引言地铁运营时需要频繁地开关车门。开门过程中，地铁车内外空气进行交换，热量和物质的交换会影响空调系统的负荷，从而对空调性能造成影响，同时引起车内温度场的变化[1-5]。为了研究开关门过程空调系统能耗和车内温度的变化，在整车热工试验室对被试车进行测试。1研究对象选取青岛某地铁中间车辆作为研究对象，每节车厢配备两台顶置式空调机组。空调机组的压缩机为变频涡旋式压缩机，冷凝器和蒸发器均为管翅式换热器。单台空调机组的额定制冷量为35 kW。车辆设计制造荷载要求如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.T001表1车辆设计制造荷载要求荷载车型单车载客列车载客座席站席总载员四辆编组定员TMc车36194230960M车46204250超员TMc车362913271 358M车46306352注：定员按6人/m2计算，超员按9人/m2计算。人被试车为M车，定员250人。车厢采用顶送顶回的送风方式，送风口位于车内顶部两侧，回风口位于机组下方，无专用废气排风口，废气排出采用散排的方式。2研究方法车内温度和空调系统功率是衡量整车空调系统的重要参数。车内温度是空调机组动作的反馈点和车内舒适度评价的重要参数。空调系统功率是空调性能的重要体现。从车内温度和空调功率出发，研究车门开关对空调性能及车内温度的影响，为研究节能减排方法提供参考。单纯研究温度场时，采用数值计算的方式更为直观，但综合空调功率，采用试验的方式更为准确和合理。以参考文献[6]和文献[7]为基准，在整车热工试验室进行测试，试验过程中开单侧车门，开20 s、关2 min。为了更好地观察影响效果，连续开关门50次。在实验室测试可以最大限度排除环境的多变性，使环境条件具有可重复性。在车内地板上方1.1 m处布置9个温度测点，车内布点位置如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.F001图1车内布点位置测点1~测点9用以计算车内平均温度。其中，测点1、测点3、测点4、测点6、测点7和测点9在车门附近，测点2、测点5和测点8在车厢中部。为了方便研究，将车内9个温度测点分为3组：第1组为近门端，包含温度测点3、测点6、测点9；第2组为车厢中部，包含温度测点2、测点5、测点8；第3组为车门未开启侧，包含温度测点1、测点4、测点7。地铁车辆车内热负荷在车门开关过程中会发生变化，进而使空调系统功率发生变化。车内温度满足标准要求时，记录稳定状态后整车空调系统功率的平均值，即为空调系统功率平均值。试验测试过程中，车外环境温度选取22.0 ℃、28.0 ℃、31.5 ℃、35.0 ℃，测试工况参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.T002表2测试工况参数项目环境温度/℃车内设定温度/℃车内外温差/℃载客量/%工况122.022.750.7550工况228.022.753.7550工况331.525.006.5050工况435.026.009.0050注：载客量以AW2为基础。3试验结果3.1车门开关对空调功率的影响有无开关门试验空调系统平均功率对比如图2所示。与车门紧闭相比，被试车进行开关门试验时，空调系统功率增大。随着内外温差的增大，功率增大的幅度增加。但即使在35 ℃时，空调系统功率增加幅度也不大，整车空调系统功率由14.2 kW增至15.6 kW，增幅约为10%。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.F002图2有无开关门试验空调系统平均功率对比因为在测试地铁车辆时，车外空气温度与车内空气温度差距不大。整个试验过程中，开门时间仅占14.29%。因此，测试过程中由车门开关引起的空调系统能耗增加值不大。地铁车辆的实际运营以地下线为主，且绝大部分站台配有中央空调，站台空气温度与车内空气温度差距不大，大多数地铁车辆站台开门时间不长，不足总运行时间的20%。因此，车门开关并未明显增加整个运行过程中空调系统热负荷，由车门开关引起的空调系统能耗增加值不大。3.2车门开关对车内温度的影响车门开关除了增加空调系统热负荷外，还会影响地铁车内的温度场。开关门试验过程中车内平均温度变化如图3所示。在开关门过程中，车内平均温度会发生振荡波动。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.F003图3开关门试验过程中车内平均温度变化为了进一步确定车内温度的振荡是否由车门开关引起，选取车外温度为22 ℃和35 ℃，对有无车门开关时车内平均温度进行对比分析。外温22 ℃和35 ℃有无开关门时车内平均温度对比如图4和图5所示。车外温度为22 ℃时，有无开关门时车内平均温度均在周期性波动，但波动周期不同，无明显的曲线振荡。在车外温度为35 ℃、有开关门时，车内温度曲线有明显振荡。结合图3可知，在开关门过程中，车内平均温度除了正常波动外，还会产生振荡。车外温度为22 ℃时，车内平均温度无明显振荡。随着外温的升高，车内平均温度受影响程度越大，温度曲线振荡越剧烈。车外温度为35 ℃时，车内平均温度振荡幅度最大。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.F004图4外温22 ℃有无开关门时车内平均温度对比10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.F005图5外温35 ℃有无开关门时车内平均温度对比车内平均温度代表车内温度的整体趋势，但不能代表温度场分布情况。为了进一步研究开关门过程中车内温度场的变化，选取车外温度为35 ℃工况进行分析。开关门试验过程中车内不同区域平均温度变化如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.F006图6开关门试验过程中车内不同区域平均温度变化由图6可知，车门开关过程中，车内近门端、车厢中部、车门未开启侧的空气温度均会受到影响。车内近门端温度振荡幅度明显大于车内其他区域。车外温度为35 ℃时车内送风温度变化如图7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.006.F007图7车外温度为35 ℃时车内送风温度变化由于地铁车辆车内为正压，车门开启后，车内空气以流向车外为主，使新风量增大，即更多的车外空气会通过新风口流经空调机组。风量的增大会使空调出风口温度波动。车门开启后，空调新风量增大，送风口温度提高，车门关闭后，空调新风量减小，送风口温度降低，随着车门不断的开关，空调送风温度不断上下振荡。综合图6和图7可知，送风温度振荡幅度明显大于车内，因为车内空气温度的振荡由送风温度振荡引起。送风温度振荡使得车内空气温度振荡。随着车门的开启和关闭，送风温度不断上升和下降，造成车内空气温度不断上升和下降。车门开启后，经过空调处理的空气更容易流向车外，导致车内近门端空气温度振荡幅度比车内其他区域更大。4结语地铁车辆运营过程中，频繁地进行车门开关会影响整车空调系统能耗和车内温度场。夏季制冷时，地铁车辆车内外温差不大，使开关门过程中空调系统能耗增加幅度较小。环境温度为35 ℃时，空调系统能耗仅增加10%。以地下线为主的地铁车辆，站台多配有中央空调，车内外空气温度差距不大。因此，由车门开关引起的空调系统能耗增加幅度不大。车门开启后，车内空气流向车外，使空调新风口风量增大。随着车门开关，空调出风口温度振荡。车门开启后，经过空调处理的空气更容易通过开启的车门流向车外，因而车内近门端空气温度振荡幅度大。