引言随着轨道车辆的不断发展，人们对车内环境舒适度的要求越来越高，空调机组作为车内温度、湿度调节设备，轨道车辆空调机组能耗占比约为70%[1]，节能降耗成为目前研究的重点。轨道车辆空调机组能效评价方法均采用额定工况下的EER，EER并不能代表空调机组的实际运行状态，季节能效比为更加合理的能效评价方法。进行季节能效比计算时，《单元式空气调节机》（GB/T 17758—2010）[2]、《房间空气调节器》（GB/T 7725—2004）[3]均将建筑负荷与环境温度的关系简化为一次函数。轨道车辆具有人员密度大、跨区间运行等不同于建筑物的特点，车外环境温度是影响轨道车辆负荷的重要因素，探索传热负荷、新风负荷和冬季冷负荷等随环境温度的变化规律，简化轨道车辆冬季负荷的计算方法对轨道车辆空调机组季节能效比的研究具有重要意义。选取动车组、地铁车等不同类型的轨道车辆，依据北京地区典型年气象参数进行车辆冬季负荷计算，分析车体传热负荷、新风负荷、冬季冷负荷随环境温度的变化规律，为轨道车辆空调机组季节能效比的深入研究提供参考。1负荷计算方法冬季冷负荷Qw为：Qw=Qc+Qn-Qp-Qs (1)式中：Qw——冬季冷负荷，W；Qc——车体传热负荷，W；Qn——新风负荷，W；Qp——人员负荷，W；Qs——设备负荷，W。设备负荷通常被当作采暖设备的安全储热设备，在计算中不予考虑。车体传热Qc为：Qc=KAΔt1 (2)式中：Δt1——冬季室内外温差，K；K——车体传热系数，[W/(m2·K)]；A——传热面积，m2。车内温度依据《铁道车辆空调 第1部分：舒适度参数》（GB/T 33193.1—2016）[4]中车内温度调整曲线，在外温-15~12 ℃之间，车内温度定为20 ℃。新风负荷Qn为：Qn=mw×Cp×Δt1 (3)式中：mw——新风中的干空气质量流量，kg/s；Cp——定压比热，kJ/(kg·K)。人员负荷Qp为：Qp=μ×n×qx (4)式中：qx——显热量，W；μ——人员群集系数；n——车内定员数。2负荷计算分析北京以南跨区域运用轨道车辆负荷的计算，冬季以北京作为代表城市（高寒车除外），《单元式空气调节机》（GB/T 17758—2010）中规定北京冬季空调使用时间从10月29日至次年4月2日，车外温度区间为-15~12 ℃。2.1动车组车辆冬季冷负荷计算选取某动车组MC2a车进行冬季冷负荷计算，车辆定员66人，冬季每人新风量为15 m3/h。总负荷=传热负荷+新风负荷-人员负荷。MC2a车不同外温下冬季车辆冷负荷如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.007.T001表1MC2a车不同外温下冬季车辆冷负荷外温/℃传热负荷新风负荷人员负荷总负荷-1511 183.013 219.75 716.818 685.8-1410 863.512 795.05 716.817 941.7-1310 544.012 373.15 716.817 200.3-1210 224.411 954.05 716.816 461.7-119 904.911 537.75 716.815 725.8-109 585.411 115.85 716.814 984.4-99 265.910 705.25 716.814 254.3-88 946.410 297.45 716.813 527.0-78 626.99 892.45 716.812 802.4-68 307.49 490.15 716.812 080.7-57 987.99 090.65 716.811 361.6-47 668.38 693.85 716.810 645.4-37 348.88 306.25 716.89 938.2-27 029.37 914.75 716.89 227.2-16 709.87 525.95 716.88 518.906 390.37 139.95 716.87 813.416 070.86 756.75 716.87 110.725 751.36 381.25 716.86 415.735 431.76 003.25 716.85 718.245 112.25 632.45 716.85 027.854 792.75 259.75 716.84 335.664 473.24 889.75 716.83 646.174 153.74 526.15 716.82 963.083 834.24 161.45 716.82 278.793 514.73 802.45 716.81 600.3103 195.13 445.75 716.8924.0112 875.63 088.75 716.8247.5122 556.12 736.75 716.8-424.0WMC2a车辆冬季传热负荷与外温关系如图1所示。MC2a车辆冬季传热负荷随着外温的增大而逐渐减小，呈线性负相关，最大值为11 183.0 W，最小值为2 556.1 W。由冬季传热负荷的计算公式可知，传热负荷变化趋势取决于车内外温差变化，因为标准车内温度设定为20 ℃，随着外温的逐渐增大，车内外温差线性减小，因此传热负荷随之线性减小。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.007.F001图1MC2a车辆冬季传热负荷与外温关系MC2a车辆冬季新风负荷与外温关系如图2所示。MC2a车冬季新风负荷随着外温的增大而逐渐降低，整体呈线性负相关，最大值为13 219.7 W，最小值为2 736.7 W。由冬季新风负荷的计算公式可知，冬季新风负荷主要与车内外干球温度温差有关，温差呈线性变化，但是随着外温的增大，空气的密度逐渐降低，空气质量流量随之降低，所以新风负荷随外温变化趋势有波动。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.007.F002图2MC2a车辆冬季新风负荷与外温关系MC2a车辆冬季总负荷与外温关系如图3所示。MC2a车冬季总负荷随温度的变化趋势主要受传热负荷和新风负荷的影响，随着外温的逐渐增大，冬季总负荷逐渐降低，通过软件拟合函数可知，车辆负荷与外温呈线性相关关系：y=-707.551x+7 903.4，拟合因子为0.999 7。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.007.F003图3MC2a车辆冬季总负荷与外温关系2.2有轨电车冬季冷负荷计算选取某有轨电车进行冬季负荷计算分析，定员64人，新风量每人10 m3/h，冬季车辆冷负荷汇总如表2所示。车辆冬季传热、新风负荷与外温关系如图4所示。冬季车辆传热负荷随着外温增大而逐渐减小，线段平滑无波动，呈线性相关关系，最大值为11 224.5 W，最小值为2 565.6 W。新风负荷随着外温的增大而逐渐减小，整体波动较小，最大值为8 546.0 W，最小值为1 769.2 W。在同一外温下，传热负荷大于新风负荷，两者的差值随着外温的增加逐渐缩小，传热负荷的变化趋势对冬季总负荷的影响更大。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.007.T002表2冬季车辆冷负荷汇总外温/℃传热负荷新风负荷人员负荷总负荷-15.011 224.58 546.05 543.614 227.0-14.010 903.88 271.55 543.613 631.7-13.010 583.17 998.85 543.613 038.3-12.010 262.47 727.95 543.612 446.7-11.09 941.77 458.75 543.611 856.8-10.09 621.07 186.05 543.611 263.4-9.09 300.36 920.55 543.610 677.3-8.08 979.66 656.95 543.610 092.9-7.08 658.96 395.15 543.69 510.4-6.08 338.26 135.05 543.68 929.6-5.08 017.55 876.75 543.68 350.7-4.07 696.85 620.35 543.67 773.5-3.07 376.15 369.75 543.67 202.2-2.07 055.45 116.65 543.66 628.4-1.06 734.74 865.35 543.66 056.40.06 414.04 615.75 543.65 486.11.06 093.34 368.05 543.64 917.72.05 772.64 125.25 543.64 354.23.05 451.93 880.95 543.63 789.24.05 131.23 641.25 543.63 228.85.04 810.53 400.25 543.62 667.16.04 489.83 161.05 543.62 107.37.04 169.12 926.05 543.61 551.58.03 848.42 690.25 543.6995.09.03 527.72 458.15 543.6442.310.03 207.02 227.55 543.6-109.011.02 886.31 996.85 543.6-660.512.02 565.561 769.25 543.6-1 208.8W10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.007.F004图4车辆冬季传热、新风负荷与外温关系车辆总负荷与外温关系如图5所示。车辆冬季总负荷随温度的逐渐增大而减小，总负荷最大值为14 227.0 W，最小值为-1 208.8 W，总负荷的变化趋势更接近传热负荷，线段波动较小。通过软件拟合函数，车辆负荷与外温呈线性相关关系y=-571.551x+5 544.322，拟合因子为0.999 86。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.007.F005图5车辆总负荷与外温关系2.3城轨车辆冬季冷负荷分析轨道车辆冬季负荷与外温关系如图6所示。不同类型的轨道车辆传热负荷随外温的变化规律一致、新风负荷随外温的变化规律一致、冬季总负荷随外温的变化规律一致。地铁车辆、城际车、都市快轨车冬季传热负荷随着外温的增加逐渐减小，线段平滑，整体呈线性相关；新风负荷随着外温的增加逐渐减小，受空气密度变化的影响，局部均出现波动；人员负荷随着外温的增加保持不变，负荷占比逐渐增加，所以总负荷随外温的变化趋势主要受新风负荷和传热负荷变化规律的影响，冬季车辆总负荷随着外温的增加逐渐减小，整体较为平缓，波动较小，整体呈线性相关关系。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.007.F006图6轨道车辆冬季负荷与外温关系3结语车辆冬季传热负荷随着外温的增大而逐渐减小，二者线性相关；车辆冬季新风负荷随着外温的增大而逐渐减小，曲线波动较小，整体呈线性相关；车辆冬季总负荷随着外温的增大而逐渐减小，曲线波动较小，整体呈线性相关。根据轨道车辆负荷随着外温的变化特点，建议将冬季车辆冷负荷随外温的变化关系简化为一次函数关系，为后续轨道车辆空调机组季节能效比计算方法的研究参考。