本發(fā)明涉及列車能耗計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種列車空調(diào)能耗計(jì)算系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著全球資源日益匱乏，能源問題越來越受到重視。近年來，交通系統(tǒng)不斷發(fā)展，使得能耗量不斷增加，進(jìn)一步加大了當(dāng)前能源短缺的矛盾。良好的節(jié)能環(huán)保性能是保證交通運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展和取得較好社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的前提。交通運(yùn)輸工具的能耗主要包括運(yùn)行能耗和輔助能耗，其中輔助能耗主要為空調(diào)系統(tǒng)能耗。對(duì)交通運(yùn)輸工具能耗的計(jì)算有利于對(duì)列車節(jié)能優(yōu)化提出建議。目前我國針對(duì)交通運(yùn)輸工具的能耗計(jì)算大部分還局限在交通運(yùn)輸工具的運(yùn)行能耗上，而對(duì)于交通運(yùn)輸工具的輔助能耗沒有具體的計(jì)算系統(tǒng)。交通運(yùn)輸工具的能耗中空調(diào)系統(tǒng)能耗大約占20％以上，計(jì)算好空調(diào)系統(tǒng)能耗對(duì)于列車的節(jié)能優(yōu)化有很重要的意義，因此目前亟需一種列車空調(diào)能耗計(jì)算系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種方便能耗計(jì)算，實(shí)現(xiàn)列車節(jié)能的列車空調(diào)系統(tǒng)能耗計(jì)算系統(tǒng)。

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明列車空調(diào)能耗計(jì)算系統(tǒng)，包括

能耗參數(shù)輸入模塊，用于收集能耗參數(shù)并將收集到的能耗參數(shù)輸入負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊和空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊；負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊，用于根據(jù)能耗參數(shù)計(jì)算列車負(fù)荷值以及根據(jù)所得負(fù)荷值估算空調(diào)能耗；空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊，用于根據(jù)能耗參數(shù)計(jì)算空調(diào)實(shí)際運(yùn)行能耗。

作為上述的列車空調(diào)能耗計(jì)算系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述能耗參數(shù)包括運(yùn)行城市參數(shù)、車體結(jié)構(gòu)參數(shù)、車內(nèi)環(huán)境參數(shù)、機(jī)組cop值。

進(jìn)一步地，所述負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊包括負(fù)荷計(jì)算子模塊、能耗估算子模塊，負(fù)荷計(jì)算子模塊，用于根據(jù)車體結(jié)構(gòu)參數(shù)、車內(nèi)環(huán)境參數(shù)計(jì)算列車負(fù)荷值；能耗估算子模塊，用于根據(jù)列車負(fù)荷值、機(jī)組cop值計(jì)算列車設(shè)計(jì)能耗。

進(jìn)一步地，所述負(fù)荷計(jì)算子模塊中車體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)、車體面積、車窗傳熱系數(shù)、車窗面積，車內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括載客量、人均新風(fēng)量、空調(diào)設(shè)定溫度、列車運(yùn)行速度、室內(nèi)設(shè)備發(fā)電功率，當(dāng)新風(fēng)運(yùn)行模式為定風(fēng)量時(shí)車內(nèi)環(huán)境參數(shù)按照額定值計(jì)算，當(dāng)新風(fēng)運(yùn)行模式為變風(fēng)量時(shí)車內(nèi)環(huán)境參數(shù)按照實(shí)際值計(jì)算，所述負(fù)荷計(jì)算子模塊的負(fù)荷計(jì)算關(guān)系式為：

Q＝Q_surf+Q_window+Q_cplg+Q_g,c,i+Q_vent，

其中：Q_surf為車體傳熱負(fù)荷、Q_window為車窗傳熱負(fù)荷、Q_cplg為人體散熱負(fù)荷、Q_g,c,i為車內(nèi)照明以及機(jī)電設(shè)備散熱負(fù)荷、Q_vent為空調(diào)新風(fēng)負(fù)荷，Q_surf、Q_window、Q_cplg、Q_g,c,i、Q_vent分別表示以下計(jì)算式；k為隔熱壁綜合傳熱系數(shù)，k_C為車窗傳熱系數(shù)，F(xiàn)為車體外表面積，F(xiàn)_C為車窗面積，t_C為車外空氣綜合溫、t_B為車內(nèi)空氣溫度，D為玻璃透光系數(shù)，S為車窗遮陽系數(shù)，J為太陽輻射強(qiáng)度，N為車廂內(nèi)部人數(shù)，n₁為鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)，為燈罩隔熱系數(shù)，P為照明功率，為群集系數(shù)，q_s為平均每個(gè)成年男子的總散熱n₂量，V_H為人均新風(fēng)量，h_out為車廂外空氣焓值，h_in為車廂內(nèi)空氣焓值，其中k、k_C、n₁、n₂、P、D、S、J、h_out、h_in均為常量；

所述設(shè)計(jì)能耗估算子模塊的負(fù)荷計(jì)算關(guān)系式為：

設(shè)計(jì)能耗＝負(fù)荷/設(shè)計(jì)機(jī)組cop值。

進(jìn)一步地，所述空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊，用于根據(jù)車體結(jié)構(gòu)參數(shù)、車內(nèi)環(huán)境參數(shù)、(車體隔熱壁傳熱系數(shù)、車窗傳熱系數(shù)、載客量、人均新風(fēng)量、空調(diào)設(shè)定溫度、列車運(yùn)行速度、室內(nèi)設(shè)備發(fā)電功率)、運(yùn)行城市參數(shù)計(jì)算列車運(yùn)行過程中空調(diào)實(shí)際能耗。

進(jìn)一步地，所述車體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括車體隔熱壁傳熱系數(shù)、車窗傳熱系數(shù)，所述車內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括載客量、人均新風(fēng)量、空調(diào)設(shè)定溫度、列車運(yùn)行速度、室內(nèi)設(shè)備發(fā)電功率，所述空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊中實(shí)際能耗與各個(gè)影響因素之間的多元線性回歸方程式為：

y_i＝a_i+b_i,0x₁+b_i,1x₂+b_i,2x₃+b_i,3x₄+b_i,4x₅+b_i,5x₆，其中y_i為列車空調(diào)實(shí)際能耗，x₁為車體隔熱壁傳熱系數(shù)，x₂為車窗傳熱系數(shù)，x₃為載客量，x₄為人均新風(fēng)量，x₅為空調(diào)設(shè)定溫度，x₆為列車運(yùn)行速度，a_i、b_i,0～b_i,5均為運(yùn)行城市系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述能耗參數(shù)輸入模塊還包括車體隔熱壁傳熱綜合系數(shù)計(jì)算子模塊，用于根據(jù)車體頂板傳熱系數(shù)、側(cè)墻傳熱系數(shù)、底板傳熱系數(shù)計(jì)算車體隔熱壁系數(shù)，車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)計(jì)算子模塊的計(jì)算關(guān)系式為：

車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)＝1.25×(車頂傳熱k值×車頂面積+底板傳熱k值×底板面積+側(cè)壁傳熱k值×側(cè)壁面積)/(車頂面積+底板面積+側(cè)壁面積)

作為上述列車空調(diào)能耗計(jì)算系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存上述負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊所得數(shù)據(jù)、用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊所得數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊包括負(fù)荷組成統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)負(fù)荷中各負(fù)荷的組成，得到負(fù)荷組成表；負(fù)荷組成比例統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)負(fù)荷中各負(fù)荷所占比例，得到負(fù)荷組成比例圖。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊包括車內(nèi)溫度統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存子模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存全年車內(nèi)溫度，得到全年車內(nèi)溫度曲線；車外溫度統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存子模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存全年車外溫度，得到全年車外溫度曲線；機(jī)組cop值統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存子模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存全年機(jī)組cop值，得到全年機(jī)組cop值曲線；實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存子模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存全年實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)能耗，得到全年實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)能耗曲線。

通過上述發(fā)明能夠較準(zhǔn)確的計(jì)算列車空調(diào)系統(tǒng)能耗，為列車節(jié)能設(shè)計(jì)提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源，以下通過附圖以及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作具體說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明列車空調(diào)能耗計(jì)算系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本發(fā)明計(jì)算方法流程圖。

圖3為列車外部負(fù)荷示意圖。

圖4為列車內(nèi)部負(fù)荷示意圖。

圖5為試驗(yàn)工況的供冷季空調(diào)仿真模擬能耗結(jié)果。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例以武漢地區(qū)的CHR3型高速動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)夏季車廂的能耗計(jì)算為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，所述CHR3型高速動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)的能耗計(jì)算系統(tǒng)包括能耗參數(shù)輸入模塊、負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊、空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊，其中能耗參數(shù)輸入模塊中包括車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)計(jì)算子模塊，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊包括負(fù)荷組成統(tǒng)計(jì)子模塊、負(fù)荷組成比例統(tǒng)計(jì)子模塊、車內(nèi)溫度統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存子模塊、車外溫度統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存子模塊、機(jī)組cop統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存子模塊、實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存子模塊。

首先對(duì)能耗參數(shù)輸入模塊進(jìn)行闡述：

能耗參數(shù)輸入模塊，用于收集能耗參數(shù)并將收集到的能耗參數(shù)輸入負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊和空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊，所述能耗參數(shù)輸入模塊中的能耗參數(shù)包括運(yùn)行城市參數(shù)、車體結(jié)構(gòu)參數(shù)、車內(nèi)環(huán)境參數(shù)、機(jī)組cop值。其中，運(yùn)行城市參數(shù)通過正交試驗(yàn)法選取試驗(yàn)工況、TRNSYS軟件采用一維的集總參數(shù)法進(jìn)行仿真模擬，模擬結(jié)果采用SPSS軟件的多元線性回歸進(jìn)行擬合，由此得到各個(gè)城市的列車空調(diào)能耗擬合曲線，由此得到各個(gè)運(yùn)行城市參數(shù)，針對(duì)運(yùn)行城市參數(shù)這一能耗參數(shù)在后續(xù)空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊中會(huì)進(jìn)行詳細(xì)闡述；車體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)、車體面積、車窗傳熱系數(shù)、車窗面積；車內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括載客量、人均新風(fēng)量、空調(diào)設(shè)定溫度、列車運(yùn)行速度、室內(nèi)設(shè)備發(fā)電功率；機(jī)組cop值也稱作能效比，這里輸入的機(jī)組cop值為用戶自行設(shè)定的機(jī)組平均cop值。

其次對(duì)負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊進(jìn)行詳細(xì)闡述：

本實(shí)施例主要針對(duì)夏季車廂的能耗計(jì)算，因此相應(yīng)的負(fù)荷為冷負(fù)荷，冷負(fù)荷的定義是維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)在一定要求范圍內(nèi)時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)需要從室內(nèi)除去的熱量。

由于列車的外表面積大、隔熱壁較薄、車體熱容小、車體隔熱壁面得熱量轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷過程中的衰減較小，因此可以將列車所得熱量作為列車負(fù)荷。如圖3和圖4所示，列車?yán)湄?fù)荷主要包括列車圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷、列車內(nèi)部人體以及設(shè)備散熱、空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)引起的負(fù)荷、車體滲透風(fēng)等引起的負(fù)荷，由于高速列車車體的密封性標(biāo)準(zhǔn)較高，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，滲透風(fēng)量小，可忽略不計(jì)；通過正壓送風(fēng)的方式使車廂內(nèi)保持微正壓，所以在計(jì)算負(fù)荷及能耗時(shí)，忽略滲透風(fēng)負(fù)荷。列車的圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常是指列車的底板、側(cè)墻、頂板、車窗。負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊，用于根據(jù)能耗參數(shù)計(jì)算列車負(fù)荷值以及根據(jù)所得負(fù)荷值估算空調(diào)能耗；空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊，用于根據(jù)能耗參數(shù)計(jì)算空調(diào)實(shí)際運(yùn)行能耗。所述負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊包括負(fù)荷計(jì)算子模塊、能耗估算子模塊，負(fù)荷計(jì)算子模塊，用于根據(jù)車體結(jié)構(gòu)參數(shù)、車內(nèi)環(huán)境參數(shù)計(jì)算列車負(fù)荷值；能耗估算子模塊，用于根據(jù)列車負(fù)荷值、機(jī)組cop值計(jì)算列車設(shè)計(jì)能耗。其中所述負(fù)荷計(jì)算子模塊中車體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)、車體面積、車窗傳熱系數(shù)、車窗面積，車內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括載客量、人均新風(fēng)量、空調(diào)設(shè)定溫度、列車運(yùn)行速度、室內(nèi)設(shè)備發(fā)電功率，當(dāng)新風(fēng)運(yùn)行模式為定風(fēng)量時(shí)車內(nèi)環(huán)境參數(shù)按照額定值計(jì)算，當(dāng)新風(fēng)運(yùn)行模式為變風(fēng)量時(shí)車內(nèi)環(huán)境參數(shù)按照實(shí)際值計(jì)算，所述負(fù)荷計(jì)算子模塊的負(fù)荷計(jì)算關(guān)系式為：

Q＝Q_surf+Q_window+Q_cplg+Q_g,c,i+Q_vent，

其中：Q_surf為車體傳熱負(fù)荷(kw)，列車壁面相對(duì)于車體厚壁來說是無限大平壁，可將列車傳熱考慮為一維傳熱過程。通過車體隔熱壁傳入內(nèi)部的熱量按照傳熱形式分為兩部分：一部分以對(duì)流換熱形式進(jìn)入車內(nèi)，另外一部分為車體隔熱壁吸收的太陽輻射導(dǎo)致自身溫度升高，引起車內(nèi)溫度升高。在理論計(jì)算中，通常將太陽輻射轉(zhuǎn)化成當(dāng)量溫度計(jì)算，與外界溫度共同作用組成綜合外界溫度，進(jìn)而得到車體隔熱壁(除車窗)得熱量為：Q_surf＝k×F×(t_C-t_B)；

Q_window為車窗傳熱負(fù)荷(kw)，車窗傳熱負(fù)荷主要為兩部分，一部分為第一部分為車廂內(nèi)外溫差通過車窗引起對(duì)流傳熱引起的負(fù)荷，另外一部分為太陽輻射通過車窗進(jìn)入車內(nèi)所引起的負(fù)荷，其中第一部分負(fù)荷為k_C×F_C×(t_C-t_B)，另一部分負(fù)荷為D×S×F_C×J，車窗傳熱負(fù)荷為這兩部分負(fù)荷的總和，進(jìn)而得到車窗傳熱負(fù)荷為：Q_window＝k_C×F_C×(t_C-t_B)+D×S×F_C×J；Q_cplg為人體散熱負(fù)荷(kw)，其計(jì)算公式根據(jù)《TB1951-87客車空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)》為群集系數(shù)和平均每個(gè)成年男子的散熱量q_s都根據(jù)《TB1951-87客車空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)》中的規(guī)定來選??；Q_g,c,i為車內(nèi)照明以及機(jī)電設(shè)備散熱負(fù)荷(kw)；Q_vent為空調(diào)新風(fēng)負(fù)荷(kw)，其計(jì)算公式為Q_vent＝n×V_H×(h_out-h_in)，室內(nèi)外空氣的焓值可由室內(nèi)外溫濕度查濕空氣焓濕圖表得出，而室內(nèi)的設(shè)計(jì)參數(shù)將濕度固定在40％，焓值擬合成隨室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度變化的直線：-11.6+2.3×室內(nèi)溫度，便于計(jì)算，由于CO₂是人體呼吸作用的產(chǎn)物，當(dāng)車廂內(nèi)CO₂濃度長時(shí)間得不到合理排放、稀釋，積累過多時(shí)，人體會(huì)感到胸悶、頭暈不適等癥狀，所以通常以CO₂的濃度作為新風(fēng)量的選取標(biāo)準(zhǔn)，新風(fēng)中的CO₂含量較低，可以依據(jù)車廂內(nèi)要求的CO₂濃度選取新風(fēng)量，按下式計(jì)算：n表示人員個(gè)數(shù)；V₁表示車廂內(nèi)人員CO₂排放量(m³/h)；V₂表示新風(fēng)中CO2的含量(m³/h)；V₃表示車廂內(nèi)允許的CO2含量(m³/h)。

Q_surf、Q_window、Q_cplg、Q_g,c,i、Q_vent分別表示以下計(jì)算式；k為車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)(w/m²˙K)，k_C為車窗傳熱系數(shù)(w/m2˙K)，F(xiàn)為車體外表面積(m²)，F(xiàn)_C為車窗面積(m²)，t_C為車外空氣綜合溫度(℃)、t_B為車內(nèi)空氣溫度(℃)，D為玻璃透光系數(shù)，S為車窗遮陽系數(shù)，J為太陽輻射強(qiáng)度(w/m2)，N為車廂內(nèi)部人數(shù)，n₁為鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)，n₂為燈罩隔熱系數(shù)，明裝熒光燈1.2當(dāng)熒光燈罩上部穿有小孔(下部為玻璃板)，可利用自然通風(fēng)散熱于頂棚內(nèi)時(shí)取0.5～0.6,，P為照明功率(w)，為群集系數(shù)，q_s為平均每個(gè)成年男子的總散熱量，V_H為人均新風(fēng)量，h_out為車廂外空氣焓值，h_in為車廂內(nèi)空氣焓值，其中D、S、J均為常量；

當(dāng)列車的車體隔熱壁綜合系數(shù)k已知時(shí)，直接輸入該車體隔熱壁綜合系數(shù)值，當(dāng)列車的車體隔熱壁綜合系數(shù)k需要計(jì)算時(shí)，為了負(fù)荷計(jì)算更加方便，所述能耗參數(shù)輸入模塊增設(shè)車體隔熱壁傳熱綜合系數(shù)計(jì)算子模塊自動(dòng)對(duì)車體隔熱壁綜合系數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，用于根據(jù)車體頂板傳熱系數(shù)、側(cè)墻傳熱系數(shù)、底板傳熱系數(shù)計(jì)算車體隔熱壁系數(shù)，車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)計(jì)算子模塊的計(jì)算關(guān)系式為：車體隔熱壁綜合傳熱系數(shù)＝1.25×(車頂傳熱k值×車頂面積+底板傳熱k值×底板面積+側(cè)壁傳熱k值×側(cè)壁面積)/(車頂面積+底板面積+側(cè)壁面積)所述設(shè)計(jì)能耗估算子模塊的負(fù)荷計(jì)算關(guān)系式為：設(shè)計(jì)能耗＝負(fù)荷/設(shè)計(jì)機(jī)組cop值。

再次，對(duì)空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊進(jìn)行進(jìn)一步闡述，實(shí)際能耗的計(jì)算過程中采用了正交試驗(yàn)法選取試驗(yàn)工況、TRNSYS軟件采用一維的集總參數(shù)法進(jìn)行仿真模擬，模擬結(jié)果采用SPSS軟件的多元線性回歸進(jìn)行擬合，得到各個(gè)城市的列車空調(diào)能耗擬合曲線。

以下簡單對(duì)正交實(shí)驗(yàn)法選取試驗(yàn)工況的原理，以及TRNSYS軟件仿真模擬原理進(jìn)行簡單闡述：

該軟件中選取了地區(qū)、載客量、人均新風(fēng)量、車內(nèi)設(shè)定溫度、列車運(yùn)行速度、隔熱壁傳熱系數(shù)、車窗傳熱系數(shù)這7個(gè)變量進(jìn)行能耗的計(jì)算和研究，除去地區(qū)這一沒有規(guī)律的變量，還剩6個(gè)影響能耗的變化因素。每個(gè)因素取三種水平，如果進(jìn)行完全試驗(yàn)，會(huì)有536種試驗(yàn)情況，由于數(shù)量龐大，不可能全部實(shí)現(xiàn)。

采用正交試驗(yàn)法對(duì)試驗(yàn)的次數(shù)進(jìn)行減化，正交試驗(yàn)法即根據(jù)正交性從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中篩選出具有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，是一種能夠大幅度減少試驗(yàn)次數(shù)而且并不會(huì)降低試驗(yàn)可行度的方法。統(tǒng)計(jì)學(xué)家將正交設(shè)計(jì)通過表格的形式來實(shí)現(xiàn)，使用者僅需按照給定表格形式進(jìn)行組合試驗(yàn)即可獲得同全面試驗(yàn)相近的結(jié)果，節(jié)省了時(shí)間與成本。篩選的試驗(yàn)點(diǎn)具有“均勻分布，齊整可比”的特性。

將各因素的3個(gè)水平按照數(shù)值從小到大的順序定義為1至3，整理如表1所示。

表1

結(jié)合正交試驗(yàn)中正交試驗(yàn)表格的選取原則，選取L₁₈(3⁷)三水平表較合適。其中18代表試驗(yàn)次數(shù)；3代表因素的水平，在表格中代表橫坐標(biāo)的數(shù)值；7代表因素個(gè)數(shù)，在表格中代表縱坐標(biāo)的數(shù)值，此處安排一空列，來作為試驗(yàn)誤差來衡量試驗(yàn)的可靠性。列舉工況如下表2所示。

表2

采用模塊化瞬態(tài)能耗模擬軟件TRNSYS(Transient System Simulation Program)建立各個(gè)省會(huì)城市的列車運(yùn)行空調(diào)模型，仿真模擬全年的列車空調(diào)運(yùn)行能耗。TRNSYS軟件是模塊化的動(dòng)態(tài)仿真軟件(各個(gè)模塊可以在Simulation Studio中調(diào)用)，所謂模塊化，即認(rèn)為所有系統(tǒng)均由若干個(gè)小的系統(tǒng)(即模塊)組成，一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)某一種特定的功能，因此，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析時(shí)，只要調(diào)用實(shí)現(xiàn)這些特定功能的模塊，給定輸入條件，就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析。某些模塊在對(duì)其他系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析時(shí)同樣用到，此時(shí)，無需再單獨(dú)編制程序來實(shí)現(xiàn)這些功能，只要調(diào)用這些模塊，給予其特定的輸入條件就可以了。系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置與第一部分負(fù)荷計(jì)算時(shí)相同，僅以CRH3型動(dòng)車組為例，計(jì)算時(shí)間定為整個(gè)供冷季(5月-10月)，該模型以武漢地區(qū)為例，18種試驗(yàn)工況的供冷季空調(diào)仿真模擬能耗結(jié)果如圖5所示。

同理，其它不同城市的各工況能耗也可以通過上述模擬仿真軟件或者采用其它的軟件也能夠計(jì)算得到，進(jìn)而進(jìn)行下面的線性回歸分析。

采用SPSS(Statistical Package Social Sciences)這一社會(huì)科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)上述能耗數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，利用多元線性回歸原理，通過以上的模擬結(jié)果找到7個(gè)自變量與能耗因變量之間的關(guān)系，建立各個(gè)城市的列車空調(diào)能耗的參數(shù)化預(yù)測模型。得到各地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)能耗計(jì)算模型如下，所述空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊，用于根據(jù)車體結(jié)構(gòu)參數(shù)、車內(nèi)環(huán)境參數(shù)、運(yùn)行城市參數(shù)計(jì)算列車運(yùn)行過程中空調(diào)實(shí)際能耗。其中所述車體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括車體隔熱壁傳熱系數(shù)、車窗傳熱系數(shù)，所述車內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括載客量、人均新風(fēng)量、空調(diào)設(shè)定溫度、列車運(yùn)行速度、室內(nèi)設(shè)備發(fā)電功率，所述空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊中實(shí)際能耗與各個(gè)影響因素之間的多元線性回歸方程式為：

y_i＝a_i+b_i,0x₁+b_i,1x₂+b_i,2x₃+b_i,3x₄+b_i,4x₅+b_i,5x₆，其中y_i為列車空調(diào)實(shí)際能耗(kw/h)，x₁為車體隔熱壁傳熱系數(shù)∈[1.1,1.5]，(w/m²˙K)；x₂為車窗傳熱系數(shù)∈[0.7,1.4]，(w/m²˙K)；x₃為載客量，∈[44,110]，(人)；x₄為人均新風(fēng)量∈[10,20]，(m³/h)；x₅為空調(diào)設(shè)定溫度∈[23,27]，(℃)；x₆為列車運(yùn)行速度∈[150,350]，(km/h)；a_i、b_i,0～b_i,5均為運(yùn)行城市參數(shù)。值得特別說明的是，其它不同的城市根據(jù)上述TRNSYS模擬軟件或者是其它類似的模擬軟件得到的模擬能耗結(jié)果通過上述SPSS軟件統(tǒng)計(jì)或者其它類似的統(tǒng)計(jì)軟件分析之后也同樣能夠得到城市運(yùn)行參數(shù)a_i、b_i,0～b_i,5。

所述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存上述負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算模塊所得數(shù)據(jù)、用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算模塊所得數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊包括負(fù)荷組成統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)負(fù)荷中各負(fù)荷的組成，得到負(fù)荷組成表；負(fù)荷組成比例統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)負(fù)荷中各負(fù)荷所占比例，得到負(fù)荷組成比例圖。所述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊包括車內(nèi)溫度統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存全年車內(nèi)溫度，得到全年車內(nèi)溫度曲線；車外溫度統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存全年車外溫度，得到全年車外溫度曲線；機(jī)組cop值統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存全年機(jī)組cop值，得到全年機(jī)組cop值曲線；實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存模塊，用于統(tǒng)計(jì)并儲(chǔ)存全年實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)能耗，得到全年實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)能耗曲線。

例如通過上述計(jì)算方法所得到的中國各個(gè)省會(huì)城市的城市運(yùn)行參數(shù)如下表3所示。

表3

如圖2所示，為本發(fā)明的計(jì)算方法流程圖，具體步驟如圖所示，具體闡述如下：

S1開始；

S2進(jìn)行計(jì)算；

S3對(duì)能耗參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置參數(shù)包括車內(nèi)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置、車內(nèi)環(huán)境參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行城市參數(shù)設(shè)置；

S4參數(shù)設(shè)置完畢之后進(jìn)入主界面功能選擇，選擇執(zhí)行S41負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算，否則執(zhí)行S42空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算；

選擇執(zhí)行S41負(fù)荷以及空調(diào)能耗估算后，進(jìn)入S51是否估算出負(fù)荷值，選擇估算出負(fù)荷，否則返回至S3能耗參數(shù)設(shè)置；

選擇執(zhí)行S42空調(diào)實(shí)際能耗計(jì)算，進(jìn)入S52是否估算出空調(diào)實(shí)際能耗，選擇估算出空調(diào)實(shí)際能耗，否則返回至S3能耗參數(shù)設(shè)置；

選擇S51估算出負(fù)荷值之后，進(jìn)入S61是否繼續(xù)估算或查看負(fù)荷圖表，選擇繼續(xù)估算或查看負(fù)荷圖表，否則返回S4主界面功能選擇；

選擇S52估算出空調(diào)實(shí)際能耗之后，進(jìn)入S62是否儲(chǔ)存數(shù)據(jù)或查看曲線圖，選擇儲(chǔ)存數(shù)據(jù)或查看曲線圖，否則返回S4主界面功能選擇；

選擇估算或查看負(fù)荷圖表S61之后，進(jìn)入是否繼續(xù)估算S71，選擇繼續(xù)估算，否則S710查看圖表；

選擇儲(chǔ)存數(shù)據(jù)或查看曲線圖S62之后，進(jìn)入是否儲(chǔ)存數(shù)據(jù)S72，選擇儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，否則S720查看曲線圖；

選擇繼續(xù)估算之后，進(jìn)入S711設(shè)置機(jī)組cop值，之后進(jìn)行S81能耗估算；

選擇儲(chǔ)存數(shù)據(jù)之后，S721將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存為excel表格；

最后S91結(jié)束。

在得到每個(gè)城市的列車空調(diào)擬合曲線之后，使用MATLAB軟件進(jìn)行編程，將擬合曲線輸入程序中，通過輸入運(yùn)行城市、車體結(jié)構(gòu)、車內(nèi)環(huán)境、機(jī)組平均cop值等參數(shù)，即可以進(jìn)行高速列車車廂負(fù)荷、車廂空調(diào)能耗的估算以及整車供冷季空調(diào)實(shí)際運(yùn)行能耗的計(jì)算。同時(shí)，在編制軟件時(shí)，將TRNSYS軟件的一些計(jì)算結(jié)果以excel的形式保存，matlab軟件可以直接調(diào)用這些excel來進(jìn)行圖片的繪制，便于查看。

本實(shí)施例對(duì)武漢高速列車空調(diào)系統(tǒng)能耗進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，運(yùn)行城市參數(shù)選擇武漢。本發(fā)明使得高速列車空調(diào)能耗計(jì)算系統(tǒng)計(jì)算出的能耗更加準(zhǔn)確，為空調(diào)合理設(shè)計(jì)能夠提供理論依據(jù)，利于高速列車的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)。