Отопление вагонов. Системы воздушного отопления
 

Отопление вагонов. Системы воздушного отопления

Пассажирские вагоны с системой водяного отопления можно считать «классикой» для климатических условий и протяжённости маршрутов движения России. Однако с развитием скоростного движения в межрегиональном сообщении протяженностью до 700 км в качестве подходящего рассматривается пассажирский вагон с воздушной системой отопления как более простой в эксплуатации, малоинерционной, обладающей меньшей массой.

В 1999 г. МВРЗ им. Войтовича по разработке ОАО ПКБВ «Магистраль» построил опытный скоростной вагон межобластного назначения модели 9510. Вагоны этой модели предназначались для перевозки пассажиров в поездах с централизованным электроснабжением со скоростями движения до 200 км/ч. Вагон имел 2-х салонную компоновку на 64 места, оснащен экологически чистыми туалетами замкнутого типа, расположенными в нерабочем конце вагона. Наружные двери вагона с электропневмоприводом, боковые одностворчатые прислонно-раздвижные; торцевые-двухстворчатые раздвижные. Окна вагона оснащены двухкамерными герметичными стеклопакетами и тройным остеклением, между вторым и третьим стеклом размещены регулируемые жалюзи. Опытный вагон был изолирован пакетированной теплоизоляцией типа «Урса».

Вагон был оборудован воздушной системой обеспечения климата (СОК), включавшую в себя:

• климатическую установку (для охлаждения и обогрева) типа КУ 7175, на базе воздушной холодильной машины;

• частотный преобразователь;

• высоковольтный электрокалорифер (3 кВ) номинальной мощностью 30 кВт;

• воздушные каналы забора, раздачи и рециркуляции воздуха;

• цифровой блок автоматического управления СОК.

Особенностью системы отопления является наличие двухканальной системы раздачи обработанного воздуха в салон, схема которой приведена на рис. 17. Наружный и рециркуляционный воздух, смешиваясь и проходя через климатическую установку 1, высоковольтный электрокалорифер 2, распределительный узел 3, направляется или в потолочный воздуховод 4 (на режимах вентиляции и охлаждения), или через опускные воздуховоды 5 в напольные бортовые воздуховоды 7(на режиме отопления). Через раздаточные отверстия воздуховодов приточный воздух подаётся в салон. При вентиляции и охлаждении — сверху, при отоплении — снизу под окна. Из салона воздух поступает через решетку в рециркуляционный канал 8 и частично выбрасывается наружу через потолочные клапана туалетов. Вспомогательные вентиляторы 6 служат для преодоления гидравлического сопротивления воздуховодов и подачи подогретого воздуха в салон вагона. Система управляется цифровым блоком 9 — работает в нормальном состоянии в автоматическом режиме.


При работе системы в режиме отопления наружный воздух предварительно нагревается в КУ, работающей в теплонасосном режиме, затем, смешиваясь с рециркуляционным воздухом, после окончательного нагрева в высоковольтном электрокалорифере поступает в разделительный узел и через нижние раздаточные воздуховоды — в пассажирский салон вагона. Предусмотрено автоматическое регулирование теплопроизводительности электрокомпрессора КУ за счёт ступенчатого изменения частоты вращения, а также ступенчатого регулирования мощности высоковольтного электрокалорифера (шесть ступеней) посредством переключения групп высоковольтными контакторами.

При работе системы в режиме охлаждения наружный воздух охлаждался в КУ и, смешиваясь с рециркуляционным, подавался в салон вагона через потолочный воздуховод. Режим вентиляции отличался от режима охлаждения тем, что свежий воздух подавался в салон не компрессорами КУ, а дополнительными вентиляторами, минуя цикл воздушной холодильной машины.

Все электропотребители вагона были запитаны от многоканального высоковольтного преобразователя с общей выходной мощностью 65 кВт.

Проведенные испытания опытного вагона выявили ряд существенных недостатков в работе оборудования климатической системы, потребовавших её коренной модернизации. В первую очередь климатическая установка КУ 7175 была заменена на кондиционер УКВ-31 фирмы «Остров»; установлено два высоковольтных электрокалорифера мощностью по 20 кВт каждый; распределительный узел с ручными заслонками «зима — лето» устанавливается непосредственно после УКВ, обеспечив прохождение воздуха через высоковольтные электрокалориферы только в режиме отопления; установлены подоконные панели со встроенными каналами вентиляции, через которые воздух подаётся в оконную зону и нижнюю часть салона.

Испытания вагона с модернизированной системой СОК показали её работоспособность, подтвердили высокие динамические качества воздушной системы отопления и равномерность распределения температур воздуха по салону с нижней раздачей.

Требуемая температура воздуха в салоне устанавливалась через 20 + + 30 минут с момента пуска системы отопления холодного вагона при отрицательных температурах наружного воздуха. Падение температуры воздуха в салоне от плюс 20 "С до плюс 10 "С прогретого вагона происходило в течение 6 + 10 часов с момента отключения системы отопления при отрицательных наружных температурах воздуха. То есть, исключение из системы отопления инерционного элемента, каким является водяная система с отопительным котлом, приводит к ускорению процессов предварительного нагрева и охлаждению вагона. В межобластном сообщении система воздушного отопления может быть более предпочтительной с точки зрения обслуживания и экономии энергии.

Явный недостаток модернизированной системы воздушного отопления вагона модели 9510, который был подтверждён испытаниями, заключался в ступенчатом регулировании теплопроизводительности и выбранном алгоритме автоматического управления, что приводило к значительным колебаниям температур поступающего в салон воздуха. Учитывая это обстоятельство, ЗАО «ЛАНТЕП» разработало систему воздушного отопления на базе серийного кондиционера УКВ ПВ и высоковольтного электрокалорифера (по ТУ СВИ 02.000) мощностью 32 кВт с двухканальной системой раздачи приточного воздуха по типу вагона модели 9510. Существенное отличие разработанной системы состоит в выборе трёх групп электрокалориферов равной единичной мощности, позволяющей осуществить плавное регулирование теплопроизводительности от 0 до 48 кВт. Первая группа состоит из двух секций низковольтных электрокалориферов мощностью по 8 кВт каждый, расположенных в УКВ ПВ, получающих питание от канала статического преобразователя (летом питающего двигатель компрессора). Высоковольтный калорифер, состоящий из 2-х секций по 16 кВт, получает энергию от поездной высоковольтной магистрали. Первая группа низковольтных электрокалориферов УКВ позволяет осуществлять плавное регулирование теплопроизводительности от 0 до 16 кВт. С увеличением тепловой нагрузки последовательно включаются в работу секции высоковольтных электрокалориферов, обеспечивая плавное регулирование теплопроизводительности системы от 16 кВт до 32 кВт, а затем от 32 кВт до 48 кВт. При возможности плавного регулирования теплопроизводительности системы воздушного отопления целесообразно управлять температурой приточного воздуха, поддерживая её на требуемом уровне в зависимости от действующих факторов, тем самым обеспечивать высокую стабильность температур воздуха внутри вагона в соответствии с требованиями комфорта.

Система воздушного отопления, разработанная ЗАО «ЛАНТЕП», применима на вагонах локомотивной тяги с автономным и централизованным электроснабжением, а также на электропоездах.

Источник информации?

В.А. Жариков. Климатические системы пассажирских вагонов, 2006