,主要有R11、R21、R113和R114等，多 用于空调系统的离心式压缩机(大宾馆的中央空

调)。 3.制冷剂的性能

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第四节 制冷剂与冷冻油(1)物理性能 临界温度比环境温度高，在常温或普通低温 下可冷凝成液体，因为制冷循环的冷凝温度如果接近临界 温度，节流损失就很大，制冷循环的经济性能势必不好； 在制冷温度范围内，制冷剂的饱和蒸发压力应稍高于大气 压，以免空气漏入制冷系统；冷凝压力不能过高，一般不 超过1.5~2.2MPa,以免设备过于笨重，压缩机功耗太大； 同时，冷凝压力与蒸发压力之比也不能过大，以免压缩机 排气温度过高；凝固温度尽可能低，以便获得更低的蒸发 温度；单位容积制冷量要大，以提高压缩机的能效比，减

少设备的体积；

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第四节 制冷剂与冷冻油热导率要高，以提高热交换器的效率；粘度和密度要小， 以减少制冷剂在流动过程中的能量损耗；能与润滑油互溶 或混合，而且不影响润滑油的润滑性能和电气性能，也不 降低制冷剂本身的热力学性能。 (2)化学性能 化学稳定性好，在高温下不分解；对金属和 其他材料无腐蚀作用；与冷冻油不发生化学反应。 (3)安全性能 在一般条件下，不燃烧、不爆炸，无毒、无 臭、无味，不污染环境。 (4)经济性能 价格低廉，易于购买、储运。

二、常用制冷剂