2.3. Альтернативная конструкция кузова

Теплотехнические и эксплуатационные качества кузовов пассажирских вагонов недостаточно высоки не только из-за отсутствия высокоэффектив­ных теплоизоляционных материалов, удовлетворяющих всем жёстким тре­бованиям применения на транспортных средствах, но и из-за несовершен­ства металлической конструкции кузова, изобилующей тепловыми мости­ками и не способной обеспечить необходимую плотность (герметичность) изделия. Кроме того используемой конструкции кузова в сочетании с ра­ботой климатических систем вагона свойственна органическая способ­ность конденсации и накопления влаги на внутренних поверхностях сило­вой обшивы, приводящей её к интенсивной коррозии. Это обусловлено наличием значительных перепадов температур и в результате процессов те­пломассообмена на внутренней холодной поверхности силовой обшивы происходит конденсация влаги, равно как и увлажнение материала тепло­изоляции. Процесс накопления влаги, превалирующий вследствие того, что по условиям эксплуатации вагонов в России большая часть времени приходится на холодный период года, когда температура металлической обшивы значительно ниже температур внутренних поверхностей вагона. Процесс накопления влаги в теплоизоляции и на внутренних поверхностях металлической обшивы усугубляется непосредственным проникновением влаги через различные неплотности как изнутри, так и снаружи вагона. В результате увлажнения происходит увеличение коэффициента теплопере­дачи и снижение срока службы кузова на 8 + 10 лет из-за коррозии.

Отмеченные недостатки могут быть устранены и кроме того приобре­тены новые положительные качества при реализации альтернативной кон­струкции кузова с наружной пассивной и внутренней активной теплоизо­ляцией [5, 6].

Отличие альтернативной конструкции состоит в том, что кузов, выпол­ненный так же в виде сварной металлической конструкции, состоящей из набора продольных и поперечных элементов (шпангоутов), обтянут сило­вой обшивой изнутри, а не снаружи. Сама обшива является теплообмен- ной поверхностью и функционально связана с климатическим оборудова­нием вагона. Снаружи кольцевая шпангоутная система закрывается тонко­стенными листами из нержавеющей стали или других коррозионностойких материалов, например, пластмасс. Зазор между наружными листами и си­ловой обшивой заполняется пенопластами (на основе полистирола или фенолоформальдегидных полимеров) методом заливки. Использование пенопластмасс возможно вследствие того, что силовая обшива располага­ется изнутри каркаса кузова, она будет обладать достаточной герметично­стью, и при возможных пожарах токсичные выделения от теплоизоляции не будут проникать во внутренние помещения вагона.

Силовая обшива, обустроенная коллекторами, по которым циркулиру­ет теплоноситель, становится теплоотдающей поверхностью с коэффици­ентом неравномерности температурного поля не превышающим 20 %. Средний температурный потенциал поверхности при этом будет в интер­вале 20 -ь 26 °С, как для режимов отопления, так и охлаждения в диапазоне наружных температур воздуха от плюс 40 °С до минус 40 °С. Поддержание низкого температурного потенциала поверхности возможно благодаря зна­чительной её величине, более чем в 5 раз большей существующих поверх­ностей отопительных или охлаждающих приборов пассажирского вагона, т. е. она будет являться активной теплоизолирующей поверхностью, отде­ляющей внутреннее пространство вагона от внешнего. Нанесенный на си­ловую обшиву теплоизоляционный материал будет являться пассивной изо­ляцией, необходимой для значительного снижения тепловых потерь через ограждение конструкции кузова.

Альтернативная конструкция кузова исключит конденсацию влаги на поверхности силовой обшивы; обеспечит: увеличение срока службы кузова в 2,5 + 3 раза, повышение теплотехнических качеств вагона за счет увеличе­ния герметичности в 1,3—1,5 раза; снижение энергозатрат на отопление и кондиционирование за счет снижения температурного потенциала теплоот- водящей поверхности.

Следует отметить, что аналогичные конструкции кузовов используются за рубежом (рефрижераторные вагоны типа «Сэндвич»), построен и прохо­дит испытания опытный пассажирский вагон модели ICD-AO.

Таким образом, альтернативная конструкция кузова, обладающая целым рядом преимуществ, реализует возможность использования хорошо зареко­мендовавших себя пластмасс для изоляции вагонов, с применением автома­тизированной высокоэффективной и экологически чистой технологии.