高速列车室内温湿度模拟试验系统设计开发

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随着我国高速铁路的快速发展 ，营造-个温润、舒适的车厢环境便显得尤为重要。高速列车在上线之前，对其整体舒适性能的评估需要有舒适度试验台做基矗车体舒适度试验台是为了在实验室阶段，实现乘客对乘车舒适度 的综合反应评价 。具体而言，主要包括车 内的振动、噪声 、温度 、湿度、压力、照明以及视觉感受等许多 因素对人体 的影 响。其 中，温度、湿度模拟系统是舒适度试验台的-个重要组成部分 ，主要从人体感知方面测试人体的舒适程度。罗仕鉴(20o5)认为舒适是-种主观感受，撒于使用者在不同的工作环境、时间长短、以及不同的任务而造成不同程度的舒适感觉，是结合生理与心理两方面经验的感知f1]。舒适度要考虑的因素修稿 日期 ：2013-02-22基金项 目：科技部支撑计划项 目(2012BAH08F01)作者简介：石献金，女，博士研究生。专业：机械设计及理论 。研 究方 向：新型机电产品的研 发。

包括设施 、环境以及人为的因素。车厢实际上是-种人工化的室内环境 .但它与普通室内环境的最大不同在于列车处于高速运行且密封的状态 中，振动 、温湿度、气压等都与普通室内环境有所不同。这种特殊的人工化环境既是由人创造的，同时又对人产生各种影响闭。本文重点从环境方 面人手，对高速列车室内温湿度模拟试验方法及系统进行了详细论述。

1 系统简介车内温湿度模拟系统是实现高速列车模拟试验空间空气温湿度的变化。主要由工业空调、加湿机、除湿机和温湿度控制器组成。要求在风道参数、分风设备和集风设备等基础上实现模拟空间的温湿度模拟，进而为高速列车温湿度舒适性试验提供-个平台，对高速列车室内环境进行总体评估 .其中包括温度和湿度指标的评价。该试验系统是建立在-个空间大小为 30mz的动车车厢内，由温湿度硬件调控系统，信号采集反馈系统以及软件操作系统组成。硬件系统主要包括工业用组合式1· 开发与创新 ·空调除加湿机组和温湿度-体式传感器以及工控机等设备 。软件操作系统主要是指上位机 ，即用户操作界面 ，本系统采用 delphi7软件编制 。

2 系统构建与试验2.1 系统原理高速列车室内温度和湿度舒适的范围都有标准规定I引，车室内外温度要匹配，内部湿度要与温度相协调，但实际高速列 车室 内温湿 度模拟试 验系统要 求温 度 10℃-40℃范围内可以实现任意设定 ，并且伴 随 30%～90%湿度的调节 ，存在高温高湿 、低温低湿两种极端情况 。此外 .为了保证 列车舒适度质量要求 。必须提高试验 精度。基于这些难点，解决问题的关键技术如下 ：(1)温度调节范围的精确控制。目前常规空调系统(温度调节范围 l6℃～32cI)不能实现低温低湿和高温高湿调节.须采用工业用空调机组。根据空间大型温度变化需求，通过计算机和温度传感器的控制，实现预设的温度调节。

(2)湿度调节范围的精确控制。采用加湿机和除湿机协调并用 ，根据湿度调节范 围，结合温度的调节范围 ，通过计算机和湿度传感器的控制 ，实现预设的湿度调节。

温湿度模拟系统利用车内现有空调散风设施 ，增加相应 的温度和湿度调整设备来实现 .其主要 由工业组合空调机组、传感器和计算机控制系统组成，系统原理如图 1所示。为了节约成本，提高试验效率，将动车车厢进行 改造 。只对其 中 30m 密 闭空间进行温湿 度试 验 。

组合空调机组通过管路连接，形成两种工作模式，-种是全循环风 .-种是补新风 ，两种状态的转换通过手动截止阀 3实现。试验空间内布置温湿度传感器三个，分别位于中间、横向-侧、纵向-侧 ，将温度、湿度信号反馈到工控机.继而温湿度控制系统将信号传递给空调机组.根据温湿度的设定值进行内部调节(加热/制冷、加湿/除湿 )。-旦室内参数达标 ，空调机组内部各个部分根据补偿量进行相应的启停和延迟动作 。组合空调机组是该试验系统中主要的温湿度调节设备，温湿度调节范围广 。精度高，稳定性好 。试验车厢进风系统采用车厢出气口进气 口- 豳 1漫漫度调节 系统原理圈n譬.1 pIe dtugramoftemperature and humidity controlsystem2原有空调进风设备 ，保证 了进风量的均匀性 ，符合铁路客车空调试验标准 。

2.2 参数计算根据简 明空调设计手册[51以及新型空调制冷设备及配件选用手册问。按照铁路空调客车热工计算方法[71，结合该系统温湿度模拟试验要求 。确定空调机组工作原理图 2以及各个状态参数详见表 1。

图2 组合空调机组原理图Fig.2 Priciple diagram of combined air-conditioning unit表 1各状态点技术参数Tab.1 Technical parameters of each state干球温度 相对湿度 绝对含湿量 焓值 i 序号 项目T/℃ RH，% d(g，lg) (kj/kg)A 新风 38 75 32.51 121.9B 前表冷 8 95 6.39 24.15C 除湿转轮 26 9.5 2 31-36D 后表冷 8 29.95 2 13.1lE 加热段 40 4-3 2 45.55试验空间所需风量Q12OOm3/h.管内风速v-般在5-lOm/s范 围内。根据流量 、速度与管径截面积 A的关系计算得到风管直径 d为 ：d 4xQ ×1000246mm (1)风管直径取整，d250mm。

2.3 试验 内容基于以上试验原理 .构建了具体温湿度模拟试验系统 ，其风道管路安装见图 3所示。整套设备安装布置在试验车体下面的地坑里。图示阴影部分为支撑车体转向架的支柱 .空调机组两侧各安装-个风阀 。用于灵活调节空调的出风量 ≌调风道与车体 自带的空调风道接 口采用法兰连接，便于日常拆卸。整个风管均用保温棉包裹，有效防止能量散失，提高试验效率。全部试验流程图 3 现场管路安装Fig3 Construction of pipelin·开发与创新 ·包括温湿度参数设定、机器启停复位和车室内温湿度参数测量 .均可以在图4所示手动操作面板上完成 ，非常简单便捷。除此之外，上位机软件操作界面不仅可以完成以上所有操作.还具备时时显示温湿度波动曲线的功能。

具体试验结果如图 4～5所示 .温度和湿度 的变化范围是息息相关 的。温度和湿度试验结果是在其 中-个 因素固定的情况下进行的，总体来看，试验系统可以实现试 睦 次 技图 4 温度试验Fig.4 Temperature test程序闭环控制，以及组合式空调机组，软硬件结合，实现 了室 内 10℃～40℃温度 、30%-90%湿度 的程序控制和调节。试验结果精度高，车体内温湿度分布均匀，有效地证 明了该试 验系统的可靠性和实用性 ，为高速列车温湿 度舒适 性试验的开展搭建了试验平 台，同时为后续高铁综合舒适度试验的进行提供了实践借鉴和方法指导- 35o 上艰 值·甘 -下 碾位 -30 4/J ，SeN25 . 2O℃七 j I，/，lO℃图 5 湿度试验Fig.5 Humidity test预期 的功 能指标 。温湿度试验系统可 以有 效地进行试验，通过人体感知和仪器测量，采用问卷调查的方式评价高速列车室 内温湿度的舒适性能 ，能够直接地反映乘客对车体内部温度和湿度的肤感舒适性。①温度调节范围：IOC 40C；②相对湿度调节范围：30% 90%；③温度控制精度：±3℃；④湿度控制精度：±5%。