【摘 要】
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根据《基加利修正案》,高铁列车空调中使用的R407C和R410A等高全球变暖潜力值（Global Warming Potential,GWP）制冷剂即将被禁用。二氧化碳作为GWP值为1的天然环保制冷剂,成为高铁列车空调制冷剂替代可行性最高的选择。然而应用二氧化碳作为空调制冷剂存在着系统压力高、高温条件下制冷性能衰减两大挑战。根据调研,国内在高铁列车二氧化碳空调领域研究甚少,国外也少有成功进行实验测
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根据《基加利修正案》,高铁列车空调中使用的R407C和R410A等高全球变暖潜力值（Global Warming Potential,GWP）制冷剂即将被禁用。二氧化碳作为GWP值为1的天然环保制冷剂,成为高铁列车空调制冷剂替代可行性最高的选择。然而应用二氧化碳作为空调制冷剂存在着系统压力高、高温条件下制冷性能衰减两大挑战。根据调研,国内在高铁列车二氧化碳空调领域研究甚少,国外也少有成功进行实验测试的案例。因此,本文从仿真和实验两方面对列车二氧化碳空调系统进行了深入的研究,研究内容与结果如下:1)开发了一套双回路列车二氧化碳空调产品并进行了实验测试本课题成功搭建了列车二氧化碳空调系统,并在铁路标准工况下对该产品进行测试。双回路空调系统的制冷量为42k W,COP为2.4,满足设计要求。同时研究了单回路空调系统在不同系统充注量、室外侧温度、压缩机工作频率和室内侧风量下的制冷循环机理。在单回路系统测试中制冷量最大为24.3k W,COP最高为2.7。根据实验数据拟合的气体冷却器出口温度和系统最优高压的线性关联式实现了最优高压的控制。2)建立了列车二氧化碳空调系统主要零部件的单体仿真模型本课题为了解决二氧化碳空调系统高温制冷能效低的问题,对系统零部件进行了单体建模仿真,计算结果指导了压缩机等零部件的选型和高效换热器的设计。在管翅式换热器的设计上采用了9排20管的最大管排数,集液管采用1分4的分管形式,较传统管翅式换热器设计在制冷量和COP分别提升了4.1%和4.2%。3)建立了列车二氧化碳空调系统稳态仿真模型在相同的工况下,稳态仿真结果与实验结果基本一致,制冷量和COP误差在5%以内。稳态仿真模型计算结果可指导系统预测和性能调优等方面的工作。4)建立了列车二氧化碳空调系统高压保护机制本课题为了解决在列车空调系统中使用二氧化碳工质带来的高压安全问题,通过系统储液罐制冷剂缓冲机制和电子膨胀阀的保护控制策略对系统进行主动高压保护;通过设计安装高低压开关和安全阀等零部件对系统进行被动高压保护。
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