CN105216813A - 高速列车用空调新风阀精确调控方法 - Google Patents

Abstract

高速列车用空调新风阀精确调控方法，解决了空调机组不能同时满足车厢环境舒适度及节能环保的技术问题。采用的技术方案是：本发明涉及的风阀调控方法的基础是，具有可调控组合的量化风口的切断阀，量化风口的设计要求可以按照通风道总面积的百分比设计，也可以按照需求进行设计。将风口量化增加了风阀精确调控的准确度及可能性，使高速列车的空调机组在满足旅客舒适度要求的前提下，最大程度的实现了节能环保，与世界潮流接轨。

Description

高速列车用空调新风阀精确调控方法

技术领域

本发明属于长途全封闭列车的空调机组新风量的精确调控方法，具体的说，是基于一种具有量化风口面积且风口之间可任意组合的风阀结构实现的空调新风阀精确调控方法。

背景技术

目前轨道交通成为更多人出行的搭载工具，为保证轨道交通车辆在高速行驶时的稳定性及安全性，无论是地铁、城际还是高铁全部采用全密封环境，并且在列车上都装有空调机组，通过空调机组中设置的新风阀及回风阀的通风量的控制，保证车厢内环境的舒适性。空调机组中，回风阀主要是将车厢内的空气进行内循环，使空气在车厢内相对流通，新风阀主要是将列车外的新鲜空气引入车厢内，与回风阀同时作用实现车厢内外空气的循环，以保证车内空气的清新。因此，在全密封环境下，对列车空调机组的新风阀及回风阀的调控性能要求极其严格。

新风量进入车厢内的多少不但会影响车厢内空气的新鲜度，也会影响车厢内的温度、湿度及压力，尤其是对于长途运行的高铁，其时速在350km/h，短短几十分钟甚至几分钟内，就有可能因为地域环境的过迁或天气的骤变，对车厢内的气压及温度产生极大影响。而此时空调机组的新风阀若不及时调整进风量就会给车厢内乘客带来不适感，造成乘客因气压及温度的骤变而感到耳鸣、头晕甚至呕吐。

目前，高铁列车空调机组主要采用定新风量控制的传统控制模式，该定新风量控制模式使得空调机的新风量有固定的两种或三种模式，不会根据车厢内人员多少的变化或外界环境的骤变而适时的做出精细的调整，只能进行简单的两三档位调节，从而造成新风量过多或不足，进而会严重影响车厢内空气的品质、温度高低及气压大小，无法实现精细调节，也跟不上世界环保低碳潮流的步伐。

而这种传统的控制方法也是因为受现有新风阀机械结构本身的限制，不容易实现风门的精确调控，并且频繁的调控新风阀的进风量，由于现有新风阀结构的限制，就会加重新风阀部件的磨损，在长途高铁列车行驶过程中，若出现新风阀故障，那将会是灾难性的，长时间处于密闭车厢内的乘客将会感到极大的不适，严重时将出现列车事故。2015年5月29日，闷热的天气下，动车D3206次列车突发故障导致空调停运，乘客使用安全锤砸窗透气，可见对于密闭高速列车来说，空调机组的正常运行对车厢内的环境影响有多重要，而新风阀的正常工作更是显得尤为重要。

因此，申请人对传统的风阀结构做出了改进，以适应长途高铁频繁调控风门开启面积时，即能精确调控新风量又能降低风阀部件的磨损，而新型风阀的控制方法也要做出相适应的调整，以满足即能为乘客提供舒适的乘车环境，又能追赶上世界潮流，尽可能的做到节能环保。

发明内容

本发明提供一种高速列车用空调新风阀精确调控方法，通过设置一组可实现任意组合的量化风口，实现了阀门的精细调节，从而解决了空调机组不能同时满足车厢环境舒适度及节能环保的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用的技术方案是：

高速列车用空调新风阀精确调控方法，所述方法是基于在引风通道中设置数控风门组合式切断阀、并借助各风门状态的设置实现对新风量的精确调控；所述方法中还包括在空调系统中配置了车厢内、外空气环境的采样及分析系统、采样数据的中间存储单元和内外环境下车厢内空气质量标准的经验数据库，关键是：所述空调新风阀精确调控方法的具体步骤中包括：

1）列车启动后根据经验数据设定即时环境下的新风阀口的初始组合形式决定新风引入量，在以上新风量初始值控制下形成车厢内部空气质量参数的稳定；

2）启动采样数据与标准数据的比对；

3）采样空气质量参数劣于同等条件下空气质量标准参数时进行步骤4），否则进行步骤5）；

4）加大新风量10个百分点，待车厢内空气环境相对稳定后返回步骤2）；

5）监控、并比对标准能损指数的变化，超标准时进行步骤6），未超标时则返回步骤2）；

6）回调新风量5个百分点，待车厢内空气环境相对稳定后返回步骤2），并且回调后新风量以不超过国家标准中公共场所室内新风量0.5立方米/人·分钟为标准；

重复步骤2）到6），形成新风量持续动态调控。

进一步的，步骤3中空质量参数劣于同等条件下的标准参数包括二氧化碳室内浓度和湿度国家标准；。

进一步的，步骤5中所说的标准耗能指数按照以下公式计算：

（△T×M×K）/W；

其中△T代表车厢内外温差，M代表单位时间新风量，K代表空气温升系数，W代表空调机组功率。

进一步的，步骤1）中所述根据经验数据设定即时环境下的新风阀口的初始组合形式是指，在列车的始发站点具有当地、当季的相对较稳定的空气环境，这个相对较稳定的空气环境存储在经验数据库中，列车在当地当季每次启动时对新风量的引入，均根据该预先存储在经验数据库中的外界空气环境确定新风阀的初始组合形式。

进一步的，步骤1）中在以上新风量初始值控制下形成车厢内部空气质量参数的稳定是指，列车根据当地当季空气环境引入新风量后，在车厢内形成相对稳定的空气环境，这里的相对稳定是指车厢内空气环境参数的变化范围相对于列车启动时小。

进一步的，所述方法中采用的数控风门组合式切断阀是在阀体上设置一组量化风口，所述量化风口的通风面积按照设计要求的引风通道的总通风面积的百分比对应设计；

所述量化风口设有5个，分别设计为引风通道总通风面积的5%、10%、20%、40%、50%。

进一步的，所述具有量化风口的数控风门组合式切断阀的结构中包括：设置在空调系统中引风通道上的筒状阀体、阀体上均布一组量化风口，每个风口单独配置的启、闭风门在同步转动的伸缩拨杆的驱动下实现风口的启、闭状态转换；同步转动的伸缩拨杆限控在驱控轮盘对应的可控磁控套管中、受控完成对风门的驱动离合、并借助于驱动轮盘转动实现启、闭风门的限量转角。

进一步的，可控磁控套管的结构包括：定位在驱动轮盘上的套管、设在套管外的可控励磁线圈和套管内复位弹簧。

进一步的，可控励磁线圈借助一个触发式开关电路接在励磁直流电源上，触发式开关电路的触发信号来自于空调管理电路、借助于发出的可控励磁线圈的编码选通。

进一步的，所述风门上设有与伸缩拨杆相配套的对接插槽，两者结合形成驱动离合结构。

本发明涉及的风阀调控方法的基础是，具有可调控组合的量化风口的切断阀，量化风口的设计要求可以按照通风道总面积的百分比设计，也可以按照需求进行设计。将风口量化增加了风阀精确调控的准确度及可能性，使高速列车的空调机组在满足旅客舒适度要求的前提下，最大程度的实现了节能环保，与世界潮流接轨。

除此之外，新风阀调控方法还以车厢内、外空气环境的采样及分析系统，以及内外环境下车厢内空气质量标准的经验数据库为基础，通过将即时采集的空气质量及环境数据与经验参数进行比对，从而驱控风门的组合不断变化，使车厢内的空气环境达到一个标准的舒适度。在满足乘车环境舒适的条件下，就要进一步的考虑空调机组的节能环保，因此，在车厢空气环境相对稳定后，即空气质量参数等同于或优于同条件下的标准参数，那么再次回调新风量至少为5个百分点，并监控和比对标准能损指数的变化，超标准时回调新风量5个百分点，并且回调后的新风量以不超过国家标准中公共场所室内新风量0.5立方米/人·分钟为标准。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明中新风阀的精确调控流程图。

图2是本发明中风阀的立体结构示意图。

图3是图1的俯视图。

图4是可控磁控套管的剖示图。

附图中，1是阀体，2是风口，3是风门，3-1是伸缩拨杆，3-2是套管，3-3是可控励磁线圈，3-4是复位弹簧，3-5是插槽，4是是驱控轮盘。

具体实施方式

结合附图1，列车在启动后开启新风阀引入新风，其开启新风阀时，引入新风量的标准是：在始发站点具有当地、当季相对较稳定的空气环境，这个相对较稳定的空气环境存储在经验数据库中，列车在当地当季每次启动时对新风量的引入，均根据该预先存储在经验数据库中的外界空气环境确定新风阀的初始组合形式。

当列车根据当地当季空气环境引入新风量后，在车厢内形成相对稳定的空气环境，这里的相对稳定是指车厢内空气环境参数的变化相对于列车启动时要小的多。列车内空气环境相对稳定后，就要开启采样数据与标准数据的比对，两者的比对是为了更好的实现阀门的精确调控，以达到节能环保的目的。

即时采样数据与标准数据的比对，主要包括二氧化碳浓度的比对、温度的比对、湿度的比对、空气流速的比对等等。当采样空气质量参数劣于同等条件下空气质量标准参数时，加大新风量10个百分点，这里的标准参数包括二氧化碳室内浓度和湿度国家标准，待车厢内空气环境相对稳定后，再重新采样直至采样空气质量参数优于或相当于同等条件下空气质量标准参数；当采样空气质量优于或等同于同等条件下空气质量标准参数时，则开始考虑能损是否符合节能环保的标准，具体步骤就是，将采集的到的车厢内外温差△T、单位时间新风量M、温升系数K、及空调机组输出功率W等参数根据公式：（△T×M×K）/W进行处理后，与标准能损指数进行比对，若超出标准，则回调新风量5个百分点，并且回调后新风量以不超过国家标准中公共场所室内新风量0.5立方米/人·分钟为标准，待车厢内空气环境相对稳定后，则再重新采样空气质量参数，重复上述步骤，这样便实现了新风量的持续动态调控。

本发明中，对新风阀口通风面积进行调节时所说的相对稳定，是指调整完通风口面积后，车厢内空气环境是逐渐变化的，而持续通风一定时间后，车厢内空气环境变化保持在一定范围，达到相对稳定状态，具体持续通风多久就能达到稳定状态，要根据具体情况设计。

下面给出本发明中要实现持续动态调控的新风阀的一个具体实施例，在对新风阀进行设计时，使其具有可形成组合通风面积的量化风口是关键，而要实现量化风口的组合通风，与其配套的阀门的启闭方式同样也是关键。下面具体说明：

参看图2和3，具有量化风口的数控风门组合式切断阀的结构中包括：设置在空调系统中引风通道上的筒状阀体1、阀体1上均布一组量化风口2，量化风口2的通风面积按照设计要求的引风通道的总通风面积的百分比对应设计，并且量化风口设有5个，分别设计为引风通道总通风面积的5%、10%、20%、40%、50%，在设计时，根据量化风口的个数将阀体沿圆周等分，并在每个风口2处单独配置风门3，在本实施例中，风门3是借助阀体1两端口设计的圆形滑轨及动滑块限位在风口一侧，并在阀体1轴线上设有一旋转轴，旋转轴上定位一个驱控轮盘4，而沿驱控轮盘4径向呈放射状设有五个可控磁控套管，每个可控磁控套管分别对应一个风门。每个可控磁控套管的结构中包括定位在驱动轮盘4上的套管3-2、设在套管3-2外的可控励磁线圈3-3和套管内复位弹簧3-4，而五个可控励磁线圈3-3借助一个触发式开关电路接在励磁直流电源上，触发式开关电路的触发信号来自于空调管理电路，也就是上述控制程序，触发后借助于空调管理电路发出的可控励磁线圈3-3的编码选通，也就是选中要关闭或开启的风门，被选中的可控励磁线圈3-3通电，伸缩拨杆3-1伸出，并顶在相应的风门3背后的插槽3-5内，以选中相应的风门，而没有被选中的可控励磁线圈3-3不通电，使伸缩拨杆3-1在复位拉簧3-4的作用下仍处于复位状态，选中风门后，旋转电机开始转动一定角度，是被选中的风门在驱控轮盘及伸缩拨杆的作用下开启风口或关闭风口。

本发明中数控风门组合式切断阀的结构也可以采用其他结构，能够实现量化风口组合、数控风门独立操控的结构都是有可能实现本发明的，例如，量化风口沿筒状阀体轴向分布，阀体中心轴线上设有一转动轴，转动轴上固定设有一组可控磁控套管及伸缩拨杆，每个可控磁控套管及伸缩拨杆对应一个风门。本实施例中可控磁控套管及伸缩拨杆的结构及控制方法与上述实施例的结构及方法相同。

本发明中，数控风门的编码选通可以采用下述表1的方式进行编码：表1：采用译码器编码的风口面积组合关系列表如下：

参看图2，本发明中采用的数控风门组合式切断阀的控制方法是这样实现的：所述控制方法是基于设置在空调系统中引风通道上的具有组合量化风口的筒状阀体1、为每个风口2单独配置的风门3、由设置在阀体中心轴线上的由旋转电机驱控的驱控轮盘、限控在驱控轮盘对应的可控磁控套管中的伸缩拨杆3-1、及设置在可控磁控套管中的可控励磁线圈3-3励磁直流电源之间的触发式开关电路组成的风门编码选通控制机构的基础上实现的；所述方法中还包括存储有组合风口开启度代码与风口组合面积和通风管道的面积之比关系列表的专用存储器，所述方法的具体控制步骤包括：

1）空调机组启动，根据进风量需求调用专用存储器中的关系列表并选中组合风门对应的编码；

2）空调机组的管理电路根据选中的编码向触发式开关电路发出控制信号对可控励磁线圈3-3进行编码选通；

3）被选中的可控励磁线圈3-3接通励磁直流电源，伸缩拨杆3-1受控伸出定位在对应风门3上；

4）空调机组的管理电路向驱控轮盘4的旋转驱动电机发出启动信号，旋转电机轴正转一定角度开启风门；

5）根据进风量需求重新调整新风量时，空调机组管理电路向旋转电机发出复位控制信号，旋转电机反转关闭已开启的风门；

6）空调机组管理电路向触发式开关电路发出复位控制信号，可控励磁线圈3-3断电，伸缩拨杆3-1在复位弹簧3-4的作用下缩回；

重复步骤2）~6）。

上述控制方法中，根据列表确定需开启的风口组合，例如，根据进风量要求，初次开启风口组合面积是25%，若根据需求需重新调整风口组合面积为20%，控制台需要发出控制信号关闭全部风门后，再按照对应的编码00100开启风口面积为20%的风门。

不管开启多大面积的风口组合，都需要将所有风门先复位关闭，然后再重新选择需要组合的风门，这样能够降低故障率，防止风门发生偏移。

Claims (10)

1.高速列车用空调新风阀精确调控方法，所述方法是基于在引风通道中设置数控风门组合式切断阀、并借助各风门状态的设置实现对新风量的精确调控；所述方法中还包括在空调系统中配置了车厢内、外空气环境的采样及分析系统、采样数据的中间存储单元和内外环境下车厢内空气质量标准的经验数据库，其特征在于：所述空调新风阀精确调控方法的具体步骤中包括：

1）列车启动后根据经验数据设定即时环境下的新风阀口的初始组合形式决定新风引入量，在以上新风量初始值控制下形成车厢内部空气质量参数的稳定；

2）启动采样数据与标准数据的比对；

3）采样空气质量参数劣于同等条件下空气质量标准参数时进行步骤4），否则进行步骤5）；

4）加大新风量10个百分点，待车厢内空气环境相对稳定后返回步骤2）；

5）监控、并比对标准能损指数的变化，超标准时进行步骤6），未超标时则返回步骤2）；

6）回调新风量5个百分点，待车厢内空气环境相对稳定后返回步骤2），并且回调后新风量以不超过国家标准中公共场所室内新风量0.5立方米/人·分钟为标准；

重复步骤2）到6），形成新风量持续动态调控。

2.根据权利要求1所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于步骤3中空质量参数劣于同等条件下的标准参数包括二氧化碳室内浓度和湿度国家标准。

3.根据权利要求1所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于步骤5中所说的标准耗能指数按照以下公式计算：

（△T×M×K）/W；

其中△T代表车厢内外温差，M代表单位时间新风量，K代表空气温升系数，W代表空调机组功率。

4.根据权利要求1所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于：步骤1）中所述根据经验数据设定即时环境下的新风阀口的初始组合形式是指，在列车的始发站点具有当地、当季的相对较稳定的空气环境，这个相对较稳定的空气环境存储在经验数据库中，列车在当地当季每次启动时对新风量的引入，均根据该预先存储在经验数据库中的外界空气环境确定新风阀的初始组合形式。

5.根据权利要求1所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于：步骤1）中在以上新风量初始值控制下形成车厢内部空气质量参数的稳定是指，列车根据当地当季空气环境引入新风量后，在车厢内形成相对稳定的空气环境，这里的相对稳定是指车厢内空气环境参数的变化范围相对于列车启动时小。

6.根据权利要求1所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于：所述方法中采用的数控风门组合式切断阀是在阀体上设置一组量化风口，所述量化风口的通风面积按照设计要求的引风通道的总通风面积的百分比对应设计；

所述量化风口设有5个，分别设计为引风通道总通风面积的5%、10%、20%、40%、50%。

7.根据权利要求6所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于：所述具有量化风口的数控风门组合式切断阀的结构中包括：设置在空调系统中引风通道上的筒状阀体（1）、阀体（1）上均布一组量化风口（2），每个风口（2）单独配置的启、闭风门（3）在同步转动的伸缩拨杆（3-1）的驱动下实现风口（2）的启、闭状态转换；同步转动的伸缩拨杆（3-1）限控在驱控轮盘（4）对应的可控磁控套管中、受控完成对风门（3）的驱动离合、并借助于驱动轮盘（8）转动实现启、闭风门（3）的限量转角。

8.根据权利要求7所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于：可控磁控套管的结构包括：定位在驱动轮盘（4）上的套管（3-2）、设在套管（3-2）外的可控励磁线圈（3-3）和套管内复位弹簧（3-4）。

9.根据权利要求8所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于：可控励磁线圈（3-3）借助一个触发式开关电路接在励磁直流电源上，触发式开关电路的触发信号来自于空调机组的管理电路、借助于发出的可控励磁线圈（3-3）的编码选通。

10.根据权利要求8所说的高速列车用空调新风阀精确调控方法，其特征在于：所述风门（3）上设有与伸缩拨杆（3-1）相配套的对接插槽（3-5），两者结合形成驱动离合结构。