Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

кондиционирование воздух вагон пассажирский

Основные задачи транспорта - своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы.

Установки кондиционирования воздуха, применяемые на пассажирских вагонах имеют большую массу. Это связано с тем, что одна часть аппаратов расположена под рамой вагона, другая в потолочном пространстве, а это требует большого количества трубопроводов для соединения этих частей. Так же все холодильные установки в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха обладают недостаточно высокими технико-экономическими показателями.

Для совершенствования установок кондиционирования воздуха необходимо работать над путями снижения массы, улучшения условий ремонта и содержания, решать задачи по применению плавного регулирования и автоматического поддержания постоянной температуры воздуха в вагоне, улучшению герметичности системы. Дальнейшее развитие техники, получение необходимых температурно-влажностных условий в вагонах направлено на совершенствование конструкции холодильных машин, приборов отопления и повышение теплотехнических характеристик кузова вагона.

В связи с электрификацией многих участков железных дорог созданы условия для широкого применения электрического отопления пассажирских вагонов и централизованного электроснабжения установок кондиционирования воздуха и других электропотребителей. Это позволяет улучшить не только комфортные условия для пассажиров, но и уменьшить затраты человеческого труда на обслуживание оборудования вагонов.

1. Состояние вопроса по системам кондиционирования воздуха

В настоящее время все холодильные установки в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха, имеющие подвагонную компоновку, обладают недостаточно высокими технико-экономическими показателями.

Основные недостатки:

большие масса и габариты;

значительный расход электроэнергии;

недостаточная надежность и долговечность;

трудность обеспечения полной герметизации системы из-за разбросанности агрегатов и длинных трубопроводов с большим количеством разъемов.

Снижение массы холодильных установок можно осуществлять за счет интенсификации теплообмена и соответствующего уменьшения поверхности аппаратов, как наиболее тяжелой части холодильных установок.

Применение плавного регулирования холодопроизводительности и автоматического поддержания стабильной температуры воздуха в вагоне можно осуществлять путем поочередного включения цилиндров компрессора. Такой способ регулирования, несомненно, прогрессивен, так как благодаря этому сводится к минимуму количество пусков и остановок компрессора и обеспечивается более устойчивая температура в вагоне. Примером установки с широким диапазоном регулирования является установка фирмы «Стоун» холодопроизводительностью - 31.4 кВт.

Весьма целесообразно изменять температуру воздуха по желанию пассажиров отдельно в каждом купе. В вагонах поездов «Рейнгольд» эксплуатируемых с 1962 г. в ФРГ, применены аппараты «Жетэйр» устанавливаемые в каждом купе. В них происходит вторичная тепловая обработка воздуха, поступившего из нагнетательного воздуховода, и пассажиры могут сами устанавливать в купе желаемую температуру.

Улучшение технико-экономических показателей вагонных холодильных установок может быть достигнуто за счет повышения частоты вращения коленчатого вала компрессора, например, до 3000 об/мин.

Улучшение герметичности системы является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на надежность работы холодильной установки.

Первым шагом по улучшению герметичности системы было создание полугерметичных компрессоров, смонтированных в одном корпусе с бесколлекторным электродвигателем переменного тока (например, компрессор ФУБС 15) Полностью же герметичную систему можно создать только при агрегатировании установки, т.е. применении автономного кондиционера с питанием переменным током.

Автономный кондиционер представляет собой единый агрегат отдельные части которого соединены с помощью сварки. Это позволяет ликвидировать один из основных недостатков подвагонных установок, имеющих фланцевые и резьбовые соединения.

Агрегат удобен в обслуживании, легко монтируется на вагоне и при необходимости может быть быстро заменен другим не только на пунктах оборота поезда, но и во время его стоянок.

Автономные кондиционеры появились на транспорте около двадцати лет назад, но уже сейчас находят широкое применение во многих странах.

Кондиционеры, работающие в цикле теплового насоса, весьма экономичны и целесообразны для применения на железнодорожном транспорте. Они могут обеспечить не только охлаждение воздуха, но и подогрев без применения специальных подогревателей путем реверсирования в холодильной системе направление потока хладагента в зависимости от наружных температурных условий.

Применение теплового насоса позволяет значительно расширить возможности использования установок кондиционирования воздуха. В южных направлениях с умеренным климатом, где температура воздуха бывает -5 градусов даже в зимнее время года, такая установка может обеспечить круглогодичное кондиционирование воздуха, не нуждаясь в дополнительном применении приборов системы отопления.

При более холодном климате может потребоваться добавочный подогрев воздуха приборами отопления. И лишь при сильных морозах такая установка оказывается экономически невыгодной.

2.Технические характеристики вагона

Таблица 1. Основные размеры автомобиля

В качестве изучаемого объекта я взяла купейный вагон марки 61-4179, в котором установлен кондиционер с холодопроизводительностью 29кВт, КЖ_25П. Элементы конструкции вагона - это потолок, стены, пол, двери и окна. Все эти элементы выполнены из определенных материалов. Мы будем считать приблизительно, что все они имеют форму прямоугольника. Поэтому для каждого из элементов конструкции мы будем искать площадь как для прямоугольника.

Где:

· a - ширина конструкции;

· b- Длина конструкции.

Расчетная площадь теплопередающей поверхности кузова определяется по формуле

, м²

где и соответственно, наружная и внутренняя площади поверхностей ограждения.

Рассчитаем площадь наружной поверхности

1) Площадь пола:

2) Площадь боковых стен:

3) Площадь торцовых стен:

4) Площадь крыши:

5) Площадь больших окон:

,

где длина окна ,

ширина окна ;

количество окон

6) Площадь малых окон:

,

где ; ;

Рассчитаем площадь внутренней поверхности

1);

2);

3);

4);

Тогда ;

(без площади окон).

Общая площадь кузова вагона:

3. Определение расчетного коэффициента теплопередачи ограждения кузова

Определение приведенного коэффициента теплопередачи будем вести по формуле:

,

4.1 Теплопритоки от инфильтрации

Теплопритоки от инфильтрации воздуха находятся в прямой зависимости от перепада температур между температурами воздуха внутри и снаружи и от частоты открывания дверей. Инфильтрация через небольшие не плотности ограждений не учитывается, так как при работающей системе вентиляции и образующимся при этом перепаде воздуха наружный воздух через эти не плотности внутрь не проходит. Поскольку теплоприток через ограждения Q₁ , также пропорциональны перепаду между температурами воздуха внутри и снаружи вагона, теплоприток от инфильтрации Q₂ определяют как некоторую часть Q₁ , по формуле:

Q₂=K?•Q₁

Где K'- безразмерный числовой коэффициент. В нашем случае его принимают K' = 0,3

Q₂ = K?•Q₁ = 0, 3•12.827 = 3.8 кВт, таким образом, теплопритоки от инфильтрации Q₂=3.8 кВт

4.2 Тепловыделения пассажиров

Различными исследователями установлено, что теплоотдача за счет конвекции при комфортных условиях составляет 33-35% всей теплоотдачи. Количество теплоты, отдаваемое излучением, находится в пределе 42-44%. Теплоотдача испарением составляет 20-25% отдаваемой теплоты. При температуре воздуха ниже температуры кожи человека количество испаряемой влаги остается практически постоянным. При более высоких температурах влагоотдача возрастает. Потоотделение начинается при температуре выше 28-29 °С, а при температуре выше 34 °С теплоотдача испарением и потоотделением является практически единственным способом теплоотдачи организма. При температуре воздуха 38 ^оС и влажности 56% наступает предел естественной терморегуляции тела; при легкой одежде этот предел 38 °С и 43%, при обычной одежде 38 °С и 39%.

Определяются по формуле:

Q₃=q₁•n,

где q_л - суммарное (сухое и влажное) тепло, выделяемое одним пассажиром, Вт; n - количество пассажиров, исходим от количества сидячих мест.

Пассажиры находятся в помещении с малой кубатурой. Это несколько ухудшает условия их пребывания и одновременно предъявляет повышенные требования к обеспечению состояния и состава воздуха в пассажирском помещении. Тепловой комфорт пассажиров зависит от правильного выбора параметров метеорологического состояния воздуха в помещении с учетом времени года и климатических условий местности, по которой будет курсировать транспортное средство. При этом имеется в виду, что пассажир находится в спокойном состоянии.

Общая теплоотдача пассажира, находящегося в спокойном состоянии, при нормальных условиях составляет около 100 ккал/ч. За счет этого тепла температура воздуха в пассажирском помещении увеличивается по сравнению с наружной температурой. Разница между этими температурами в зависимости от производительности вентиляции может колебаться в пределах 3 - 10⁰.Переводя ккал/ч получаем теплоотдачу одного пассажира:

q_л = 117 Вт .

Q₃ = 117•32 = 3744 Вт=3.744 кВт

Q₃ = 3.744 кВт

4.3 Теплопритоки от освещения и электрооборудования

Cоставляют: Q₄ = 47 Вт.

4.4 Теплопритоки от солнечной радиации

Основные поступления тепла в помещение летом происходят через окно. В помещение поступает коротковолновое излучение, непосредственно проникающее через остекленение, а также конвективное тепло и длинноволновое излучение за счет разности температур и поглощенного солнечного тепла элементами заполнения оконного проема.

Теплопритоки от солнечной радиации рассчитываются по формуле:

Где А_к и А_с - коэффициенты теплопоглощения солнечных лучей соответственно крышей и стенами вагона, равные А_к=0,5 и А_с=0,7 для крыши и стен серого цвета; I_г и I_в - интенсивность солнечной радиации для горизонтальной (крыша) и вертикальной (стены и окна) поверхностей кузова вагона, зависящая от географической широты местности. По справочникам для широты 60° (Республика Карелия г. Петрозаводск) I_г=319 Вт/м² и I_в=206 Вт/м² .

К_к и К_с - коэффициенты теплопередачи ограждений крыши и стен (без окон). К_к=8.39 Вт/м² и К_с=8.49 Вт/м².

К_ок - коэффициент пропускания солнечных лучей окнами с двойными стеклами, определяемый как произведение коэффициента пропускания солнечных лучей стеклами К₁=0,4 (окно с метеллическим переплетом, двойное) и поправочных коэффициентов, учитывающих загрязнение стекол К₂=0,9 и применение сплошных солнечных штор с темной наружной стороной К₃=0.2,.

К_ок = 0.6•К₃К₁•К₂+0,4К₂К₁=0,6•0,4•0,9•0,2+0,4•0,9•0,4=0,18

F_к, F_с и F_ок - площади соответственно крыши, одной боковой стены (без окон) и окон на одной боковой стене. Площадь пола и теневой боковой стены в расчет не принимается из-за очень малой величины рассеянной солнечной радиации.

F_к=84.3 м²

F_с=57.35 м²

F_ок=0.88 м²

- коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности, определяемый по эмпирической формуле:

=35,8

Где:

· скорость движения поезда, принимаемая равной 60 км/ч;

· длина боковой стены

Q₅=5.144 кВт

4.5 Суммарные теплопритоки

Q_?= Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅

Q_?=12.827+3.8+3.744+0.047+5.144=25.562 кВт

Заключение

В данной работе я рассмотрела показатели теплотехнических качеств кузова, которыми являются: коэффициент теплопередачи и теплопритоки в салон.

Коэффициент теплопередачи кузова купейного усреднённый по всем скоростям равен Кср = 7.89 Вт/(м? • К). Теплопритоки в кузов автомобиля составляют 25.562 Вт. Применяемая на вагоне холодильная установка, с холодопроизводительностью 29кВт, КЖ_25П удовлетворяет условиям

Список литературы

1.Зворыкин М.Л., Черкез В.М. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. - М.: Транспорт, 1977. - 288 с.

2.Осадчук Г.И., Фарафонов Е.С. Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха. - М.: Транспорт, 1974. - 304 с.

3.Фаерштейн Ю.О., Китаев Б.Н. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. - М.: Транспорт, 1984. - 272 с.

4. А.С. Устинов, И. К. Савин, Теплотехника. - Петрозаводск,2010.

Размещено на Allbest.ru