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迅速响应的列车空调控制方法.pdf

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迅速 响应 列车 空调 控制 方法
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摘要
申请专利号:

CN201610608502.1

申请日:

2016.07.28

公开号:

CN106004905A

公开日:

2016.10.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B61D 27/00申请日:20160728|||公开
IPC分类号: B61D27/00 主分类号: B61D27/00
申请人: 中车建设工程有限公司
发明人: 刘亮; 秦久运; 尚宪贵; 张立明; 龙海涛; 丁学伟; 王家桢
地址: 100078 ?#26412;?#24066;丰台区芳城园一区15号楼五层501、503
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 重庆市前沿专利事务所(普通合伙) 50211 代理人: ?#32442;?
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610608502.1

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2018.04.03|||2016.11.09|||2016.10.12

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提出了一种迅速响应的列车空调控制方法,包括:S1,获取每节列车车厢的乘客重量数据,列车空调控制系统的空调负荷模块计算空调模拟所需的每节列车车厢负荷值以及新风风机转速值和新风风阀开度值;S2,获取每节列车车厢空调的供程制冷剂温度数据、回程制冷剂温度数据和制冷剂流量数据;S3,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风阀开度值,通过实时比较负荷状态调整列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速、新风风阀开?#21462;?#26412;发明与传统通过监测车厢内温度来控制空调系统负荷的方法相比,空调系统负荷的反馈更加迅速、准确,缩短了其为乘客提供舒适的乘车环境的时间。

权利要求书

1.一种迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,包括:
S1,获取每节列车车厢的乘客重量数据,将乘客重量数据传送到列车空调
控制系统,列车空调控制系统的空调负荷模块计算空调模拟所需的每节列车车
厢负荷值以及新风风机转速值和新风风阀开度值;
S2,获取每节列车车厢空调的供程制冷剂温度数据、回程制冷剂温度数据
和制冷剂流量数据,通过列车空调控制系统的空调负荷模块计算空调实际所需
的每节列车车厢负荷值以及新风风机转速值和新风风阀开度值;
S3,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风
阀开度值和实际所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风阀开度
值,通过实时比较负荷状态调整列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速、
新风风阀开度,从而节能降耗。
2.根据权利要求1所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,
所述空调负荷模块计算空调模拟所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速
值、新风风阀开度值包括:
计算Q计算等于车厢体和车窗的传热冷负荷值+新风冷负荷值+乘客散热冷
负荷值+车厢内的照明电器散热产生的冷负荷值,即:
Q计算=Q传热+Q新风+Q人+Q其他。
3.根据权利要求2所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,
所述车厢体和车窗的传热冷负荷值包括:
通过公式Q传热=k1˙F1˙(tout-tin)+k2˙F2˙(tout-tin)=(k1˙F1+k2˙F2)˙(tout-tin)
=A˙(tout-tin)计算传热冷负荷数据;
其中,k1、k2分别为车厢体和车窗的传热系数,F1、F2分别为车厢体和车
窗面积,因此A=k1˙F1+k2˙F2为与车厢体和车窗的材质相关的已知参数,tout、
tin分别为车厢外空气温度和车厢内的设计温?#21462;?br />
4.根据权利要求2所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,
所述新风冷负荷值包括:
通过公式Q新风=c˙L˙(tout-tin)=B˙(tout-tin)计算新风冷负荷值;
其中,c=1.005kJ/kg˙℃为空气的定压比热,L为新风量,B=c˙L为与空调总
送风量相关参数,tout、tin分别为车厢外空气温度和车厢内的设计温度;
其中L=v˙G/g;
其中,v为人员所需新风量,G为车厢内乘客重量,g为人员平均重量指
标,因此C=q/g为散热量和平均重量比值参数。
5.根据权利要求2所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,
所述乘客散热冷负荷值包括:
通过公式Q人=q˙G/g=C˙G计算乘客散热冷负荷值;
其中,q为人员散热量,G为车厢内乘客重量,g为人员平均重量指标,
C=q/g为散热量和平均重量比值参数。
6.根据权利要求1所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,
还包括:
S4,当无法获取每节列车车厢的乘客重量数据时,通过每节列车车厢的温
度传感器获取该车厢的实时温度数据,通过比较实际温度和设计温度的设定阈
值,调整列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速和新风风阀开度;
S5,在获取每节列车车厢的乘客重量数据时,如果通过比较实际温度和设
计温度超过设定阈值,停止执行步骤S1-S3,执行通过每节列车车厢的温度传
感器获取该车厢的实时温度数据,比较实际温度和设计温度的设定阈值,调整
列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速和新风风阀开?#21462;?br />
7.根据权利要求6所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,
所述比较实际温度和设计温度的设定阈值包括:
当比较实际温度和设计温度的温差达到正值Δt1,即实际温度高、设计温
度?#20572;?#20854;差值为正值时,对空调加大冷量;
当比较实际温度和设计温度的温差达到负值Δt2,即实际温度低、设计温
度高,其差值为负值时,对空调减小冷量。
8.根据权利要求1-7任一项所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特
征在于,所述S3包括:
S3-1,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值相当时,空调保?#20540;?#21069;的运行制冷状态;
S3-2,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值差值为正值时,空调减小制冷量;
S3-3,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值差值为负值时,空调增加制冷量。
9.根据权利要求8所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,
所述S3还包括:
S3-A,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的
每节列车车厢新风风机转速值相当时,新风风机保?#20540;?#21069;的运行状态;
S3-B,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的每
节列车车厢新风风机转速值差值为正值时,新风风机减小转速;
S3-C,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的每
节列车车厢新风风机转速值差值为负值时,新风风机增加转速。
10.根据权利要求1所述的迅速响应的列车空调控制方法,其特征在于,
所述S3还包括:
S3-a,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值相当时,新风风阀保?#20540;?#21069;的开度状态;
S3-b,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值差值为正值时,新风风阀减小开度;
S3-c,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值差值为负值时,新风风阀增加开?#21462;?br />

说明书

迅速响应的列车空调控制方法

?#38469;?#39046;域

本发明涉及机电一体化控制领域,尤其涉及一种迅速响应的列车空调控制
方法。

背景?#38469;?br />

城市轨道交通、高铁等车厢内的设计温度直接影响着乘客乘车的舒适性,
而我国尚没有出台相关规范或标准做出规定,大部分是借鉴?#20998;?#38081;路联盟的标
准,如最初使用UIC553-1990中车厢内的设计温度,其公式表达为:

tin=22+0.25×(tout-19)=0.25tout+17.25

式中,tin-?#30340;?#31354;气温度,℃;

tout-车外空气温度,℃。

由此公式可知,车厢内的设计温度是随着车厢外的环境温度不断变化的,
而《采暖通风与空气调节设计规?#19969;?GB50019-2012)中的对室内设计参数的
规定如下表所示,以冬季车厢外环境温度为-5℃为例按照公式计算出的车厢内
设计温度为tin=16,此温度低于表中II级标准的温度(最低为18℃),因此,
由该公式计算出的车厢内设计温度并不能保证车厢内乘客的舒适性。

由?#31169;?#35758;车厢内的设计温度按照《采暖通风与空气调节设计规?#19969;?br />(GB50019-2012)中的要求选取一个稳定值,如夏季车厢内设计温度为27℃,
冬季车厢内设计温度为19℃。

表3.0.3长期逗留区域空气调节室内计算参数


传统车厢空调传统的冷量控制方法是将待监测到车厢内的温度上升或下
降后才开始调节空调系统的冷量,特别是在地铁中,站与站之间间隔较短,列
车车厢内人员数量变化较快,从乘客上车至传感器监测到温度的变化,空调系
统的反馈必然是滞后的。此外,车厢内的温度监测受测点布置和测点附近人员
活动的影响较大,因此空调负荷的控制并不准确。

传统过列车外部温度列?#30340;?#20056;客数量来计算新风量,并调节新风阀门的开
?#21462;?#39318;先,其未说明乘客数量的统计方法。而且车厢内的乘客是流动的,有坐
在座位上的也有站立的,如用座位传感器来监测乘客的数量必然有较大误差,
加之相邻两节车厢中的乘客也会有窜动,因此,乘客数量的统计较难实现。其
次,根据温度来调节新风量的大小确实可以达到节能的目的,但这需要以牺牲
乘客健康和舒适性为代价。这就亟需本领域?#38469;?#20154;员解决相应的?#38469;?#38382;题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有?#38469;?#20013;存在的?#38469;?#38382;题,特别创新地提出了一种
迅速响应的列车空调控制方法。

为了解决本发明传统根据监测车厢内温度进行空调负荷控制方法存在的
滞后问题,并能更加准确的进行负荷控制目的,本发明提供了一种迅速响应的
列车空调控制方法,包括:

S1,获取每节列车车厢的乘客重量数据,将乘客重量数据传送到列车空调
控制系统,列车空调控制系统的空调负荷模块计算空调模拟所需的每节列车车
厢负荷值以及新风风机转速值和新风风阀开度值;

S2,获取每节列车车厢空调的供程制冷剂温度数据、回程制冷剂温度数据
和制冷剂流量数据,通过列车空调控制系统的空调负荷模块计算空调实际所需
的每节列车车厢负荷值以及新风风机转速值和新风风阀开度值;

S3,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风
阀开度值和实际所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风阀开度
值,通过实时比较负荷状态调整列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速、
新风风阀开度,从而节能降耗。

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为:本发明与传统通过监测车厢内温度来控制空
调系统负荷的方法相比,空调系统负荷的反馈更加迅速、准确,缩短了其为乘
客提供舒适的乘车环境的时间,避免了由于车厢内温度监测不精确导致的负荷
控制不准确。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述空调负荷模块计算空
调模拟所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风阀开度值包括:

计算Q计算等于车厢体和车窗的传热冷负荷值+新风冷负荷值+乘客散热冷
负荷值+车厢内的照明电器散热产生的冷负荷值,即:

Q计算=Q传热+Q新风+Q人+Q其他。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述车厢体和车窗的传热
冷负荷值包括:

通过公式Q传热=k1˙F1˙(tout-tin)+k2˙F2˙(tout-tin)=(k1˙F1+k2˙F2)˙(tout-tin)
=A˙(tout-tin)计算传热冷负荷数据;

其中,k1、k2分别为车厢体和车窗的传热系数,F1、F2分别为车厢体和车
窗面积,因此A=k1˙F1+k2˙F2为与车厢体和车窗的材质相关的已知参数,tout、
tin分别为车厢外空气温度和车厢内的设计温?#21462;?br />

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述新风冷负荷值包括:
通过公式Q新风=c˙L˙(tout-tin)=B˙(tout-tin)计算新风冷负荷值;

其中,c=1.005kJ/kg˙℃为空气的定压比热,L为新风量,B=c˙L为与空调总
送风量相关参数,tout、tin分别为车厢外空气温度和车厢内的设计温度;

其中L=v˙G/g;

其中,v为人员所需新风量,G为车厢内乘客重量,g为人员平均重量指
标,因此C=q/g为散热量和平均重量比值参数。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述乘客散热冷负荷值包
括:

通过公式Q人=q˙G/g=C˙G计算乘客散热冷负荷值;

其中,q为人员散热量,G为车厢内乘客重量,g为人员平均重量指标,
C=q/g为散热量和平均重量比值参数。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,还包括:

S4,当无法获取每节列车车厢的乘客重量数据时,通过每节列车车厢的温
度传感器获取该车厢的实时温度数据,通过比较实际温度和设计温度的设定阈
值,调整列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速和新风风阀开度;

S5,在获取每节列车车厢的乘客重量数据时,如果通过比较实际温度和设
计温度超过设定阈值,停止执行步骤S1-S3,执行通过每节列车车厢的温度传
感器获取该车厢的实时温度数据,比较实际温度和设计温度的设定阈值,调整
列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速和新风风阀开?#21462;?br />

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为?#21644;?#36807;温度传感器实时采集温度信息进行制冷
调节,尤其在称重出现问题或者超过实际温度和设计温度的设定阈值,优先启
用该温度状态调节模式,调整空调制冷量、新风风机转速和新风风阀开?#21462;?br />

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述比较实际温度和设计
温度的设定阈值包括:

当比较实际温度和设计温度的温差达到正值Δt1,即实际温度高、设计温
度?#20572;?#20854;差值为正值时,对空调加大冷量;

当比较实际温度和设计温度的温差达到负值Δt2,即实际温度低、设计温
度高,其差值为负值时,对空调减小冷量。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述S3包括:

S3-1,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值相当时,空调保?#20540;?#21069;的运行制冷状态;

S3-2,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值差值为正值时,空调减小制冷量;

S3-3,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值差值为负值时,空调增加制冷量。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述S3还包括:

S3-A,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的
每节列车车厢新风风机转速值相当时,新风风机保?#20540;?#21069;的运行状态;

S3-B,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的每
节列车车厢新风风机转速值差值为正值时,新风风机减小转速;

S3-C,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的每
节列车车厢新风风机转速值差值为负值时,新风风机增加转速。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述S3还包括:

S3-a,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值相当时,新风风阀保?#20540;?#21069;的开度状态;

S3-b,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值差值为正值时,新风风阀减小开度;

S3-c,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值差值为负值时,新风风阀增加开?#21462;?br />

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为:智能判断外接环境变化,通过对空调制冷量、
新风风机转速和新风风阀开度的调整,实时调节车厢温度以及风量。

综上所述,由于采用了上述?#38469;?#26041;案,本发明的有益效果是:

本发明与传统通过监测车厢内温度来控制空调系统负荷的方法相比,空调
系统负荷的反馈更加迅速、准确,缩短了其为乘客提供舒适的乘车环境的时间,
避免了由于车厢内温度监测不精确导致的负荷控制不准确的问题。同时,实时
监测对比车厢内的实际温度与设计温度,实现了车厢称重系统?#25910;?#26102;保证空调
系统继续为乘客提供舒适环境的目的。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描
述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中
将变得明显和容易理解,其中:

图1是本发明总体流程图;

图2是本发明具体实施例示意图;

图3是本发明中间车厢温度调节示意图;

图4是本发明端头车厢温度调节示意图;

图5是本发明电路示意图。

具体实施方式

下面详?#35813;?#36848;本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自
始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元
件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能
理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、
“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位
置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描
述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位
构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“安装”、
“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两
个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本
领域的普通?#38469;?#20154;员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1、2所示,本发明的一种迅速响应的列车空调控制方法需要实时采
集列车车厢称重系统的信号和车厢外空气温度,通过空调负荷控制数学模型和
新风量数学模型(其中,新风量控制数学模型是空调负荷控制数学模型中的一
部分)计算出空调系?#20056;?#36127;责的车厢的负荷及新风量(一般一节车厢由两台空
调系统负责)。

①空调系统能通过采集到的供、回程制冷剂温度和流量信号,计算出空调
的实际负荷,即实测空调负荷。比较计算所需负荷与实测空调负荷,当计算所
需负荷与实测空调负荷相等时,空调系统维持原运行状态;当计算所需负荷大
于/小于实测空调负荷时,空调系统增加/减少冷量。此外,为了能在列车称重
系统发生?#25910;?#26102;,空调系统仍然能保证乘客的舒适性并及时通知工作人员,在
车厢内依然设置温度传感器,并时刻比较车厢内的实际温度和设计温度,当二
者的温差达到Δt1(例如5℃)或Δt2(例如-5℃)时,温度信号具有控制的优
先级,并中止原程序(图中红色框内的程序)的运行,启用温度控制程序(图
中蓝色框内的程序),即空调系统加大冷量或减小冷量,并报警通知工作人员。

②每节车厢的空调系统也会实时采集新风风速和新风风阀开度信号,目的
是计算实测新风量。比较计算新风量与实测新风量,当计算新风量与实测新风
量相等时,新风风阀维持原开度;当计算新风量大于/小于实测新风量时,新
风风阀增大/减小开?#21462;?#27492;外,为了能在列车车厢称重系统发生?#25910;?#26102;,新风
系统仍然能保证乘客的健康和舒适性,并能及时通知工作人员,在车厢内设置
CO2浓度传感器,并时刻监测比较车厢内的实际CO2浓度和设计CO2浓度C标
准(《地铁设计规?#19969;稧B50157-2013规定地铁车站内空气浓度应小于1.5‰),
当实际浓度达到C报警(例如1.8‰,时,中止原程序(图中粉色框内的程序)
的运行,启用二氧化碳浓度控制程序(图?#26032;?#33394;框内的程序),即新风风阀增
大开度,维持C测=C标准,并报警通知工作人员。

2、空调负荷控制数学模型

计算所需负荷Q计算等于由于车厢内、外存在温差通过车厢体和车窗的传
热冷负荷+满足乘客健康要求引入的新风冷负荷+乘客散热冷负荷+车厢内的
照明电器等其他设备散热产生的冷负荷,即:

Q计算=Q传热+Q新风+Q人+Q其他

式中:

(1)Q传热=k1˙F1˙(tout-tin)+k2˙F2˙(tout-tin)=(k1˙F1+k2˙F2)˙(tout-tin)=A˙
(tout-tin)

其中,k1、k2分别为车厢体和车窗的传热系数(单位:W/m2˙K),F1、F2
分别为车厢体和车窗面积(单位:m2),因此A=k1˙F1+k2˙F2为与车厢体和车
窗的材质相关的已知参数,tout、tin分别为车厢外空气温度和车厢内的设计温度
(tin为按规范GB50019-2012选取的已知参数,tout为变化未知参数,单位℃);

(2)L=v˙G/g(新风量控制数学模型)

其中,v为人员所需新风量(可按上述的IRT或ASHRAE标准选取,单
位:m3/h˙人),G为车厢内乘客重量(由列车车厢称重系统提供,变化参数,
单位:kg),g为人员平均重量指标(按50kg/人计算,单位:kg/人),因此C=q/g
为已知参数(此参数可根据实验数据进行优化)。

(3)Q新风=c˙L˙(tout-tin)=B˙G˙(tout-tin)

其中,c=1.005kJ/kg˙℃为空气的定压比热,L为新风量,因此B=c˙v/g为
与空调总送风量相关的已知参数;

(4)Q人=q˙G/g=C˙G

其中,q为人员散热量(可按照《空气调节?#20998;?#30340;表2-18选取,单位:W),
G为车厢内乘客重量(由车?#22659;?#37325;系统提供,变化参数,单位:kg),g为人
员平均重量指标(按50kg/人计算,单位:kg/人),因此C=q/g为已知参数(此
参数可根据实验数据进行优化);

(5)Q其他可查取照明电器等其他设备的发热量(单位:W),为可查取的已
知参数,标记为D。

综上可知:

Q计算=Q传热+Q新风+Q人+Q其他=A˙(tout-tin)+B˙G˙(tout-tin)+C˙G+D=(A+B˙G)
˙(tout-tin)+C˙G+D

其中,tout、G为变化参数,通过监测和列车称重系统获得,A、B、C、D
均为常数。

本发明提供了一种迅速响应的列车空调控制方法,包括:

S1,获取每节列车车厢的乘客重量数据,将乘客重量数据传送到列车空调
控制系统,列车空调控制系统的空调负荷模块计算空调模拟所需的每节列车车
厢负荷值以及新风风机转速值和新风风阀开度值;

S2,获取每节列车车厢空调的供程制冷剂温度数据、回程制冷剂温度数据
和制冷剂流量数据,通过列车空调控制系统的空调负荷模块计算空调实际所需
的每节列车车厢负荷值以及新风风机转速值和新风风阀开度值;

S3,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风
阀开度值和实际所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风阀开度
值,通过实时比较负荷状态调整列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速、
新风风阀开度,从而节能降耗。

为保证车厢监测温度Ti能准确地反应车厢内综合的环境温度情况,同时
将温度采集点设置于乘客接触不到的位置,在车厢空调的回风口均匀布置测温
点,一节车厢的计算平均温度为车厢内各测点相加后的平均值;

由于地铁列车车厢之间是互相连通的,本节车厢的车厢温度必然会受到他
相邻一节或两节车厢的影响,因此,在确定一节车厢监测温度Ti时应取本节
车厢的计算平均温度与相邻车厢的计算平均温度的平均值,
然后通过所述的控制方法调整制冷量。

具体计算方法如下:

(1)中间车厢内温度的确定方法

以计算第i节车厢监测温度为例,第i节车厢监测温度为:

<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>h</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mn>3</mn> </mfrac> </mrow>

其中,为第h节车厢的平均温度,

为第i节车厢的平均温度,(前一个符号i仅表示车厢节
数);

为第j节车厢的平均温度,如图3所示。

(2)端头车厢温度的确定方法

第a节车厢监测温度为:

<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow>

其中,为第a节车厢的平均温度,

为第b节车厢的平均温度,如图4所示。

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为:本发明与传统通过监测车厢内温度来控制空
调系统负荷的方法相比,空调系统负荷的反馈更加迅速、准确,缩短了其为乘
客提供舒适的乘车环境的时间,避免了由于车厢内温度监测不精确导致的负荷
控制不准确。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述空调负荷模块计算空
调模拟所需的每节列车车厢负荷值、新风风机转速值、新风风阀开度值包括:

计算Q计算等于车厢体和车窗的传热冷负荷值+新风冷负荷值+乘客散热冷
负荷值+车厢内的照明电器散热产生的冷负荷值,即:

Q计算=Q传热+Q新风+Q人+Q其他。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述车厢体和车窗的传热
冷负荷值包括:

通过公式Q传热=k1˙F1˙(tout-tin)+k2˙F2˙(tout-tin)=(k1˙F1+k2˙F2)˙(tout-tin)
=A˙(tout-tin)计算传热冷负荷数据;

其中,k1、k2分别为车厢体和车窗的传热系数,F1、F2分别为车厢体和车
窗面积,因此A=k1˙F1+k2˙F2为与车厢体和车窗的材质相关的已知参数,tout、
tin分别为车厢外空气温度和车厢内的设计温?#21462;?br />

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述新风冷负荷值包括:
通过公式Q新风=c˙L˙(tout-tin)=B˙(tout-tin)计算新风冷负荷值;

其中,c=1.005kJ/kg˙℃为空气的定压比热,L为新风量,B=c˙L为与空调总
送风量相关参数,tout、tin分别为车厢外空气温度和车厢内的设计温度;

其中L=v˙G/g;

其中,v为人员所需新风量,G为车厢内乘客重量,g为人员平均重量指
标,因此C=q/g为散热量和平均重量比值参数。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述乘客散热冷负荷值包
括:

通过公式Q人=q˙G/g=C˙G计算乘客散热冷负荷值;

其中,q为人员散热量,G为车厢内乘客重量,g为人员平均重量指标,
C=q/g为散热量和平均重量比值参数。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,还包括:

S4,当无法获取每节列车车厢的乘客重量数据时,通过每节列车车厢的温
度传感器获取该车厢的实时温度数据,通过比较实际温度和设计温度的设定阈
值,调整列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速和新风风阀开度;

S5,在获取每节列车车厢的乘客重量数据时,如果通过比较实际温度和设
计温度超过设定阈值,停止执行步骤S1-S3,执行通过每节列车车厢的温度传
感器获取该车厢的实时温度数据,比较实际温度和设计温度的设定阈值,调整
列车空调控制系统的制冷量、新风风机转速和新风风阀开?#21462;?br />

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为?#21644;?#36807;温度传感器实时采集温度信息进行制冷
调节,尤其在称重出现问题或者超过实际温度和设计温度的设定阈值,优先启
用该温度状态调节模式,调整空调制冷量、新风风机转速和新风风阀开?#21462;?br />

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述比较实际温度和设计
温度的设定阈值包括:

当比较实际温度和设计温度的温差达到正值Δt1,即实际温度高、设计温
度?#20572;?#20854;差值为正值时,对空调加大冷量;

当比较实际温度和设计温度的温差达到负值Δt2,即实际温度低、设计温
度高,其差值为负值时,对空调减小冷量。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述S3包括:

S3-1,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值相当时,空调保?#20540;?#21069;的运行制冷状态;

S3-2,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值差值为正值时,空调减小制冷量;

S3-3,比较计算模拟所需的每节列车车厢负荷值和实际所需的每节列车车
厢负荷值差值为负值时,空调增加制冷量。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述S3还包括:

S3-A,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的
每节列车车厢新风风机转速值相当时,新风风机保?#20540;?#21069;的运行状态;

S3-B,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的每
节列车车厢新风风机转速值差值为正值时,新风风机减小转速;

S3-C,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风机转速值和实际所需的每
节列车车厢新风风机转速值差值为负值时,新风风机增加转速。

所述的迅速响应的列车空调控制方法,优选的,所述S3还包括:

S3-a,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值相当时,新风风阀保?#20540;?#21069;的开度状态;

S3-b,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值差值为正值时,新风风阀减小开度;

S3-c,比较计算模拟所需的每节列车车厢新风风阀开度值和实际所需的每
节列车车厢新风风阀开度值差值为负值时,新风风阀增加开?#21462;?br />

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为:智能判断外接环境变化,通过对空调制冷量、
新风风机转速和新风风阀开度的调整,实时调节车厢温度以及风量。

如图5所示,空调控制系统包括:单片机、新风风机、功率调节电路、重
力传感器、温度传感器;

单片机重力数据接收端连接重力传感器数据发送端,单片机温度数据接收
端连接温度传感器数据发送端,单片机控制端连接功率调节电路信号接收端,
功率调节电路信号发送端连接新风风机信号接收端,重力传感器安装在列车车
门区域,进行乘客重量的采集工作。单片机控制信号端连接空调系统,通过单
片机调节空调系统的制冷量。

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为?#21644;?#36807;单片机采集温度信息和乘客重量信息,
传送到控制终端,通过工作人员发送控制指令到单片机,根据人员和温度情况
调整功率调节电路从而控制新风风量,以及调节空调系统制冷量。

所述功率调节电路包括:

单片机控制端连接脉冲控制开关信号端,脉冲控制开关连接脉冲分配器控
制信号端,脉冲分配器信号输出端连接继电器信号接收端,继电器控制端连接
分压器信号接收端,将分压信号传送到新风风机。

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为?#21644;?#36807;功率调节电路对新风风机风量进行弱电
调节,该电路设计合理,工作稳定,成本低廉。

还包括CO2浓度传感器;

CO2浓度传感器数据发送端连接单片机CO2浓度数据接收端,用于探测
CO2浓?#21462;?br />

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为?#21644;?#36807;对CO2浓度的探测增加对列车车厢室
内状况的判断,从而更好的调节车厢新风风量。

还包括新风风阀;

新风风阀信号接收端连接单片机风阀信号发送端,新风风阀安装在新风管
道和新风风机之间,控制新风风量大小。

上述?#38469;?#26041;案的有益效果为:新风风阀作为对风量调节的优选方式,在功
率调节电路控制新风风机转速时,还能够通过单片机对风阀风量进行实时调
节,增加了控制风量的准确性。

单片机控制端连接脉冲控制开关信号端,脉冲控制开关连接脉冲分配器
IC1控制信号端,脉冲分配器信号输出端连接继电器IC2信号接收端,继电器
控制端连接分压器IC3信号接收端,将分压信号传送到新风风机。

脉冲控制开关第一触点连接单片机信号端,脉冲控制开关第二触点连接
IC1时钟输入端,第1电容一端连接IC1电压输入端,第1电容另一端连接IC1
时钟输入端,第2电容一端连接IC1电压输入端,第2电容另一端连?#26377;?#21495;清
除端,第1二极管正极、第2二极管正极、第3二极管正极、第4二极管正极
分别连接IC1脉冲信号输出端,第1二极管负极、第2二极管负极、第3二极
管负极、第4二极管负极分别连接第1电阻一端,第1电阻另一端连接IC2
电压端,IC1脉冲输出端连接IC2继电控制信号端,IC2第一继电输出端连接
第2电阻一端、IC2第二继电输出端连接第3电阻一端,第2电阻另一端和第
3电阻另一端连接后,分别连接第4电阻一端和第5二极管正极,第4电阻另
一端分别连接第5二极管负极和IC3分压高电平控制端,IC3电压输出端连接
第5电阻一端,第5电阻另一端分别连接第6电阻一端和第9二极管一端,第
9二极管另一端连接新风风机。

其中,IC1为CD4022,IC2为CD4066,IC3为NE555。

单片机优选为80C51或者89S52。

在本说明书的描述中,参?#38469;?#35821;“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、
“具体示例”、或“一些示例”等的描述意?#38468;?#21512;该实施例或示例描述的具体特
征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明
书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描
述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中
以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通?#38469;?#20154;员可以理
解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

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本文标题:迅速响应的列车空调控制方法.pdf
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