Расчет системы кондиционирования вагона поезда
Точный расчет системы кондиционирования вагона поезда производится итеративным методом — для некоторых неизвестных величин сначала принимаются предполагаемые значения, после чего проверяются в расчете. При несовпадении производятся их коррекция и повторный расчет, после чего процедура повторяется. При совпадении расчет считается оконченным.
Ниже приводится расчет холодопроизводительности системы кондиционирования вагона поезда, в котором по ходу расчета задаются два параметра — влажность воздуха в купе и расход рециркуляционного потока воздуха. Последний проверяется, исходя из обеспечения температуры подаваемого в купе воздуха не ниже нормативной величины (16 °С). Влажность воздуха проверяется следующим образом. Как известно, при охлаждении воздуха холодной поверхностью на I d-диаграмме процесс идет по линии, исходящей из точки исходного состояния воздуха и идущей в сторону точки с насыщения (φ=100%) при температуре холодной поверхности. Теоретически процесс должен достигнуть конечной точки (с φ=100%). Однако на практике воздух «не успевает» дойти до φ=100% и «останавливается» на точке с φ=85…95%. Тем не менее очевидно, что все три точки (начальная, конечная теоретическая и конечная практическая) лежат на I d-диаграмме на одной прямой. Именно требование нахождения их на одной прямой и является условием проверки влажности воздуха в купе (в начальной точке).
Исходные данные:
Данные по вагону:
Количество человек в вагоне: nчел_ваг=38.
Норма воздуха на человека: Gчел = 15 м3/ч.
Площадь крыши: Sкрыш = 68 м2 .
Боковая площадь: Sбок = 111 м2.
Площадь пола: Sпол = 78 м2.
Торцевая площадь: Sторц = 15 м2.
Площадь окон: Sокно = 16 м2.
Площадь обшивки:
Sобш = Sкрыш + Sбок + Sпол + Sторц =272 м2.
Параметры окружающей среды (стандартные расчетные условия):
Расчетное давление: pрасч = 0,1 Мпа.
Температура наружного воздуха: tнар=32 °С.
Влажность наружного воздуха: φнар=60%.
Влагосодержание наружного воздуха (определяется по I d-диаграмме): dнар = 18,2 г/кг.
Энтальпия наружного воздуха (определяется по I d-диаграмме): iнар = 78,9 кДж/кг.
Плотность наружного воздуха (определяется по I d-диаграмме): ρ нар = 1,14 кг/м3.
Солнечная радиация (прямая и рассеянная) на широте г. Сочи (46 градусов):
Nрад_ср_46ш_прям=494 Вт/м2
Nрад_ср_46ш_расс=121 Вт/м2.
Параметры внутренней среды:
Поддерживаемая в вагоне температура: tваг=24°С.
Влажность, поддерживаемая в вагоне (принимается и проверяется далее): φваг=49%.
Влагосодержание воздуха в вагоне (определяется по I d диаграмме): dваг = 9,2 г/кг.
Энтальпия воздуха в вагоне (определяется по I d-диаграмме): iваг = 47,6 кДж/кг.
Плотность воздуха в вагоне (определяется по I d-диаграмме): ρ ваг = 1,17 кг/м3.
Минимально возможная температура подаваемого в вагон воздуха: tваг_под=16°С.
Влажность подаваемого в вагон воздуха: φваг_под=95% .
Энтальпия подаваемого воздуха: iваг_под= 43,7 кДж/кг .
Плотность подаваемого воздуха: ρ ваг_под = 1,20 кг/м3.
Термодинамические данные:
Теплоемкость воздуха: cвозд=1,005 кДж/(кг∙°С).
Теплоемкость воздуха, насыщенного водяными парами: cнас_пар=1,86 кДж/(кг∙°С).
Теплоемкость воды: cводы=4,2 кДж/(кг∙°С).
Скрытая теплота парообразования:
rводы=2,5∙103 кДж/кг.
Коэффициент теплопередачи обшивки:
Kобш=0,559 Вт/(м2∙°С).
Естественная вентиляция
Естественная вентиляция (через открытые окна) является наиболее простым способом. Однако использование этого способа связано с существенными недостатками: возможностью осуществления только в теплое время, отсутствием средств защиты от проникновения в вагон, невозможностью использования во время дождя, появлением сквозняков и т.п.
Совершенным средством вентиляции вагона являются специальные вытяжные устройства –дефлекторы, которые могут использоваться в любое время года. Дефлекторы устанавливаются на крыше и действуют по принципу эжекции (отсасывания воздуха) при обдувании наружным потоком. Верхняя рабочая часть дефлектора устроена так, что в ней под действием протекающего потока воздуха происходит разряжение, благодаря чему из вагона всасывается в трубу и уходит наружу. (рис. 5.20)
Водяная система отопления
Водяная система отопления, как уже говорилось выше, состоит из котла, который в свою очередь имеет три основных части: основание-наружная рубашка, средняя часть-огневая камера и дымовытяжная труба. Все пространство между этими частями заполнено водой. Котел располагается в котельном отделении (КО) и , обычно, вмещает в себя около 350 литров воды. Также в котле имеется топка с дверцей, внутри которой стоит колосниковая решетка. В топке тепловая энергия от сгорания топлива, путем нагрева воды, передается в отопительные контуры.
Система водораспределения состоит из двух контуров: малого и большого. Малый контур отапливает коридорную сторону, а большой-купейную. Трубы водораспределительной системы проходят от котла между крышей и потолком на всём протяжении вагона. На конце, противоположном концу вагона, где установлен котел, спускаются вниз и образуют стояки. Краны стояков служат для выпуска воздуха из системы отопления. Далее трубы проходят вдоль боковых стен, у пола, и присоединяются к нижней части котла, таким образом замыкая отопительные контуры. На рисунке ниже, где подробно показаны составные части котла, представлен отопительный котел вагона постройки Тверского Вагоностроительного Завода и котел отопления купейного вагона постройки ГДР.
Для улучшения теплообмена системы с отапливаемым помещением применяются радиаторные батареи. В котельном отделении имеется запасной бак и циркуляционный насос. Бак предназначен для пополнения системы отопления водой, а циркуляционный насос, как уже понятно из названия, для усиления циркуляции воды в контурах отопления. Котлы оборудуются термометрами, что позволяет проводнику контролировать температуру всей системы.
Общие требования к вентиляции пассажирских вагонов
Вследствие продолжительного пребывания людей в закрытом помещении (вагоне) без необходимого воздухообмена температура воздуха увеличивается, повышается его влажность, в его составе появляются вредные для организма человека вещества и он становится непригодным для дыхания. Для улучшения микроклимата в вагоне устанавливается нагнетательная вентиляция, служащая для непрерывного обмена воздуха в помещении.
В переходное время года, а также зимой эта установка подает необходимое количество тепла в купе вместе с воздухом. С помощью нагнетательной вентиляции непрерывно регулируется обмен воздуха, обеспыливается и нагревается при необходимости подаваемый в вагон наружный воздух и создается в купе определенное избыточное давление, препятствующее проникновению пыли. При правильном обслуживании вентиляционной установки пассажиры не ощущают неприятного чувства сквозняка.
Летом в вагон следует подавать столько наружного воздуха, чтобы температура внутри него не превышала наружную более чем на 3—5°С. Кроме нагнетательной вентиляции, некоторые пассажирские вагоны имеют естественную вентиляцию, которая осуществляется через окна, двери и дефлекторы.
На время прохода поезда через тоннель систему принудительной вентиляции необходимо выключать.
Датчик температуры пассажирского салона
Датчик температуры пассажирского салона (датчик) предназначен для регистрации температуры в пассажирском салоне и передачу данных в кондиционер салона.
В салоне каждого вагона установлено по два датчика температуры. Датчики установлены во внутреннем пространстве багажных полок. Датчик включает в себя чувствительный элемент (сенсор температуры), вентилятор и электрический разъем. Все элементы датчика собраны на корпусе (рисунок 6.8, 6.9).
Рисунок 6.8 – Датчик температуры пассажирского салона: 1 – корпус; 2 – соединитель; 3 – вентилятор; 4 – источник питания; 5 – сенсор
Рисунок 6.9 – Расположения датчика температуры в пассажирском салоне
Нагревательные приборы
К ним относят электропечи низковольтного отопления (расположены под кожухами батарей отопления), электрокалориферы (находятся в вентиляционном канале), электрокипятильники, электроплитки (в котельном отделении). Все нагревательные приборы должны включаться в строгом соответствии с правилами эксплуатации. На них запрещено развешивать тряпки или ветошь для сушки. С ними не должны контактировать посторонние предметы. При эксплуатации нагревательных приборов проводнику запрещено покидать вагон. Кроме этого их нельзя включать при питании вагона от АКБ, при неисправном генераторе, а также при подаче питания в соседний вагон.
Неисправности в системе вентиляции и способы их устранения
Во время эксплуатации вентиляционных установок из-за загрязненности фильтров воздух недостаточно очищается и появляется налет пыли внутри вагона при работе вентиляции. Это может происходить не только из-за загрязнения фильтров, которые длительное время не заменялись, но также из-за повреждения сетки фильтра, наличия просветов в набивке, при сухих непромасленных фильтрах и большом скоплении пыли в воздушном канале Неисправные фильтры необходимо заменять исправными, имеющимися в запасе. Опыт показывает, что в поездах с продолжительностью рейса между конечными пунктами более пяти суток летом необходимо заменять фильтры в пунктах формирования и оборота, менее пяти суток — один раз в неделю или чаще, в зависимости от условий погоды. Зимой продолжительность работы фильтров может быть увеличена вдвое. Для содержания воздушных фильтров в исправном состоянии в вагонных депо организованы отделения регенерации и ремонта фильтров. Подача недостаточного количества воздуха в вагон обычно бывает из-за неправильного положения регулирующих заслонок, засорения фильтров, трубок воздухоподогревателя, недостаточного числа оборотов электродвигателя вентиляторов и неправильного положения регулирующих реостатов. Механику-бригадиру необходимо проверить состояние фильтров, правильность работы оборудования, плотность диффузора, выявленные неисправности устранить или при невозможности устранения их подать телеграмму на ближайший ПТО о высылке к поезду специалистов, при этом указать предположительную неисправность вентиляционного агрегата. Зимой подача холодного воздуха в помещение вагона может произойти из-за: неправильного положения заслонок — обходной канал открыт (его необходимо перекрыть): снижения уровня воды в воздухоподогревателе (это можно проверить водопробным краном); отключения калорифера; слабой топки котла или сильного загрязнения калорифера и др. Наряду с принимаемыми мерами по устранению неисправностей в пути следования механик-бригадир по прибытию в пункт оборота или формирования должен записать в книгу ремонта все замеченные неисправности и проследить за их ликвидацией.
Возможные неисправности
Чем больше приборов, тем чаще требуется ремонт системы водоснабжения пассажирских вагонов
Неисправности системы водоснабжения пассажирского вагона не такая уж и редкая вещь, и происходят они в основном из-за постоянного колебания вагона при движении. Нарушается плотность всех соединений и со временем возникают трещины в котле, баках, и трубах, несмотря на отсутствие вильного давления.
- Помимо этого постоянно происходит износ трущихся деталей, таких как клапана, пробки и вентили. Никуда не деться и от коррозии. Как следствие, в разных местах системы появляются течи.
- К прочим неисправностям можно отнести: заедание педали смыва унитаза, неисправность запорных вентилей, кипятильника, охладителя, умывальных чаш и прочего.
- Все поломки выявляются во время технического обслуживания вагона.
- Устранение неисправностей осуществляется силами специальных бригад, во время плановых ремонтов (деповском и капитальном) и отцепочном ремонте.
- Ремонт и техническое обслуживание сводятся к восстановлению целостности поврежденных деталей, уплотнению соединений.
Во время плановых мероприятий систему дополнительно промывают питьевой водой.
Состав системы кондиционирования вагона
Система кондиционирования железнодорожного вагона состоит из моноблочного кондиционера и ультрафиолетового обеззараживателя. Основная причина установки обеззараживателя — предотвращение разноса инфекций и загрязнений в рециркуляционном потоке воздуха.
В моноблочный кондиционер поступает свежий и рециркуляционный воздух. Смешанный воздух проходит через фильтр грубой очистки класса EU4 (согласно DIN 24 185), затем в зимнее время подогревается в водяном калорифере, в который поступает горячая вода из системы отопления. В переходный период нагрев осуществляется электрическим калорифером. В летнее время воздух охлаждается в поверхностном воздухоохладителе, после чего проходит через каплеуловитель для отделения влаги. После моноблочной установки воздух попадает в обеззараживатель, где проходит антибактерицидную обработку и затем раздается по вагону.
Влага из каплеуловителя собирается в емкость и отводится наружу. Существуют СКВ вагонов поездов, в которых благодаря близости испарителя и конденсатора в моноблоке конденсат впрыскивается в поток воздуха, охлаждающего конденсатор, за счет чего снижается температура конденсации и уменьшается нагрузка на кондиционер.
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В КУПЕ
Вряд ли кто-то скажет, что поддержание различной температуры воздуха в нескольких помещениях — столь сложная задача. В рукава тех же канальных кондиционеров давно встраиваются клапаны, управление которыми осуществляется системой автоматики и предполагает подачу в каждое из помещений строго такого количества воздуха, которое требуется для поддержания заданной в этом помещении температуры.
Однако, как было сказано в предисловии, для поездов характерен ряд особенностей, которые зачастую не позволяют так просто решить поставленную задачу. К тому же о том, насколько качественно и точно работают системы клапанов в канальных кондиционерах, сказано предостаточно. В вагонах поезда задача усложняется еще и тем, что количество купе в вагоне достигает 10, а регулирование расхода воздуха сразу по 10 направлениям — задача нетривиальная.
Для реализации системы индивидуального регулирования температуры воздуха предложено довольно много технических решений как в России, так и за рубежом. За рубежом эти системы не только предложены, но уже давно работают, в основном отличаются глубиной автоматизации управления и регулирования (климат-контроль).
По типу воздействия все существующие и предложенные системы можно разделить на две группы:
- с прямым воздействием на температуру воздуха, подаваемого в купе (активная система);
- косвенным воздействием с изменением массы воздуха (пассивная система).
По промежуточному теплоносителю:
- с фреоновым промежуточным теплоносителем;
- с водой в качестве промежуточного теплоносителя;
- без промежуточного теплоносителя.
Для повышения уровня комфорта в пассажирских поездах внедряется система создания индивидуального климата в каждом купе вагона. Основные требования к такой системе:
- возможность автоматического и ручного регулирования требуемых в данном купе параметров, шаг регулирования не более 1°С;
- пределы регулирования температуры воздуха в купе должны быть от +20 до +30 °C независимо от внешней тепловой нагрузки на вагон и времени года;
- время регулирования — не более 15 минут.
Виды систем регулирования температуры воздуха в купе вагона поезда:
- Пассивная система — система, в которой изменение температуры воздуха в помещениях (купе) вагона происходит за счет внешнего тепла окружающей среды (температура наружного воздуха, солнечная радиация) при изменении баланса, например, за счет изменения подачи приточного воздуха.
- Активная система — система, в которой изменение температуры воздуха в помещениях (купе) вагона происходит за счет изменения температуры приточного воздуха от дополнительного источника.
- Симметричная система — система, при которой регулирование температуры воздуха в помещениях (купе) вагона выполняется относительно среднего значения температуры в интервале регулирования.
- Асимметричная система — система с однополярным регулированием температуры воздуха в помещениях (купе) вагона. Положительная: от +20 до +30 °C; отрицательная — от +30 до +20 °C.
- Безынерционная система — система, в которой новое значение температуры воздуха в помещениях (купе) вагона устанавливается за время, не превышающее 15 минут (связано с кратностью воздухообмена).
- Инерционная система — система, в которой новое значение температуры воздуха в помещениях (купе) вагона устанавливается за время, соизмеримое с постоянной времени экспоненты в процессе охлаждения вагона (2…3 часа).
Правила эксплуатации
С наступлением холодов, проводники проверяют исправность комбинированного отопления в вагоне и его подготовку к зимнему периоду, проводятся следующие виды работ:
проверяется котельное оборудование на неисправность; обращается внимание на положение кранов и задвижек; в топке исследуется наличие колосников и их исправность; исправляется работа насосов и измерительных приборов; проверяется вода в системе. В достаточном ли она количестве, также осматривается запасной бак на наличие воды; обращается внимание на твердое топливо. В случае нехватки необходимо об этом руководству; просматривается инвентарь для работ с твердым топливом; также приводится в порядок техническая документация по правилам пользования смешанного обогрева вагонов
В случае нехватки необходимо об этом руководству; просматривается инвентарь для работ с твердым топливом; также приводится в порядок техническая документация по правилам пользования смешанного обогрева вагонов.
Нижняя часть котла плацкартного вагона
Для нормального и бесперебойного функционирования смешанного отопления, у каждого вагона исправность оборудования должно быть проверено, сто девяносто восемь обогревающих головок, которые подходят к водоналивным трубам.
Перед запуском котельного оборудования необходимо проверить исправность вентиляционной системы. Для этого необходимо посмотреть положение ручки клапана. Она находится на потолке в котельном отделении. При запущенной вентиляции, положение ручки будет повернуто к слову «Открыто»
Также важное требование – это посмотреть противопожарную заслонку. По положению ручки привода можно догадаться, что она открыта
Эксплуатация вентиляционных систем вагонов в пути следования
Система вентиляции вагонов работает на двух основных режимах –зимнем и летнем. Первый применяют во время отопительного сезона, второй – в остальное время года.
Зимний режим работы вентиляции предусматривает подачу в вагон необходимого количества очищенного подогретого воздуха в соответствии с санитарно- гигиеническими нормами. Для этого обходный канал воздухоподогревателя закрывают. В некупированных вагонах переключатель заслонок, расположенный в служебном отделении, переводят в положение «Закрыто», в купированных – переключатель заслонок, находящийся в котельном отделении ( в вагонах постройки венгерского завода – под потолком тамбура котлового конца) ставят в положение «Зима».
Зимой любая система вентиляции должна обеспечивать подачу внутрь вагона необходимого количества воздуха, подогретого до температуры не ниже 200С. Контроль за температурой воздуха происходит по дистанционному термометру, установленному с служебном купе.
Система вентиляции в пассажирских вагонах независимо от времени года и погоды должна работать постоянно. Дефлекторы в пассажирском помещении приоткрывают на 10-15 мин, чтобы использованный воздух мог свободно выходить из вагона. При закрытых дефлекторах ухудшается воздухообмен в вагоне, возрастает влажность воздуха, запотевают оконные стекла. В некотловом конце вагона дефлекторы рекомендуется приоткрывать больше, чем в котловом: примерно на 20-25мин. В котельном отделении и в туалетах дефлекторы должны быть открыты всегда независимо от времени года. Обильное выделение влаги на поверхности оконных стекол свидетельствует о высокой влажности воздуха внутри вагона и является признаком недостаточной вентиляции. Нельзя снижать температуру воды в котле настолько, чтобы вентиляционный воздух перестал нагреваться.
Летний режим работы вентиляции значительно проще, чем зимний, так как нет необходимости регулировать температуру подаваемого воздуха. При подготовке вагонов к летним пассажирским перевозкам необходимо открыть обходной клапан в некупированных вагонах, а в купированных – поставить переключатель заслонок в положение «Лето». Нужно также полностью открыть все потолочные дефлекторы.
В сухую погоду при следовании поезда по попыльным участкам дорог целесообразно включать вентилятор на максимальную производительность и не открывать окна и форточки. Таким образом создается некоторый воздушный подпор, что уменьшает проникновение пыли в вагон через неплотности окон и дверей.
При повышении температуры воздуха внутри вагона до 260С и более, особенно во второй половине дня, даже при непрерывно работающем вентиляторе в вагоне ощущается духота, поэтому необходимо открывать форточки или окна с правой стороны по ходу поезда. При особо высоких температурах (350С и выше) принудительная вентиляция становится малоэффективной. В таких случаях открывают форточки с обеих сторон вагона.
Режим работы вентиляции в переходные периоды года при температуре наружного воздуха от 00 до 100С мало отличается от работы в зимнем режиме: котел отопления в это время действует, обходной канал в некупированных вагонах устанавливают в положение «Зима», потолочные дефлекторы приоткрывают примерно на 5мм в котловом конце вагона и на 25 мин – в некотловом.
Links
- Espacenet
- Discuss
- 238000009423
ventilation
Methods0.000
title
claims
abstract
description
31
- 238000005399
mechanical ventilation
Methods0.000
claims
description
14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N
water
SubstancesO
XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N
0.000claims
description
3
- 230000003750
conditioning
Effects0.000
abstract
1
- 239000000126
substance
Substances0.000
abstract
1
- 210000004544
DC2
Anatomy0.000
description
4
- 230000002530
ischemic preconditioning
Effects0.000
description
4
- 238000007906
compression
Methods0.000
description
2
- 238000004378
air conditioning
Methods0.000
description
1
- 230000000903
blocking
Effects0.000
description
1
- 239000000428
dust
Substances0.000
description
1
- 238000005516
engineering process
Methods0.000
description
1
- 238000009434
installation
Methods0.000
description
1
- 238000000034
method
Methods0.000
description
1
- 230000000149
penetrating
Effects0.000
description
1
- 230000001681
protective
Effects0.000
description
1
Почему вагоны до сих пор топят углём
Остается вопрос: так почему же вагоны до сих пор топят углем? Это всё потому, что далеко не все участки железных дорог электрифицированы, не всегда есть возможность включать в состав поезда вагон-электростанцию для осуществления электрического отопления, а котел с топкой позволяет компенсировать дефицит электроэнергии путем сжигания твердого топлива. Каменный уголь на данный момент является самым энергоэффективным видом топлива, ведь коэффициент полезного действия от сжигания угля гораздо выше, чем от сжигания самых твердых пород древесины. Еще одним плюсом использования этого вида топлива является его распространенность и относительно невысокая цена.
Обратившись к историческим сведениям, можно узнать, что современные системы отопления почти не отличаются от тех, что были 100 лет назад. Принцип действия остался такой же, вагоны все так же продолжают топить углём. А вот что касается появления электрической системы отопления-этому, безусловно, поспособствовал научно-технический прогресс. Но водяная система отопления по сравнению с электрической может функционировать в любое время и при любых обстоятельствах. Она проста и неприхотлива в использовании, легка в обслуживании и надежна в своей работе.
▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼
А в какое время годы вы чаще всего путешествуете? Было ли такое, что в вагоне было слишком холодно или слишком жарко? Вы знали раньше, как работает система отопления в вагоне? Задавайте свои вопросы, оставляете комментарии и делитесь этой публикацией с друзьями.
- TRAINS UNIVERSE В VK.COM
- TRAINS UNIVERSE В TELEGRAM
Реферат патента 2010 года СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА
Изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха в пассажирских вагонах. Система вентиляции пассажирского вагона состоит из наружной воздухозаборной решетки, воздушного фильтра, приточного вентилятора, водяного или электрического калорифера и приточного воздуховода с выпусками по длине вагона. В систему вентиляции дополнительно введены холодильная машина, вытяжные вентилятор и воздуховод, наружная решетка для удаляемого воздуха, сборник конденсата, конденсатоотводный трубопровод. Холодильная машина выполнена в виде моноблочной установки, состоящей из тепло-шумоизолированного корпуса, разделенного на два отсека. В первом отсеке расположены воздухоохладитель и приточный вентилятор. Воздухоохладитель соединен воздуховодом с воздушным фильтром. Во втором отсеке расположены компрессор, четырехходовой клапан, конденсатор, соединенные между собой трубопроводами с элементами регулирования и защиты, и вытяжной вентилятор. Всасывающая полость вытяжного вентилятора соединена с вытяжным воздуховодом, а нагнетательная – с наружной решеткой для удаляемого воздуха. Сборник конденсата установлен в днище корпуса и соединен с конденсатоотводным трубопроводом. Достигается снижение энергозатрат на работу системы вентиляции пассажирского вагона. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.