Система регулировки состава воздуха на основе уровня содержания углекислого газа
Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к области климатических установок для вентиляции и кондиционирования салонов средних и головных вагонов пассажирского железнодорожного транспорта. Система подачи свежего воздуха в зависимости от количества пассажиров содержит климатическую установку, состоящую из прибора для обработки воздуха, двух вытяжных вентиляторов, агрегата компрессора/сжижения, электрической распределительной коробки, разделенной на отсеки высокого и низкого напряжений, системы каналов циркуляции, включающей в себя потолочный канал приточного воздуха, спускные каналы и напольные каналы, и датчик СO2. Датчик в салоне вагона выполнен с возможностью определения концентрации СO2, при этом если концентрация составляет менее 1567 част. на миллион, то подача свежего воздуха поэтапно сокращается по уровням до 4 м3/ч на человека, если вентиляторы приточного воздуха и без того не находились уже в этом режиме, а в случае если определенная с помощью датчика концентрация СO2 превышает 1567 част. на миллион, то подача свежего воздуха поэтапно увеличивается по уровням до 20 м3/ч на человека, если вентиляторы приточного воздуха и без того не находились уже в этом режиме. Достигается оптимизация подачи свежего воздуха для создания комфортных условий пассажирам, находящимся в салоне вагона, за счет согласования объема свежего воздуха и концентрации СO2.
Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к области климатических установок для вентиляции и кондиционирования салонов средних и головных вагонов пассажирского железнодорожного транспорта, а также в других видов общественного транспорта.
Из уровня техники известна система подачи свежего воздуха и регулировки содержания углекислого газа (KR 20110019925 A, B61D 27/00, опубл. 02.03.2011) в салоне вагона.
Известная система подачи свежего воздуха и регулировки содержания углекислого газа не позволяет регулировать содержания углекислого газа и поступление количества свежего воздуха в зависимости от количества пассажиров.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемой полезной модели является система кондиционирования вагона, включающая систему подачи свежего воздуха и регулировки содержания углекислого газа в салоне вагона (ЕР 0700818 A1, B61D 27/00, опубл. 13.03.1996), содержащую датчики CO2 измеряющие концентрацию углекислого газа в салоне вагона.
Однако существенным недостатком прототипа также является невозможность регулировать содержание углекислого газа и поступление количества свежего воздуха в зависимости от количества пассажиров, находящихся в салоне вагона.
Задачей заявленной полезной модели является оптимизация подачи свежего воздуха для создания комфортных условий пассажирам, находящимся в салоне вагона.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящей полезной модели, заключается в оптимизации подачи свежего воздуха для создания комфортных условий пассажирам, находящимся в салоне вагона, за счет согласования объема свежего воздуха и концентрации CO2 в зависимости от количества пассажиров находящихся в салоне вагона.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система регулировки на базе уровня содержания углекислого газа связана с системой кондиционирования воздуха салонов средних и головных вагонов, при этом кондиционирование осуществляется отдельными климатическими установками. Климатические установки установлены на крыше вагона. В салоне приточный воздух выдувается через центральный потолочный канал. Управление удаляемым воздухом из салона осуществляется непосредственно через климатические установки, удаляемый воздух выводится наружу над полом климатической установки. Каждая климатическая установка оснащена самостоятельным регулятором. Все регуляторы климатических установок соединены друг с другом посредством шины CAN. Регуляторы климатических установок в кабине машиниста связываются с системой управления поездом через шину MVB.
Система регулировки состава воздуха на основе уровня содержания углекислого газа, содержит климатическую установку, состоящую из прибора для обработки воздуха, двух вытяжных вентиляторов, компрессора, электрической распределительной коробки, разделенной на отсеки высокого и низкого напряжений, системы каналов циркуляции, включающей в себя потолочный канал приточного воздуха, спускные каналы и напольные каналы, и датчик CO2 измеряющий концентрацию CO2 в салоне вагона. Датчик в салоне вагона выполнен с возможностью определения концентрации CO2, при этом если концентрация составляет менее 1567 част. на миллион, то подача свежего воздуха поэтапно сокращается по уровням до 4 м 3/ч на человека, если вентиляторы приточного воздуха и без того не находились уже в этом режиме, а в случае если определенная с помощью датчика концентрация CO2 превышает 1567 част. на миллион, то подача свежего воздуха поэтапно увеличивается по уровням до 20 м3/ч на человека, если вентиляторы приточного воздуха и без того не находились уже в этом режиме.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
На фиг.1 изображена структура подачи свежего воздуха в зависимости от количества пассажиров (блок-схема).
На фиг.1 представлено расположение воздушных потоков и элементов системы подачи свежего воздуха. Поз.1 - приточный воздух, поз.2 - рециркуляционный воздух, поз.3 - удаляемый воздух, поз.4 - датчик CO2, поз.5 - сигнал от датчика CO2 зависящий от количества пассажиров, 6 - контрольные заслонки управляющая количеством поступающего свежего воздуха, 7 - свежий воздух.
Каждая климатическая установка состоит из прибора для обработки воздуха, двух вытяжных вентиляторов, компрессора, электрической распределительной коробки, разделенной на отсеки высокого и низкого напряжений и системы каналов циркуляции.
Компрессор включает в себя 2 контура охлаждения, каждый с винтовым компрессором, при этом регулировка мощности охлаждения осуществляется посредством байпаса горячего газа на каждый контур охлаждения, контур охлаждения защищен от недопустимых давлений хладагента, поскольку содержит предохранительное реле высокого давления, датчик высокого давления и переключатель низкого давления. Конденсаторы выполнены в виде пластинчатого теплообменника (медные трубки/алюминиевые пластины). Вентилятор конденсатора выполнен в виде осевого вентилятора с 2 скоростями вращения. Доступ к конструктивным элементам контура охлаждения обеспечивается посредством отвинчивающейся крышки для техобслуживания компрессора.
Прибор для обработки воздуха содержит звуко- и теплоизолированный корпус. Поступление рециркуляционного воздуха в прибор для обработки воздуха осуществляется внутри установки. Впуск наружного воздуха осуществляется через 2 решетки приточного воздуха, расположенные вертикально на стенке установки. В корпусе установлены 2 клапана приточного воздуха и 2 клапана рециркуляционного воздуха в виде жалюзийных заслонок. Клапаны приточного и рециркуляционного воздуха управляются параллельно. Также прибор для обработки воздуха содержит фильтр смешанного воздуха класса EU3. Испаритель прибора для обработки воздуха выполнен в виде пластинчатого теплообменника (медные трубки/алюминиевые пластины). Два контура охлаждения расположены в испарителе один в другом. Перед фильтром установлены УФ-лампы для обеззараживания. Отток конденсата происходит на крышу через спускной патрубок в бачке испарителя. Вентиляторы приточного воздуха выполнены в виде центробежного вентилятора с двигателем ЕС 110 В постоянного тока. Внешняя электроника находится в электрической распределительной коробке. Выход приточного воздуха осуществляется посредине внизу установки.
Рядом с прибором для обработки воздуха с каждой стороны располагается по одному вытяжному вентилятору. Удаляемый воздух выпускается из крышевого пространства через общее отверстие для рециркуляционного/удаляемого воздуха в полу установки.
Через другое отверстие в полу вытяжной вентилятор выдувает удаляемый воздух из установки.
Электрическая распределительная коробка расположена рядом с прибором для обработки воздуха климатической установки и распределена на отсеки высокого и низкого напряжений.
Электрические компоненты и регуляторы установлены на электрощите.
Каждая климатическая установка в салоне поезда оснащена регулятором температуры. Все регуляторы температуры соединены между собой посредством шины CAN. Регуляторы температуры оборудованы сервисным интерфейсом (RS 232). С помощью сервисного программного обеспечения можно реализовывать контрольные функции, определенные рабочие параметры, а также диагностику неисправностей на ноутбуке.
Заданное значение температуры в помещении салона поезда как функция наружной температуры приводится в соответствие с заложенной в память программного обеспечения кривой регулировки.
Температура в помещении измеряется 2 датчиками температуры в салоне поезда.
Система каналов циркуляции включает в себя потолочный канал приточного воздуха, спускные каналы и напольные каналы. В потолочной зоне посередине расположен потолочный канал приточного воздуха. Канал сконструирован из трех частей. Холодный воздух в канале проходит по центру. С боков находятся каналы теплого воздуха. От каналов теплого воздуха идут спускные каналы по стойкам двери и торцевым стенкам к напольным каналам. Напольные каналы расположены на боковой стене под сиденьями. На торцевых стенках канал теплого воздуха ведет в зону перехода. Детали боковой стены имеют двойную структуру и соединены с напольными каналами. Часть приточного воздуха из напольного канала может направляться в область боковой стены, а затем выдувается через щель на оконное стекло.
В случае охлаждения приточный воздух выдувается прим. до 80% через перфорированный потолок, остальные 20% попадают через систему напольных каналов в вагон.
В случае обогрева приточный воздух вдувается через систему напольных и боковых каналов в вагоне.
Основными элементами системы регулировки на базе уровня содержания углекислого газа являются датчики CO2, установленные в каналах циркуляции устройств кондиционирования воздуха, при этом сигнал от датчиков уровня CO2, который показателен для числа находящихся в вагоне пассажиров, служит для того, чтобы управлять процентом свежего воздуха в поступающем приточном воздухе. С учетом этого сигнала регулируется объем свежего воздуха, поступающий через контрольные заслонки, смешивается с циркулирующим воздухом и затем доводится до кондиции в устройстве кондиционирования воздуха (климатической установке). Поскольку с объемом свежего воздуха всегда связано внесение в систему кондиционирования воздуха энергии (холода - зимой, тепла - летом), расход энергии на кондиционирование приточного воздуха в зависимости от количества находящихся в вагоне пассажиров снижается, если вагон заполнен не полностью.
В зависимости от величины концентрации CO2 в вагоне и наружной температуры регулируется количество приточного воздуха.
При полной пассажировместимости вагона, в штатном режиме эксплуатации, в зависимости от количества свежего воздуха на человека с течением времени достигаются максимальные значения концентрации уровня CO2. С целью максимальной экономии энергии была разработана концепция регулировки. В соответствии с которой, указанные в стандарте НБ ЖТ ЦТ 03-98 минимальные объемы свежего воздуха одновременно рассматриваются как максимальные, а связанные с ними максимальные концентрации CO2 признаются приемлемыми.
Учитывая санитарные нормы СП 2.5.1198-03 стало возможно поддерживать концентрации CO2 в салоне при полной загрузке поезда на уровне менее чем 0,15 объемн. %.
Из резюмирования вышеописанного выделяется концепция, которой предшествует последовательность запуска. Она позволяет предотвратить воздействие регулировки на базе содержания углекислого газа на неограниченно функционирующую систему. С помощью этой последовательности запуска запрашиваются подтверждения режима работы «Автоматический» и достоверности измеренных значений содержания CO2.
При положительном ответе на оба статусных запроса обеспечивается при сравнении измеренной температуры в салоне поезда Т(САЛ) с заданным значением Тзад приоритет регулировки температуры перед регулировкой на базе содержания углекислого газа.
Если температуры в салоне поезда действительно соответствует заданному значению температуры, в рамках определенных границ допуска, то система кондиционирования воздуха относительно внешних и внутренних условий, а также количества пассажиров находится в штатном режиме.
В этом случае подача свежего воздуха в зависимости от количества пассажиров ориентируется на концентрацию CO 2 в 1567 част. на миллион, то есть на максимально возможное значение при 180 пассажирах и количестве свежего воздуха в 15МУЧ на чел. Регулировка на базе уровня содержания С углекислого газа может регулировать количество свежего воздуха в соответствии со следующими уровнями:
Уровень 1 - 720 м 3/ч (соответствует 4 м3/ч для 180 человек)
Уровень 2 - 1440 м3/ч (соответствует 8 м3/ч для 180 человек)
Уровень 3 - 1800 м3/ч (соответствует 10 м3/ч для 180 человек)
Уровень 4 - 2700 м3/ч (соответствует 15 м3/ч для 180 человек)
Уровень 5 - 3600 м3/ч (соответствует 20 м3/ч для 180 человек)
Если определенная с помощью датчика концентрация CO2 составляет менее 1567 част. на миллион, то подачу свежего воздуха можно поэтапно сократить по уровням до 4 м 3/ч, если вентиляторы приточного воздуха и без того не находились уже в этом режиме.
Если определенная с помощью датчика концентрация CO2 превышает 1567 част. на миллион, то подача свежего воздуха поэтапно увеличивается по уровням до 20 м3/ч, если вентиляторы приточного воздуха и без того не находились уже в этом режиме.
Если ответ системы относительно сравнения температуры показывает, что температура в салоне поезда больше не соответствует заданному значению, в рамках определенных границ допуска, то можно говорить об экстремальных условиях окружающей среды (так как до этого было определено, что система кондиционирования воздуха, включая датчик CO2, работает безупречно).
В этом случае регулировка температуры имеет преимущество перед подачей свежего воздуха в зависимости от количества пассажиров. В каждом случае сниженная подача свежего воздуха ведет к улучшению ситуации в целом. Поэтому подачу свежего воздуха можно поэтапно сократить по уровням до 4 м3/ч или сохранить прежние параметры установки, если вентиляторы приточного воздуха уже находились в этом режиме.
При отказе датчика CO 2 регулировка количества свежего воздуха осуществляется в соответствии с температурой наружного воздуха и уровнями стандарта НБ ЖТ ЦТ 03-98.
Обработка алгоритмов, в соответствии с техническим регламентом при каждом прохождении в конце проходит через «Контрольный элемент», в котором регулировка на базе содержания углекислого газа на 180 секунд сохраняет параметры последней установки.
Значение времени в 180 секунд выбрано произвольно и зависит от времени включения и времени реакции соответствующих компонентов. Таким образом, в системе кондиционирования воздуха, в особенности в отношении регулировки мощности нагревательного оборудования или холодильных циклов устраняется возможность регулировки системы в соответствии с измененными условиями эксплуатации (внешние условия, вес пассажиров и т.д.), так что подача свежего воздуха в зависимости от количества пассажиров не перекрывает эти процессы.
Система регулировки состава воздуха на основе уровня содержания углекислого газа, содержащая климатическую установку, состоящую из прибора для обработки воздуха, двух вытяжных вентиляторов, компрессора, электрической распределительной коробки, разделенной на отсеки высокого и низкого напряжений, системы каналов циркуляции, включающей в себя потолочный канал приточного воздуха, спускные каналы и напольные каналы, и датчик СO2, отличающаяся тем, что датчик в салоне вагона выполнен с возможностью определения концентрации СO2, при этом если концентрация составляет менее 1567 ч./млн, то подача свежего воздуха поэтапно сокращается по уровням до 4 м3/ч на человека, если вентиляторы приточного воздуха и без того не находились уже в этом режиме, а в случае если определенная с помощью датчика концентрация СO 2 превышает 1567 ч./млн, то подача свежего воздуха поэтапно увеличивается по уровням до 20 м3/ч на человека, если вентиляторы приточного воздуха и без того не находились уже в этом режиме.
