Современные купейные вагоны постройки ТВЗ оснащены моноблочной установкой кондиционирования воздуха УКВ-31 (далее установка) предназначена для обеспечения и автоматического поддержания требуемых значений температуры воздуха внутри железнодорожных пассажирских вагонов колеи 1520 мм.
Установка может использоваться в пассажирских вагонах, входящих в подвижные составы на электрической, дизель-электрической и тепловозной тягах.
Установка работоспособна при скоростях движения вагонов от 0 до 220 км/час и температурах наружного воздуха от плюс 45° до плюс 15° C при рабо-те в режиме охлаждения и от плюс 15° C до минус 50 °C при работе в режимах вентиляции и отопления. Установка кондиционирования воздуха представляет собой подвесной горизонтальный автономный кондиционер с рециркуляцией и состоит из парокомпрессионной холодильной машины, воздухонагревателей и вентиляционного оборудования. Принципиальная схема установки представлена на рис. 5.
В качестве холодильного агента парокомпрессионной холодильной машины используется Хладон R134a (Фреон R134a) – озонобезопасное, нетоксичное, невоспламеняющееся индивидуальное химическое соединение семейства гидрофторуглеродов (ГФУ).
Принцип действия установки основан на использовании совокупности технических средств, обеспечивающих требуемую термодинамическую обработку и перемещение в нужном направлении определенного количества наружного и внутреннего воздуха с целью поддержания заданных параметров микроклимата в помещениях пассажирского вагона.
В качестве соответствующих технических средств используются парокомпрессионная холодильная машина с воздухоохладителем непосредственного охлаждения, электрические и водяные воздухонагреватели и вентиляционное оборудование.
Все перечисленные средства размещены в одной горизонтальной плоскости, скомпонованы в единый автономный блок и закреплены на несущей раме, которая обшита металлическими листами (оцинкованная жесть толщиной 1,5 мм) с наклеенной на них с внутренней стороны звуко- и теплоизоляцией. Нижнее днище установки двустенное, причем пространство между стенками днища также заполнено звуко- и теплоизолирующим материалом.
Установка размещается в подкрышевом пространстве рабочего тамбура железнодорожного вагона и крепится к вагонным шпангоутам при помощи четырех монтажных кронштейнов, закрепленных на несущей раме и укомплектованных болтами M16 и упругими амортизаторами.
При работе в режиме охлаждения задействуются холодильная машина и вентиляционное оборудование. Водяные и электрические воздухонагреватели в этом случае отключены.
Рис. 5. Компоновочная схема установки УКВ-31:
1 – компрессор; 2 – центробежный вентилятор; 3 – осевой вентилятор; 4 – конденса-тор; 5 – воздухоохладители; 6 – центробежный вентилятор; 7 – фильтрующие ячейки; 8 –электрические воздухонагреватели
В процессе эксплуатации установка может работать в следующих режимах:
– охлаждение воздуха внутри вагона;
– вентиляция внутреннего пространства вагона;
– подогрев воздуха внутри вагона (отопление).
При работе в режиме охлаждения задействуются холодильная машина и вентиляционное оборудование. Водяные и электрические воздухонагреватели в этом случае отключены.
Охлаждение воздуха внутри вагона производится следующим образом – при включенной холодильной машине под действием разрежения, создаваемого центробежным вентилятором 6, в установку через отверстия воздухоприемников внутреннего воздуха поступает рециркулирующий воздух из вагона. Одновременно через отверстия воздухоприемников наружного воздуха всасывается наружный воздух. Потоки внутреннего и наружного воздуха перемешиваются в камерах смешения, и смешанный поток поступает в воздухоохладители 2, после чего нагнетается внутрь вагона с помощью вентилятора 6 через отверстие воздухораспределителя. Часть поданного в вагон воздуха после его прохождения по вагону вновь возвращается в установку (рециркуляционный воздух), а часть воздуха выходит наружу за счет негерметичности конструкции вагона.
Требуемая температура поверхности воздухоохладителей 2 при работе установки в режиме охлаждения обеспечивается следующим образом. Компрессор 1 холодильной машины сжимает и нагнетает пары хладагента в конденсаторы с воздушным охлаждением 3. В конденсаторах хладагент охлаждается потоком наружного воздуха. Наружный воздух засасывается через отверстия воздухоприемников наружного воздуха при помощи осевого вентилятора 7 и через отверстие воздуховытяжного устройства выбрасывается в атмосферу. Охлаждаемые в конденсаторах пары хладагента переходят в жидкое состояние, и жидкий хладагент поступает на вход в терморегулирующие вентили 5 воздухоохладителей. В терморегулирующих вентилях происходит дросселирование хладагента, и его давление падает от давления конденсации (нагнетания) до давления кипения (всасывания), после чего хладагент поступает в воздухоохладители. В воздухоохладителях жидкий хладагент кипит в трубках, отводя тепло от их поверхности, а следовательно, и от охлаждаемого воздуха. Во время охлаждения воздуха часть влаги, находящейся в нем, конденсируется на наружной поверхности трубок и ребер воздухоохладителей. Образующийся при этом конденсат собирается в поддонах воздухоохладителей и сливается через отверстия в нижнем днище установки. Пары хладагента из испарителей поступают на вход в компрессор, и цикл работы холодильной машины повторяется. При работе в режиме вентиляции холодильная машина и воздухонагреватели выключены, и задействован только центробежный вентилятор 6, который в этом случае обеспечивает регулируемый воздухообмен в вагоне так же, как описано выше, но без термодинамической обработки воздуха.
При работе в режиме отопления могут быть задействованы как электрические 8, так и водяные 4 воздухонагреватели. Регулируемый воздухообмен обеспечивается с помощью центробежного вентилятора 6 так же, как описано выше, только вместо охлаждения воздуха осуществляется его нагрев в воздухонагревателях 4, 8.
Выбор режимов работы установки (ручной или автоматический), изменение тепло - и холодопроизводительности, задание и контроль температуры воздуха внутри вагона и интенсивность воздухообмена, контроль времени наработки оборудования, фиксация и выдача информации о текущих значениях температур воздуха внутри вагона и снаружи, температуры воздуха на выходе из установки и температуры воды в отопительном котле, а также выдача информации о возможных неисправностях, возникающих в процессе работы установки, обеспечиваются системой управления (СУ), которая является самостоятельным изделием и в состав установки не входит.
Основным преимуществом термоэлектрического охлаждения, является абсолютная экологическая чистота этого метода преобразования энергии, в отличие от традиционного парокомпрессионного метода