DE20311981U1

DE20311981U1 - Rail air conditioning unit for compartment coach has air conditioners in individual compartments in parallel with brine circuit supplied with cooling brine

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Publication number: DE20311981U1
Application number: DE20311981U
Authority: DE
Original assignee: Boeck Lutz Dipl-Ing; KNOTHE CHRISTIAN; Knothe Christian Dipl-Ing
Current assignee: Boeck Lutz Dipl-Ing; KNOTHE CHRISTIAN; Knothe Christian Dipl-Ing
Priority date: 2003-08-02
Filing date: 2003-08-02
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2013-08-03

Abstract

The air conditioning unit has a cooling circuit containing brine. The air conditioners (10) in the individual compartments (7) supplied with cooling brine. The cooling rating of each condition are can be set individually in each compartment by setting the brine flow in accordance with the required temperature without affecting the other compartments.

Description

Kurzfassungshort version

Bisher bekannte Bahnklimaanlagen für Abteilwagen mit direkter Luftkühlung durch jeweils ein Klimagerät je Wagen erlauben die individuelle Temperatureinstellung im Abteil bisher nur über die Einstellung der Kühlleistung des Klimagerätes nach der Anforderung aus dem Abteil mit der niedrigsten gewünschten Temperatur und der Nachheizung der Luft für die Abteile, welche eine höhere Abteiltemperatur anfordern. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Kühl- und Heizenergiebedarf, der in der Gesamtbilanz als Verlust zu bewerten ist. Erfindungsgemäß wird diese nachteilige Lösung dadurch vermieden, daß die Kühlleistung mittels eines Kühlsolestromes vom Verdampfer zu den Abteilen übertragen wird und in den Abteilen mit je Abteilparallelgeschalteten Luftbehandlern durch Einstellung des Solestromes individuell je Abteil abteilspezifisch entsprechend der gewünschten Abteiltemperatur geregelt bzw. eingestellt werden kann, ohne die in den anderen Abteilen vorgewählte Temperatur merklich zu beeinflussen. Die Luftmengen werden dabei in üblicher Weise in Abhängigkeit von der Außentemperatur und bzw. oder dem C02-Pegel der Raumluftgeregelt.So far known railway air conditioning systems for Compartment car with direct air cooling by one air conditioner each each carriage allows individual temperature settings in the compartment so far only about the setting of the cooling capacity of the air conditioner according to the request from the compartment with the lowest desired Temperature and the reheating of the air for the compartments, which one higher Request compartment temperature. This creates an additional one Cold and Heating energy needs, which in the overall balance should be assessed as a loss is. According to the invention, this becomes disadvantageous solution thereby avoided that the cooling capacity by means of a cooling brine current transferred from the evaporator to the compartments and in the compartments with air handlers connected in parallel to each compartment by setting the brine flow individually for each compartment depending on the compartment according to the desired Compartment temperature can be regulated or set without the selected in the other sections Noticeably affect temperature. The air volumes are there in more usual Way depending from the outside temperature and or or the C02 level of the indoor air.

Beschreibungdescription

Als Ausführungsbeispiel zeigt die 1: Ein Funktionsschema der abteilspezifischen Temperaturregelung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung von schienengebundenen Fahrzeugen mit Abteilstruktur, vorzugsweise Personenwagen von Bahnen. Die Erfindung umfaßt ein kombiniertes System von Komponenten der Klimatisierung, bestehend aus einem Kältesatz mit Verdampfer, der die Kälteleistung für einen ganzen Wagen an ein Zwischenträgermedium, vorzugsweise Wasser oder Kühlsole überträgt, und einer der Anzahl der Abteile entsprechenden Zahl von Luftbehandlern, die vom Wasser oder von der Sole durchströmt werden und die Kühlung der jeweiligen Abteilluft entsprechend der Temperaturanforderung jedes Abteils unabhängig voneinander gewährleisten.As an embodiment, the 1 A functional diagram of the compartment-specific temperature control The invention relates to a method for the air conditioning of rail-bound vehicles with compartment structure, preferably passenger cars from trains. The invention comprises a combined system of components of the air conditioning, consisting of a refrigeration unit with an evaporator, which transfers the cooling capacity for an entire vehicle to an intermediate carrier medium, preferably water or cooling brine, and a number of compartments corresponding to the number of compartments, which are separated from the water or are flowed through by the brine and ensure the cooling of the respective compartment air independently of each other according to the temperature requirement of each compartment.

Neuzeitliche Schienenfahrzeuge werden zunehmend klimatisiert, um den Fahrkomfort für die Fahrgäste zu verbessern. Dabei ist es aus Gründen der Geräteabmessungen und der Wirtschaftlichkeit üblich, ein Kühlaggregat für jeweils einen gesamten Wagen zu installieren. Das Kühlaggregat kann ein Kompaktgerät sein, das die Funktionen Kälteerzeugung, Luftförderung und Luftbehandlung in sich vereint und Unterflur, im Dach oder als Schrank im Wagen angeordnet sein kann. Eine andere Ausführung ist bei begrenzten Platzverhältnissen die Splitausführung mit vom Kältesatz getrennt angeordneten Luftbehandler. Die Splitausführung hat den entscheidenden Nachteil, daß die Kältemittelfüllung besonders groß sein muß und durch die verzweigte Ausführung zusätzlich die Gefahr des Kältemittelverlustes infolge eines Rohrleitungsschadens in dem meist verzweigten Rohrleitungsystem besteht. Es existiert auch eine Lösung mit einem Kompaktkältesatz und einem Solezwischenkreislauf als Kälteträger zu einem Luftbehandler, bei dem die Nachteile der größeren Kältemittelfüllung und der größeren Gefahr von Havarien mit Kältemittelverlust verringert werden können. Alle diese unterschiedlichen Lösungen besitzen eine für den gesamten Wagen gemeinsame Luftaufbereitrung und Luftförderung. Das ist für Reisezugwagen, die nur aus einem Großraumabteil bestehen, die optimale Lösung. Die Luftverteilung kann sehr gleichmäßig vorgenommen werden und bei der richtigen Anordnung des für die Regelung erforderlichen Temperaturfühlers kann die Temperatur im gesamten Wagen innerhalb der Behaglichkeitsgrenzen eingehalten werden. Ebenso kann am Sollwertsteller der Vorgabewert für den gesamten Wagen eingestellt werden. Das Kühlgerät, im folgenden Klimagerät genannt, arbeitet dann optimal mit der für den gesamten Wagen erforderlichen Kühlleistung.modern Rail vehicles are increasingly air-conditioned to ensure driving comfort to improve for passengers. It is for the sake of dimensions and the economy, a cooling unit for each to install an entire car. The cooling unit can be a compact device that the functions refrigeration, air promotion and air treatment combined in and under the floor, in the roof or as Cabinet can be arranged in the car. Another version is with limited space the split version with from the chiller separate air handlers. The split version has the decisive disadvantage that the Refrigerant charge must be particularly large and through the branched version additionally the Risk of loss of refrigerant due to pipeline damage in the mostly branched piping system consists. There is also a solution with a compact chiller and an intermediate brine circuit as a coolant to an air handler, where the disadvantages of the larger refrigerant charge and the greater danger of accidents with loss of refrigerant can be reduced. All of these different solutions own one for air conditioning and air handling throughout the car. This is for Passenger coaches that consist of only one large compartment, the optimal one Solution. The air distribution can be made very evenly and with the correct arrangement of the necessary for the regulation temperature sensor the temperature in the entire car can be within the comfort limits be respected. The default value can also be set on the setpoint adjuster for the entire car can be set. The cooling device, hereinafter called the air conditioner, then works optimally with the for cooling capacity required for the entire car.

Bei Abteilwagen, für die ebenfalls ein gemeinsames Klimagerät für alle Abteile eines Wagens üblich ist, muß die Regelung für jedes Abteil getrennt erfolgen, um jeweils die Behaglichkeitsbedingungen in Abhängigkeit von der Kühllast des Abteils individuell zu regeln bzw. individuell am Sollwertsteller einstellen zu können. Bei unterschiedlichen Anforderungen aus den einzelnen Abteilen sind gegenüber dem Großraumabteil weitere Maßnahmen erforderlich, um diese unterschiedlichen Anforderungen erfüllen zu können. Die normale Lösung besteht darin, daß das Abteil mit der größten Kühllastanforderung bzw. mit dem niedrigsten Temperaturwunsch die Arbeitsweise des Klimagerätes bestimmt. In der Folge ergäbe sich für die anderen Abteile eine zu niedrige Raumtemperatur. Um das zu verhindern, wird die für diese Abteile zu große Kälteleistung durch eine elektrische Gegenheizung kompensiert, so daß sich auch für diese Abteile die jeweils gewünschte oder vom Regler geforderte Raumtemperatur einstellt.at Compartment car, for which is also common air conditioning unit for all compartments of a car, must the Scheme for each compartment are made separately to reflect the comfort conditions dependence from the cooling load of the compartment individually or individually at the setpoint adjuster to be able to adjust. If there are different requirements from the individual compartments across from the open plan compartment further measures required to meet these different requirements can. The normal solution is that Compartment with the greatest cooling load requirement or with the lowest desired temperature determines the mode of operation of the air conditioner. As a result for the other compartments have a too low room temperature. To prevent that, will be the one for this Compartments too big Cooling capacity compensated by an electrical counter heating, so that it is also suitable for this Compartments the desired one or sets the room temperature required by the controller.

Das bedeutet einen erhöhten Energieaufwand, der nicht erforderlich wäre, wenn jedes Abteil mit einem separaten Klimagerät ausgestattet wäre. Diese Lösung ist aber aus Wirtschaftlichkeitgründen und aus Gründen der schwierigen Anordnung einer Vielzahl von Geräten nicht oder nur in Ausnahmefällen möglich.The means an elevated Energy expenditure that would not be required if each compartment had one separate air conditioner would be equipped. This solution but is for reasons of economy and for reasons of difficult arrangement of a large number of devices not possible or only possible in exceptional cases.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Klimatisierungverfahren für Abteilwagen zu schaffen, das einerseits die Möglichkeit der Nutzung eines Kompaktklimagerätes für jeweils einen Wagen einschließt und andererseits die individuelle Einstellung oder Vorwahl der Abteiltemperatur ermöglicht, ohne daß eine Gegenheizung erforderlich ist.The object of the present invention is therefore to provide an air conditioning method for compartment wagons, which on the one hand includes the possibility of using a compact air-conditioning unit for one wagon and on the other hand the individual setting or preselection of the compartment temperature possible without counter heating is required.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.According to the Object achieved by the features of claim 1.

Die Unteransprüche 2 und 3 stellen vorteilhafte Varianten der Erfindung dar.The under claims 2 and 3 represent advantageous variants of the invention.

Eine sinnvolle Weiterentwicklung ist mit der Lösung nach Anspruch 4 möglich.A Sensible further development is possible with the solution according to claim 4.

Die Erfindung beinhaltet demgemäß ein Verfahren zur optimalen Klimatisierung von Abteilwagen schienengebundener Fahrzeuge, wobei ein zentrales Kompaktklimagerät für jeweils einen Wagen installiert wird und die Verteilung der Kühllast auf die einzelnen Abteile bedarfsgerecht mittels eines Kaltwasser- oder Solestromes auf die einzelnen Abteile erfolgt. Dafür wird für jedes Abteil ein separater Luftbehandler installiert, der aus einem Sole-Luft-Wärmeübertrager, einem Lüfter und einer ggf. einer Solepumpe besteht und der nach den Anforderungen des Abteils geregelt wird. Die Soleströme für die Abteile sind an einem Solestrang des Wagens parallel geschaltet angeschlossen. Um mit dieser Ausführung die verschiedenen Leistungsanforderungen zu realisieren, genügt es den Solestrom im jeweiligen Abteilstrang zu verändern. Das ist mittels drehzahlveränderlicher Solepumpen, Drosselung des Solestromes oder impulsweitenmodulierter Soleförderung auf einfache Weise möglich. Während für das erstgenannte Verfahren jeder Luftbehandler eine separate Solepumpe benötigt, könne die beiden anderen Verfahren sowohl mittels separater oder auch zentraler Solepumpe realisiert werden. Die verschiedenen Soleströme haben im Luftbehandlereintritt eine einheitliche Temperatur, die sich aus der Gesamtleistungsanforderung des Wagens ergibt, und je nach Abteilanforderung unterschiedliche Rücklauftemperaturen. Durch die Mischung nach dem Zusammenfluß aller Parallelströme des Rücklaufes entsteht dann die Soleeintrittstemperatur in das Kompaktkühlgerät. Dieses verfügt über eine Leistungsregeleinrichtung, die bei großer Temperaturdifferenz zwischen Soleein- und -austritt eine größere Kälteleistung abfordert als bei geringer Temperaturdifferenz. Das kann vorzugsweise durch Drehzahlveränderung des Kältemittelverdichters oder ein anderes geeignetes Leistungsregelungsverfahren erfolgen. Die Vorlauftemperatur für die Luftbehandler der Abteile wird dabei durch den Regler so gewählt, daß die maximale Leistungsanforderung aus dem Abteil mit der größten Kühllast beim Nennsolestrom gerade abgedeckt werden kann, während die Abteile mit geringerer Kühllast, bzw. einer höheren individuellen Temperaturanforderung durch den Abteilregler einen geringeren Solestrom zugeführt bekommen und damit diese Anforderung abdecken.The The invention accordingly includes a method for optimal air conditioning of compartment wagons Vehicles, with a central compact air conditioner installed for one car at a time will and the distribution of the cooling load to the individual compartments as required using a cold water or brine currents on the individual compartments. For that, for each Installed a separate air treatment unit consisting of a brine-air heat exchanger, a fan and possibly a brine pump and that according to the requirements of the compartment is regulated. The brine flows for the compartments are in one Brine line of the car connected in parallel. To with this version It is sufficient to meet the various performance requirements To change the brine current in the respective compartment line. This is by means of variable speed brine pumps, Throttling of the brine flow or pulse-width-modulated brine delivery easily possible. While for the The first-mentioned method, every air treatment specialist requires a separate brine pump the other two methods both by means of separate or also central Brine pump can be realized. The different brine flows have in the air handler inlet a uniform temperature that changes results from the total power requirement of the car, and depending on Compartment request different return temperatures. Through the Mix after the confluence of all parallel streams of the return the brine inlet temperature then arises in the compact cooling unit. This has a Power control device with a large temperature difference between Brine inlet and outlet a greater cooling capacity requests than with a small temperature difference. That can preferably by changing the speed of the refrigerant compressor or another suitable power regulation procedure. The flow temperature for the Air handlers in the compartments are selected by the controller so that the maximum Performance requirement from the compartment with the greatest cooling load for the nominal brine current can be covered while the compartments with lower cooling loads, or a higher one individual temperature requirement by the compartment controller lower brine current supplied get and thus cover this requirement.

Dieser Regelung ist der Luftmengenregelung überlagert, die sich aus der Besetzung des bteils oder in Abhängigkeit von der Luftqualität ergibt. Dadurch sind weitere Energieeinsparungen gegenüber der konventionellen Lösung möglich.This Regulation is superimposed on the air volume control resulting from the Occupation of the part or depending on air quality results. This means further energy savings compared to the conventional solution possible.

Eine zum Kühlfall äquivalente Lösung ergibt sich als Variante für den Heizfall, indem die Sole als Wärmeträger benutzt wird und ihren Wärmeinhalt aus einer Heizquelle bezieht. Als Heizquellen kommen alle in konventionellen Lösungen üblichen Arten in Betracht, z.B. elektrische Widerstandsheizung oder Ölheizung, aber es könne auch in vorteilhafter Weise verfügbare Abwärmeströme eingebunden werden. Das kann z.B. die Kühlwasserwärme von Dieselmotoren bei dieselmotorgetriebenen Wagen oder Zügen sein, oder die Abwärme von Frequenzumrichtern, Transformatoren oder ähnlichen Ausrüstungen mit Verlustwärmeströmen. Damit wird gleichzeitig das Problem hoher Oberflächentemperaturen an elektrischen Luftheizern, wie sie im allgemeinen in Schienenfahrzeugen üblich sind, vermieden.A equivalents to cooling solution results as a variant for the heating case in which the brine is used as a heat carrier and their Heat content a heating source. As heating sources, all come in conventional Solutions usual Species into consideration, e.g. electric resistance heating or oil heating, but it could also available in an advantageous manner Waste heat flows are integrated. This can e.g. the cooling water heat of diesel engines with diesel engine driven cars or trains, or the waste heat from Frequency converters, transformers or similar equipment with heat loss flows. In order to at the same time the problem of high surface temperatures on electrical Air heaters, as are common in rail vehicles, avoided.

Für die Klimatisierung eines Abteilwagens besteht die Klimaanlage demgemäß aus einem Kompaktkältesatz zur Kühlung eines Kaltwassser- oder Solestromes, der von einer Pumpe zu den Luftbehandlern der einzelnen Abteile gefördert wird. Der Zuluftstrom, den jedes Abteil benötigt, wird vom Zulüfter gefördert. Er besteht aus den Anteilen von Außenluft und Umluft, die sich aus den Aulegungsbedingungen, der Abteilbesetzung, dem Außenluftzustand oder einer anderen zweckmäßigen Führungsgröße ergeben. Die Kühlleistung ergibt sich im jeweiligen Abteil aus den abteilspezifischen Kühllasten und den spezifischen Temperaturwünschen der Fahrgäste in jedem Abteil. Bei konstantem Luftstrom kann diese Kühlleistung durch abteilspezifische Einstellung des Solestromes für den Luftbehandler dem Bedarf angepaßt werden. Der Solestrom kann bei einer zentralen Pumpe durch Drosselung des Solestromes im jeweiligen Luftbehandler eingestellt werden. Dabei ist das Drosselorgan in den Temperaturregelkreis als Stellglied eingebunden, und für jede eingestellte bzw. gewählte Abteiltemperatur stellt der Regler den richtigen Solestrom ein.For air conditioning a compartment car, the air conditioning system accordingly consists of one Compact refrigeration system for cooling a cold water or brine flow from a pump to the Air treatment of the individual compartments is promoted. The supply air flow, that each compartment needs is from the fan promoted. It consists of the proportions of outside air and recirculating air, which are from the design conditions, the occupation of the compartment, the outside air condition or result in another appropriate reference variable. The cooling capacity results in the respective compartment from the compartment-specific cooling loads and the specific temperature requirements of passengers in every compartment. With constant air flow, this cooling capacity can through compartment-specific setting of the brine flow for the air handler adapted to the needs become. The brine flow can be throttled in a central pump of the brine flow can be set in the respective air handler. The throttle is in the temperature control loop as an actuator involved, and for each set or selected Compartment temperature, the controller sets the correct brine current.

Eine andere Möglichkeit der Anpassung des Solestromes an die erforderliche Kühlleistung bietet die Anordnung je einer Solepumpe je Luftbehandler, wobei die Einstellung des erforderlichen Solestromes ebenfalls durch Drosselung oder vorteilhafter durch Drehzahlverstellung der einzelnen Pumpe erfolgen kann. Es gibt auch die Möglichkeit, bei konstantem Solestrom die Kühlleistung dem Bedarf anzupassen, indem die Luftmenge als Stellgröße verwendet wird. Das bietet sich dann als Lösung an, wenn zur Energieersparnis in Abhängigkeit von der Abteilbesetzung und den Außenbedingungen ohnehin eine Luftmengeneinstellung vorgesehen ist und diese zweckmäßig durch Drehzahlverstellung des Zulüftermotors in Überlagerung mit der Verstellung der Außen-Umluft-Klappe erfolgt. Da aber im Allgemeinen eine Mindestaußenluftmenge je Fahrgast erforderlich ist, muß die Eignung dieses Regelverfahrens aufgabenspezifisch überprüft werden. Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden.Another possibility of adapting the brine flow to the required cooling capacity is provided by the arrangement of one brine pump per air handler, the setting of the required brine flow also being possible by throttling or more advantageously by adjusting the speed of the individual pumps. There is also the option of adapting the cooling capacity to the demand with constant brine flow by using the air volume as a control variable. This offers itself as a solution if, in order to save energy depending on the occupancy of the compartment and the external conditions, an air volume setting is provided anyway and this is appropriate This is done by overriding the speed of the fan motor with the adjustment of the outside air recirculation flap. However, since a minimum amount of outside air per passenger is generally required, the suitability of this control method must be checked in a task-specific manner. The invention will be described in more detail using an exemplary embodiment.

Als Ausführungsbeispiel zeigt dieAs embodiment show the

1: Ein Funktionsschema der abteilspezifischen Temperaturregelung mittels Sole als Kälte- bzw. Wärmeträger und individueller Solepumpe je Abteil. 1 : A functional diagram of the compartment-specific temperature control using brine as a cooling or heat transfer medium and an individual brine pump for each compartment.

Die Luftbehandlungsanlage besteht aus dem Kältesatz 1, dem Heizsystem 2 und dem Solesystem 3 zur Verteilung der Kühl- bzw. Heizleistung. Im Kühlwärmeübertrager 4 wird bei Kühlbedarf die erforderliche Kühlleistung an den Solestrom übertragen, während bei Heizbedarf die Heizleistung am Heizwärmeübertrager 5 übertragen wird. Der Wagen 6 besteht aus einer bestimmten Anzahl von Abteilen 7, die sich aus der konstruktiven Wagengestaltung ergibt. Die Sole bzw. das Wasser gelangt über die Sammelleitung 8 in die einzelnen Abteile 7 des Wagens 6. Von der Sammelleitung 8 zweigen die Abteilleitungen ab, in denen sich die Pumpen 9 und die Luftbehandler 10 befinden. Über die Sammelleitung 11 wird die Sole zu den Wärmeübertragern 4 bzw. 5 zurückgeführt. Über den Temperaturfühler 12 und den Regler 13 wird die Drehzahl der Pumpe 9 auf den erforderlichen Wert eingestellt.The air treatment system consists of the cooling unit 1 , the heating system 2 and the brine system 3 for the distribution of cooling or heating power. In the cooling heat exchanger 4 If cooling is required, the required cooling capacity is transferred to the brine flow, while if there is a heating requirement, the heating capacity is transferred to the heat exchanger 5 is transmitted. The car 6 consists of a certain number of compartments 7 , which results from the constructive car design. The brine or water passes through the manifold 8th into the individual compartments 7 Of the car 6 , From the manifold 8th branch off the compartment lines in which the pumps are located 9 and the air handlers 10 are located. Via the manifold 11 the brine becomes the heat exchanger 4 respectively. 5 recycled. Via the temperature sensor 12 and the controller 13 becomes the speed of the pump 9 set to the required value.

Claims

Air conditioning for rail vehicles, preferably railway and tram cars different performance sizes with compartment structure of the car, consisting of an air conditioner with an indirect cooling circuit marked with brine as a coolant in that the Air treatment unit connected in parallel in the individual compartments with cooling brine supplied and the cooling capacity of each Air handler by adjusting the brine flow individually Compartment-specific compartment-regulated according to the desired compartment temperature or can be set without the temperature selected in the other compartments noticeable influence.

Air conditioning system according to claim 1, characterized in that that the Adjustment of the brine flow by individually arranged for each compartment speed-adjustable brine pumps or by throttling the brine flow a central or individual brine pump or by pulse width modulated Release of the brine flow of a likewise central or individual Brine pump takes place.

Air conditioning system according to claim 1 and 2, characterized in that a dependent on from the outside temperature or the C02 level of the indoor air or other parameters Supply air flow through superimposed Regulation of the brine current is maintained at the target temperature.

Air conditioning system according to claims 1 to 3, characterized in that for the heating case the brine current, possibly heated using the waste heat generated on the wagon and the heat output in the air handler is transferred to the supply air to the compartment becomes.