模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统及方法，该控制系统包括：模拟环境间、模拟回风间和工控机，模拟环境间设置有被试空调机组，被试空调机组与模拟回风间通过送风道与回风道形成风路循环，工控机包括车辆回风温湿度控制模块，该模块用于根据输入的模型参数建立车辆回风温湿度控制模型，并将模拟回风间的温湿度调节至与该模型的输出值一致；该模型用于根据k时刻的回风温湿度和送风温湿度计算输出k+1时刻的车内回风温湿度。本发明专利技术使用等效模型来代替真实的车辆或车辆模拟物，既能实现车辆热负荷的模拟，又能在装车前对空调机组的性能进行测试，节省了测试的时间和成本，缩短了轨道客车空调机组的研发周期。周期。周期。

【技术实现步骤摘要】
模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统及方法


[0001]本专利技术属于轨道客车空调试验
，尤其涉及一种模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，在轨道客车空调机组能耗测试中，主要包括整车空调能耗测试和空调机组能耗测试，它们均需要使用整车或整车模拟物才能进行空调机组能耗测试。
[0003]整车空调能耗测试需要使用一辆制造完成且装有空调系统的整车，这种试验只能对一种结构的轨道客车适用，如果车体隔热结构或空调新风负荷改变，需重新进行试验，设计人员、试验人员配合试验周期长，工作量大，因此，这种试验方法不能在新车型设计前期进行空调机组能耗验证，不利于新产品的研发。空调机组能耗测试需要使用缩比的整车模型，试验方法同整车能耗测试类似，这种实物模拟的方式均需要在整车模拟物内布置电加热器、电加湿器以及相应的供电电线，试验设备布置较多，占据空间大，试验过程中还需多次给电加湿器加水，既影响温度平衡，又浪费大量时间，增加了试验的复杂性。
[0004]同时，这种依赖实物或模拟物进行空调能耗测试的方式只能模拟车辆静止状态下稳态热平衡的空调机组能耗，不能模拟车辆运行状态下的变K值、上下乘客、开关门等变负荷工况能耗，试验方式较为单一，试验设备更新不便，不能及时满足新车型及空调新产品的研发。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述技术问题之一，提供一种模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统及方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统，包括模拟环境间、模拟回风间和工控机；
[0008]模拟环境间内设置有模拟环境加热加湿制冷装置、支送风机和被试空调机组；
[0009]模拟回风间内设置有模拟回风加热加湿制冷装置和主送风机；
[0010]被试空调机组与支送风机、主送风机之间均通过送风道连接，被试空调机组与模拟回风间之间通过回风道连接；
[0011]工控机包括模拟环境温湿度控制模块、支送风量控制模块、主送风量控制模块和车辆回风温湿度控制模块；
[0012]模拟环境温湿度控制模块与模拟环境加热加湿制冷装置电连接，以调节模拟环境间的温湿度；支送风量控制模块与支送风机电连接，以调节支送风机的抽取风量；主送风量控制模块与主送风机电连接，以调节主送风机的抽取风量；
[0013]车辆回风温湿度控制模块与模拟回风加热加湿制冷装置电连接，回风温湿度控制模块被配置为检测送风道中的车内送风温度t
sg
、送风相对湿度ψ
s
以及回风道中的车内回风
温度t
n
、回风相对湿度ψ
h
，并根据车内送风温度t
sg
、送风相对湿度ψ
s
、车内回风温度t
n
和回风相对湿度ψ
h
控制模拟回风加热加湿制冷装置调节模拟回风间的温湿度；
[0014]车辆回风温湿度控制模块进一步被配置为根据车辆固有参数和随时刻变化的动态参数建立车辆回风温湿度控制模型；车辆回风温湿度控制模型用于根据K时刻的车内送风温度送风相对湿度和K时刻的车内回风温度回风相对湿度计算并输出K+1时刻的车内回风温度和K+1时刻的回风相对湿度
[0015]本专利技术一些实施例中，车辆固有参数包括车内送风量V
s
、车内空气体积V
a
、车体传热面积A、综合系统热容C；
[0016]随时刻变化的动态参数包括乘客数量n
p
、车体综合传热系数K、太阳辐射逐时传热量Q
sum
、车内机电设备散发的热量Q
e
和外界温度t
w
。
[0017]本专利技术一些实施例中，车辆回风温湿度控制模型包括车厢的湿度控制方程和车厢的温度控制方程；
[0018]车厢的湿度控制方程由水蒸气质量守恒方程式(1)表达：
[0019][0020]其中,m
a
是车内干空气质量，m
x
是新风干空气流量，m
p
是排风干空气流量，m
h
是回风干空气流量，m
R
是乘客散湿量，w
a
是车内空气含湿量，w
s
是送风空气含湿量，τ是时间；
[0021]由于车内干空气质量m
a
是定值，且m
a
＝ρ
a
·
V
a
，其中，ρ
a
是车内干空气密度，V
a
是车内空气体积；
[0022]新风干空气流量m
x
与排风干空气流量m
p
相等，新风干空气流量m
x
与回风干空气流量m
h
之和为送风干空气流量m
s
，且其中，V
s
是车内送风量，ρ
s
是送风干空气密度；
[0023]故将水蒸气质量守恒方程式(1)转化为方程式(2)：
[0024][0025]其中，m
r
是平均每人散湿量，n
p
是乘客数量；
[0026]将方程式(2)进一步转化为水蒸气质量守恒差分方程式(3)：
[0027][0028]其中，k是时刻，Δτ是模型采样间隔时间，且Δτ＝τ
k+1
‑
τ
k
；
[0029]方程式(3)中是第k时刻的车内空气含湿量，由方程式(4)求得：
[0030][0031]其中，是第k时刻的回风空气干饱和蒸气压，求解前需先计算第k时刻的回风干球开尔文温度第k时刻的回风干球开尔文温度由方程式(5)求得：
[0032][0033]当时，第k时刻的回风空气干饱和蒸气压由方程式(6)求得：
[0034][0035]当时，第k时刻的回风空气干饱和蒸气压由方程式(7)求得：
[0036][0037]方程式(3)中是第k+1时刻的车内空气含湿量，由方程式(8)求得：
[0038][0039]其中，P
atm
是标准大气压，是第k+1时刻的回风相对湿度，是第k+1时刻的回风空气干饱和蒸气压；
[0040]方程式(3)中的是第k时刻的送风空气含湿量，由方程式(9)求得：
[0041][0042]方程式(9)中是第k时刻的送风空气干饱和蒸气压，求解前需先计算第k时刻的送风干球开尔文温度第k时刻的送风干球开尔文温度由方程式(10)求得：
[0043][0044]当时，第k时刻的送风空气干饱和蒸气压由方程式(11)求得：
[0045][0046]当时，第k时刻的送风空气干饱和蒸气压由方程式(12)求得：
[0047][0048]方程式(3)中的是第k时刻的平均每人散湿量，由方程式(1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统，其特征在于，包括：模拟环境间、模拟回风间和工控机；所述模拟环境间内设置有模拟环境加热加湿制冷装置、支送风机和被试空调机组；所述模拟回风间内设置有模拟回风加热加湿制冷装置和主送风机；所述被试空调机组与所述支送风机、所述主送风机之间均通过送风道连接，所述被试空调机组与所述模拟回风间之间通过回风道连接；所述工控机包括模拟环境温湿度控制模块、支送风量控制模块、主送风量控制模块和车辆回风温湿度控制模块；所述模拟环境温湿度控制模块与所述模拟环境加热加湿制冷装置电连接，以调节所述模拟环境间的温湿度；所述支送风量控制模块与所述支送风机电连接，以调节所述支送风机的抽取风量；所述主送风量控制模块与所述主送风机电连接，以调节所述主送风机的抽取风量；所述车辆回风温湿度控制模块与所述模拟回风加热加湿制冷装置电连接，所述回风温湿度控制模块被配置为检测所述送风道中的车内送风温度t
sg
、送风相对湿度ψ
s
以及所述回风道中的车内回风温度t
n
、回风相对湿度ψ
h
，并根据车内送风温度t
sg
、送风相对湿度ψ
s
、车内回风温度t
n
和回风相对湿度ψ
h
控制所述模拟回风加热加湿制冷装置调节模拟回风间的温湿度；所述车辆回风温湿度控制模块进一步被配置为根据车辆固有参数和随时刻变化的动态参数建立车辆回风温湿度控制模型；所述车辆回风温湿度控制模型用于根据K时刻的车内送风温度送风相对湿度和K时刻的车内回风温度回风相对湿度计算并输出K+1时刻的车内回风温度和K+1时刻的回风相对湿度2.根据权利要求1所述的模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统，其特征在于，所述车辆固有参数包括车内送风量V
s
、车内空气体积V
a
、车体传热面积A、综合系统热容C；所述随时刻变化的动态参数包括乘客数量n
p
、车体综合传热系数K、太阳辐射逐时传热量Q
sum
、车内机电设备散发的热量Q
e
和外界温度t
w
。3.根据权利要求2所述的模拟轨道客车空调机组回风温湿度的控制系统，其特征在于，所述车辆回风温湿度控制模型包括车厢的湿度控制方程和车厢的温度控制方程；所述车厢的湿度控制方程由水蒸气质量守恒方程式(1)表达：其中,m
a
是车内干空气质量，m
x
是新风干空气流量，m
p
是排风干空气流量，m
h
是回风干空气流量，m
R
是乘客散湿量，w
a
是车内空气含湿量，w
s
是送风空气含湿量，τ是时间；由于车内干空气质量m
a
是定值，且m
a
＝ρ
a
·
V
a
，其中，ρ
a
是车内干空气密度，V
a
是车内空气体积；新风干空气流量m
x
与排风干空气流量m
p
相等，新风干空气流量m
x
与回风干空气流量m
h
之和为送风干空气流量m
s
，且其中，V
s
是车内送风量，ρ
s
是送风干空气
密度；故将水蒸气质量守恒方程式(1)转化为方程式(2)：其中，m
r
是平均每人散湿量，n
p
是乘客数量；将方程式(2)进一步转化为水蒸气质量守恒差分方程式(3)：其中，k是时刻，Δτ是模型采样间隔时间，且Δτ＝τ
k+1
‑
τ
k
；方程式(3)中是第k时刻的车内空气含湿量，由方程式(4)求得：其中，是第k时刻的回风空气干饱和蒸气压，求解前计算第k时刻的回风干球开尔文温度第k时刻的回风干球开尔文温度由方程式(5)求得：当时，第k时刻的回风空气干饱和蒸气压由方程式(6)求得：当时，第k时刻的回风空气干饱和蒸气压由方程式(7)求得：方程式(3)中是第k+1时刻的车内空气含湿量，由方程式(8)求得：其中，P
atm
是标准大气压，是第k+1时刻的回风相对湿度，是第k+1时刻的回风空气干饱和蒸气压；方程式(3)中的是第k时刻的送风空气含湿量，由方程式(9)求得：
方程式(9)中是第k时刻的送风空气干饱和蒸气压，求解前计算第k时刻的送风干球开尔文温度第k时刻的送风干球开尔文温度由方程式(10)求得：当时，第k时刻的送风空气干饱和蒸气压由方程式(11)求得：当时，第k时刻的送风空气干饱和蒸气压由方程式(12)求得：方程式(3)中的是第k时刻的平均每人散湿量，由方程式(13)求得：所述车厢的温度控制方程由车厢能量守恒方程(14)表达：其中，Q
k
是车体隔热壁逐时传热量，Q
sum
是太阳辐射逐时传热量，Q
sens
是乘客散发的显热量，Q
e
是车内机电设备散发的热量，H
c
是流动空气换热量，C是综合系统热容；方程式(14)中的流动空气换热量H
c

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠庆，丁赛杰，王宇鑫，王彦鲁，王永镖，孙德世，李楠，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：