ISO 19659-3:2022
(Main)Railway applications — Heating, ventilation and air conditioning systems for rolling stock — Part 3: Energy efficiency
Railway applications — Heating, ventilation and air conditioning systems for rolling stock — Part 3: Energy efficiency
This document is applicable to the calculation, measurement and/or verification of energy consumption of railway vehicle HVAC (heating, ventilation and air-conditioning) systems. The HVAC system energy consumption is simulated, calculated, measured and validated in accordance with the requirements of thermal comfort defined in ISO 19659-2, considering the same category of passenger railway vehicles as detailed in ISO 19659-2, Clause 4: — Category 1 (e.g. main line, intercity, long distance, high speed); — Category 2 (e.g. suburban, commuter, regional); — Category 3 (e.g. urban, LRV, tram, metro/subway). This document only covers the passenger area HVAC systems. Driver’s cab HVAC systems are excluded but could be treated in a similar way.
Applications ferroviaires — Systèmes de chauffage, ventilation et climatisation pour le matériel roulant — Partie 3: Efficacité énergétique
Le présent document est applicable au calcul, au mesurage et/ou à la vérification de la consommation énergétique de systèmes de chauffage, ventilation et conditionnement d'air (HVAC) de véhicules ferroviaires. La consommation énergétique des systèmes HVAC est simulée, calculée, mesurée et validée conformément aux exigences en matière de confort thermique définies dans l'ISO 19659‑2, en fonction des catégories de véhicules ferroviaires pour voyageurs décrites dans l'ISO 19659‑2, Article 4: — Catégorie 1 (par exemple, grande ligne, interurbain, longue distance, grande vitesse); — Catégorie 2 (par exemple, train suburbain, de banlieue, régional); — Catégorie 3 (par exemple, train urbain, métro léger, tram, métro). Le présent document ne couvrira que les systèmes HVAC des zones occupées par des voyageurs. Les systèmes HVAC des cabines de conduite sont exclus mais pourraient être traités de manière similaire.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19659-3
First edition
2022-10
Railway applications — Heating,
ventilation and air conditioning
systems for rolling stock —
Part 3:
Energy efficiency
Applications ferroviaires — Systèmes de chauffage, ventilation et
climatisation pour le matériel roulant —
Partie 3: Efficacité énergétique
Reference number
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ISO 19659-3:2022(E)
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Published in Switzerland
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ISO 19659-3:2022(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and abbreviated terms . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Abbreviated terms . 1
4 Train mode .2
4.1 General . 2
4.2 Train in-service mode (TISM) . 2
4.3 Train ready for service mode (TRSM) . 2
4.4 Pre-conditioning mode (PCM) . 2
4.5 Parking mode (PM) . . 2
4.6 Operating timetable, hours for each mode and category . 3
5 Principles . 3
5.1 General . 3
5.2 Methods . 4
5.2.1 General . 4
5.2.2 Method I [with climatic facility / ISO 19659-2] . 4
5.2.3 Method II [without climatic facility] . 4
5.3 Climatic and operational boundary conditions . 4
5.3.1 General . 4
5.3.2 Operational point matrix . 4
5.3.3 Weather data analysis . 6
6 Assessment methods . 8
6.1 General . 8
6.2 Simulation and calculation . 8
6.2.1 Simulation. 8
6.2.2 Calculation of the total annual energy consumption . 8
6.2.3 Calculation of the total annual energy efficiency. 9
6.2.4 Documentation. 10
6.3 Verification . . 10
6.3.1 General . 10
6.3.2 Test rules . 10
6.3.3 Documentation. 11
6.4 Post-processing . 11
Annex A (informative) Procedure for decision of operational point matrix .14
Annex B (informative) Procedure for weather data analysis .17
Bibliography .24
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ISO 19659-3:2022(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 269, Railway applications, Subcommittee
SC 2, Rolling Stock.
A list of all parts in the ISO 19659 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO 19659-3:2022(E)
Introduction
The world’s energy resources are being consumed at a significant rate that will result in the depletion of
non-renewable resources. It is imperative that energy be conserved. Conservation of energy in railway
vehicles can result in a slowdown of non-renewable resource usage and consequently of the build-up of
greenhouse gases.
The HVAC (heating, ventilation and air-conditioning) system is one of the main energy consumers on
a train, and its energy efficiency is a key issue to reduce the environmental impact of public transport.
As most railway vehicles are designed to last for a long period (15 y to 40 y), lower energy consumption
can also be considered a means of reducing the cost to railway operators and authorities.
The energy consumption of the HVAC systems is affected by multiple parameters therefore, a common
guideline is essential for comparative assessment of energy efficiency between different systems.
This document offers methodologies to deliver comparable energy consumption values of the HVAC
system without unnecessary lead times and costs by suggesting appropriate conditions for simulation
or testing.
In general, this document describes the conditions that should be considered:
— train mode,
— principles such as measurements, climatic and operational boundary conditions,
— assessment methods such as simulation, calculation, verification and post-processing.
These can be used to assess the effectiveness of energy efficiency measures to evaluate different cars
and/or HVAC concepts and to provide an indication of the annual HVAC energy consumption for the
whole train (except driver’s cab).
The specifications in this document are to be considered together with the national/regional standards,
which take different preferences, local weather and operational conditions into account.
v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 19659-3:2022(E)
Railway applications — Heating, ventilation and air
conditioning systems for rolling stock —
Part 3:
Energy efficiency
1 Scope
This document is applicable to the calculation, measurement and/or verification of energy consumption
of railway vehicle HVAC (heating, ventilation and air-conditioning) systems.
The HVAC system energy consumption is simulated, calculated, measured and validated in accordance
with the requirements of thermal comfort defined in ISO 19659-2, considering the same category of
passenger railway vehicles as detailed in ISO 19659-2, Clause 4:
— Category 1 (e.g. main line, intercity, long distance, high speed);
— Category 2 (e.g. suburban, commuter, regional);
— Category 3 (e.g. urban, LRV, tram, metro/subway).
This document only covers the passenger area HVAC systems. Driver’s cab HVAC systems are excluded
but could be treated in a similar way.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 19659-1, Railway applications — Heating, ventilation and air conditioning systems for rolling stock —
Part 1: Terms and definitions
ISO 19659-2, Railway applications — Heating, ventilation and air conditioning systems for rolling stock —
Part 2: Thermal comfort
3 Terms, definitions and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 19659-1 apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.2 Abbreviated terms
For the purposes of this document, the following abbreviated terms apply.
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ISO 19659-3:2022(E)
TISM Train in-service mode
TRSM Train ready for service mode
PCM Pre-conditioning mode
PM Parking mode
4 Train mode
4.1 General
The following train modes, 4.2 to 4.5 are the different operating states of train and relate to the
operating mode of the HVAC system.
4.2 Train in-service mode (TISM)
This mode covers the commercial operation of the train, including several passenger load cases. The
train is moving or is stationary with the HVAC system running in its automatic mode.
4.3 Train ready for service mode (TRSM)
In this mode, the HVAC system is operational (same as for TISM) without passengers.
This situation occurs frequently, for example when the:
— train is waiting between two commercial runs;
— train is at a terminal station with the doors closed;
— train is in operation between a depot and a terminal station.
When the train is being cleaned at a terminal station, the time should be considered for this mode.
4.4 Pre-conditioning mode (PCM)
Pre-conditioning is the process which enables the interior temperature to be lowered or raised to a
defined comfort level including pre-cooling and pre-heating. This mode will depend on the ambient
temperature conditions at which the train is operating. During hot conditions pre-cooling is required
and in cold conditions, pre-heating is required.
This mode of operation is without passengers on the train.
This mode is an option. If the customer requires this mode, the detailed requirements shall be specified
in the technical specification.
4.5 Parking mode (PM)
Parking mode is used when the train is not in operation, and there are no staff or passengers on board.
The HVAC system runs normally with different setpoints for temperature and airflow or alternatively,
is shut down to conserve energy.
The purpose of parking mode includes frost protection and keeping the interior temperature at
a reasonable level. Trains are normally shut down during the night to reduce noise and energy
consumption.
This mode is an option. If the customer requires this mode, the detailed requirements shall be specified
in the technical specification.
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ISO 19659-3:2022(E)
4.6 Operating timetable, hours for each mode and category
Operating timetables and the number of hours for each train mode and category shall be specified in
the technical specification. If values are not available in the technical specification, the values can be
selected from Table 1.
Table 1 — Train mode (timetable and operating hours)
Train mode Category 1 Category 2 and Category 3
Timetable Operating hours Timetable Operating hours
TISM 5:00 to 24:00 12 h/day 5:00 to 24:00 14 h/day
TRSM 5:00 to 24:00 4 h/day 5:00 to 24:00 2 h/day
excluding peak excluding peak
time time
7:00 to 9:00 7:00 to 9:00
17:00 to 19:00 17:00 to 19:00
[Option] 5:00 to 24:00 0,5 h/day 5:00 to 24:00 0,5 h/day
PCM excluding peak excluding peak
time time shown above
7:00 to 9:00 7:00 to 9:00
17:00 to 19:00 17:00 to 19:00
[Option] 1) 0:00 to 5:00 1) 5 h/day 1) 0:00 to 5:00 1) 5 h/day
PM 2) 5:00 to 24:00 2) 2,5 h/day 2) 5:00 to 24:00 2) 2,5 h/day
rest of the time addition of all rest of the time addition of all
excluding the parking mode excluding the parking mode
three modes periods 7,5 h/day three modes periods 7,5 h/day
shown above includes switch on shown above includes switch on
and switch off and switch off
Total 24 h 24 h
5 Principles
5.1 General
The energy consumption of a HVAC system could be measured on an in-service train for a certain
period. Cycles for the HVAC system energy consumption would have to include annual cycles, or at
least daily cycles for several days during a year, covering seasonal influences. This method is very time
consuming and expensive with poor repeatability regarding the results. Furthermore, simulation of
energy consumption for transient conditions in the HVAC system is difficult and not state of the art in
view of a precise prediction of energy consumption.
Therefore, a different method shall be applied for the energy consumption of the HVAC system.
A matrix of steady-state operational points is defined to represent the annual climatic and operational
conditions. It might be necessary to define different operational points depending on the respective
region where the train is operating.
Each operational point is defined by the exterior temperature, corresponding relative humidity,
passenger load and equivalent solar load. All operational points are defined at zero train speed.
3
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ISO 19659-3:2022(E)
Weather data to represent the local weather is collected and classified to prepare the data subset for
each train mode and category.
Annual operating hours and weighting factors for each operational point are calculated based on the
collected weather data to estimate the total annual energy consumption of the HVAC system.
The energy consumption of the operational points shall be calculated and later be verified by either:
— measurements in a climatic facility (Method I); or
— measurements on a train placed on a track in an outdoor environment, for example in a depot or
siding at zero train speed of the vehicle (Method II).
One of these two methods shall be chosen prior to the calculation and validation.
5.2 Methods
5.2.1 General
Operational points shall be chosen in accordance with local climatic conditions and shall be selected
following procedure described in 5.3.2.
The passenger load shall be applied using people or simulated by heat and humidity sources as
described in ISO 19659-2, 10.4.
5.2.2 Method I [with climatic facility / ISO 19659-2]
The energy consumption is measured in a climatic facility in accordance with ISO 19659-2, Clause 10.
5.2.3 Method II [without climatic facility]
The energy consumption is measured on a train placed on a track in an outdoor environment, for
example in a depot or siding at zero train speed. Since the environmental conditions cannot be
influenced in a similar way as in a climatic facility, the environmental conditions are to remain within
the tolerance as defined in 6.3.2.
5.3 Climatic and operational boundary conditions
5.3.1 General
Climatic and operational boundary conditions shall be representative of the local area to estimate
energy consumption appropriately.
In this subclause the procedure for decision of operational point matrix, collection and analysis of
weather data, calculation of annual operating hours and weighting factor are introduced with some
examples.
The information is applicable for simulation, calculation and verification of energy consumption in 6.2
and 6.3.
5.3.2 Operational point matrix
A matrix of steady-state operational points for each train mode is defined to represent the annual
climatic and operational conditions for the local area.
Table 2 gives typical operational points for cold, mild and hot areas in case of TISM and TRSM. This table
contains values for T , T , T , T , T in Table 1, Table 2, Table 9, Table 11 of ISO 19659-2. In
em1 em3 em4 em5 em7
order to cover the complete temperature range for calculation of annual energy consumption, exterior
temperatures 10 °C and 15 °C are added. The train is considered to be at zero train speed for all points.
4
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ISO 19659-3:2022(E)
Operational points can be selected from Table 2.
In order to ensure an optimal balance between calculation/test effort and the demand for accuracy, 6
to 8 operational points is reasonable for the calculation of annual energy consumption for TISM and
TRSM.
Exterior temperature, 10 °C, 15 °C, 22 °C and 28 °C are reasonable conditions as specified operational
points.
The values of corresponding relative humidity could be changed based on the local weather data
analysis as necessary.
If the range of the exterior temperature between adjacent operational points is equal to or larger than
20 K, the intermediate temperature should be added (see A.2.2.3 and A.2.2.4 as examples).
For special areas such as tropical or extreme cold conditions, the number of operational points are
dependent on the project.
Procedure for decision of operational point matrix is described in Annex A with some examples.
Operational point matrix for PCM and PM shall be specified in the technical specification if required.
Table 2 — Clustering operational point matrix for TISM and TRSM
Equivalent Passenger load
Specified operational points T
xx
for energy consumption analysis
T RH solar %
em em
Refer to
ISO 19659-2
°C % load
Cold area Mild area Hot area TISM TRSM
%
-40 -- 0 0 0 T
em5
-30 -- 0 0 0 T
em5
-25 -- 0 0 0 T
em5
-20 -- 0 0 0 T
em5
-10 80 0 0 0 T
em5
0 80 0 0 0 T , T
em5 em7
5 80 0 0 0 T , T
em5 em7
T T T 10 80 0 0 0 -
10 10 10
T T T 15 80 0 50 0 -
15 15 15
22 60 0 50 0 -
T T T
22 22 22
22 80 0 50 0 T
em4
25 60 50 50 0 T
em3
26 55 50 50 0 T
em3
28 45 50 50 0 T
em3
28 45 (50) 100 100 0 T
em1
T T T
28 28 28
28 60 0 50 0 T
em4
28 70 50 50 0 T
em3
32 50 100 100 0 T
em1
33 69 100 100 0 T
em1
35 50 100 100 0 T
em1
35 60 50 50 0 T
em3
NOTE
— The train is considered to be at zero train speed for all points.
— RH (%) for T equal to or less than 10 °C is only necessary for HVAC systems equipped with a heat pump.
em em
5
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ISO 19659-3:2022(E)
TTaabblle 2 e 2 ((ccoonnttiinnueuedd))
Equivalent Passenger load
Specified operational points T
xx
for energy consumption analysis
T RH solar %
em em
Refer to
ISO 19659-2
°C % load
Cold area Mild area Hot area TISM TRSM
%
35 60 100 100 0 T
em1
35 65 100 100 0 T
em1
35 75 100 100 0 T
em1
40 40 (46) 100 100 0 T
em1
40 60 100 100 0 T
em1
45 10 100 100 0 T
em1
45 30 100 100 0 T
em1
NOTE
— The train is considered to be at zero train speed for all points.
— RH (%) for T equal to or less than 10 °C is only necessary for HVAC systems equipped with a heat pump.
em em
5.3.3 Weather data analysis
5.3.3.1 General
The weather data which represents the local weather is collected and classified based on operating
timetable and operating hours corresponding to each train mode and category. Then, the annual
operating hours and the weighting factor for each operational point are calculated to estimate the total
annual energy consumption of the HVAC system.
5.3.3.2 Collection of Weather data
The weather data considered for the energy consumption shall be representative of the local weather.
The minimum requirements for the contents of the weather data:
— weather data shall be from a validated source;
— recent weather data source is recommended. (ideally not older than ten years);
— the data shall cover a period of at least five complete years to average;
— it is recommended to consider at least one data per hour;
— the minimum data shall be the exterior temperature (protected from the sun and wind).
Collected weather data is classified based on operating timetable and operating hours corresponding
to each train mode and category as defined in Table 1, for the preparation of annual operating hours
and weighting factor calculation.
The procedure for the collection of weather data, as an example, is described in Annex B. One location
is selected to introduce the procedure for weather data analysis. For the usage of the train in a large
region common for Category 1, the weather data of several representative locations could be used and
averaged. In that case, the annual operating hours in 5.3.3.4 can be obtained by averaging those at each
location. The average weighting factor in 5.3.3.5 can be calculated from the average annual operating
hours.
Operating timetable and operating hours for PCM and PM shall be specified in the technical specification
if annual energy consumption for each train mode is required.
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5.3.3.3 Operational point range
T in Table 2 is considered as RT of all values in the operational point range. The range of operational
em em
point i (OP ) is defined to be greater than L and equal to or less than U shown in Figure 1.
i i i
Key
OP operational point i
i
T mean exterior temperature, in °C
em
RT representative mean exterior temperature at operational point i (OP ), in °C
em i i
L mean exterior temperature at lower end of operational point i (OP ), in °C
i i
L = (RT + RT ) / 2
i em i-1 em i
U mean exterior temperature at upper end of operational point i (OP ), in °C
i i
U = (RT + RT ) / 2
i em i em i+1
Figure 1 — Range of operational point i (OP )
i
5.3.3.4 Calculation of annual operating hours
The annual operating hours for a specific operational point are the addition of all occurrence of all
exterior temperatures in the range of operational point. Therefore, the total annual operating hours
for each train mode is calculated as the sum of operating hours for a specific operational point. See
Formula (1).
n
hh= (1)
()
xx_OPi
∑
i=1
where
x is the train mode (TISM, TRSM, PCM and PM);
h is the number of total annual operating hours for train mode x, in h;
x
n is the number of operational points;
h is the number of total annual operating hours for a specific operational point (OP ) of train
x_OPi i
mode x, in h.
The procedure for the calculation of annual operating hours, as an example, is described in Annex B.
If total annual operating hours for PCM and PM are required, they shall be specified in the technical
specification.
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5.3.3.5 Calculation of weighting factor
The weighting factor is the ratio of the annual operating hours for a specific operational point (OP ) to
i
the total annual operating hours for each train mode. See Formula (2).
wh= /h (2)
xO__pi xOPi x
where w is the weighting factor for a specific operational point (OP ) of train mode x.
x_OPi i
If the weighting factor represents less than 1 % of the global weighting factor, the corresponding
operational point could be removed. In that case, its operating hours should be added to its nearest
operational point.
The procedure for the calculation of weighting factor, as an example, is described in Annex B.
If weighting factor for PCM and PM are required, they shall be specified in the technical specification.
6 Assessment methods
6.1 General
The average power of the HVAC system for a specific operational point is simulated by the computer
and the
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 19659-3
Première édition
2022-10
Applications ferroviaires —
Systèmes de chauffage, ventilation
et climatisation pour le matériel
roulant —
Partie 3:
Efficacité énergétique
Railway applications — Heating, ventilation and air conditioning
systems for rolling stock —
Part 3: Energy efficiency
Numéro de référence
ISO 19659-3:2022(F)
© ISO 2022
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
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ISO 19659-3:2022(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes, définitions et abréviations . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Termes abrégés . 2
4 Mode d'exploitation du train . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Mode service (TISM) . 2
4.3 Mode prêt au service (TRSM). 2
4.4 Mode pré-conditionnement (PCM) . 2
4.5 Mode stationnement (PM). 2
4.6 Plage horaire et nombre d'heures de fonctionnement pour chaque mode et
catégorie . 3
5 Principes . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Méthodes. 4
5.2.1 Généralités . 4
5.2.2 Méthode I [avec chambre climatique / ISO 19659-2] . 4
5.2.3 Méthode II [sans chambre climatique] . 4
5.3 Conditions limites climatiques et opérationnelles . 4
5.3.1 Généralités . 4
5.3.2 Matrice de points opérationnels . . 5
5.3.3 Analyse des données météorologiques . 6
6 Méthodes d'évaluation .8
6.1 Généralités . 8
6.2 Simulation et calcul . 9
6.2.1 Simulation. 9
6.2.2 Calcul de la consommation énergétique annuelle totale . 9
6.2.3 Calcul de l’efficacité énergétique annuelle totale . 10
6.2.4 Documentation. 11
6.3 Vérification . . 11
6.3.1 Généralités . 11
6.3.2 Règles d'essai . 11
6.3.3 Documentation.12
6.4 Post-traitement .12
Annexe A (informative) Procédure pour le choix de la matrice de points opérationnels .15
Annexe B (informative) Procédure d'analyse des données météorologiques .18
Bibliographie .25
iii
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ISO 19659-3:2022(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet
de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO et l'IEC ne sauraient être tenues pour
responsables de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails
concernant les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés
lors de l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations
de brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/foreword.html.
Le présent document a été élaboré par le Comité Technique ISO/TC 269, Applications ferroviaires, sous-
comité SC 2, Matériel roulant.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 19659 series se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l'adresse www.iso.org/members.html.
iv
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ISO 19659-3:2022(F)
Introduction
Les ressources énergétiques de la planète sont consommées à un rythme important qui conduit à
un appauvrissement des ressources non renouvelables. Il est impératif de préserver l'énergie. La
préservation de l'énergie dans les véhicules ferroviaires peut freiner la consommation des ressources
non renouvelables et donc la production de gaz à effet de serre.
Le système de chauffage, ventilation et conditionnement d'air (HVAC) constituant l'un des principaux
postes de consommation d'énergie d'un train, l'efficacité énergétique est donc un aspect clé de la
réduction de l'impact environnemental du transport de voyageurs.
La plupart des véhicules ferroviaires étant conçus pour être exploités sur une longue période (de 15 ans
à 40 ans), la réduction de la consommation énergétique peut également être vue comme un moyen de
réduire les coûts pour les opérateurs et les autorités ferroviaires.
La consommation énergétique des systèmes HVAC est influencée par plusieurs facteurs, une ligne
directrice commune est donc essentielle pour une évaluation comparative de l'efficacité énergétique
entre différents systèmes.
Le présent document spécifie des méthodologies pour fournir des valeurs comparables de consommation
énergétique du système HVAC sans délai ou coût indu en suggérant des conditions appropriées de
simulation ou d'essai.
En général, le présent document décrit les conditions qu'il convient de prendre en compte:
— mode d'exploitation du train,
— principes tels que mesurages, conditions limites climatiques et opérationnelles,
— méthodes d'évaluation telles que simulation, calcul, vérification et post-traitement.
Ces conditions peuvent être utilisées pour évaluer l'efficacité des mesurages d'efficacité énergétique
visant à évaluer différentes conceptions de voiture et/ou de système HVAC pour fournir une indication
de la consommation énergétique annuelle d'un système HVAC de l'ensemble d'un train (excepté la
cabine de conduite).
Il est nécessaire d'étudier les spécifications du présent document conjointement aux normes nationales/
régionales, qui prennent en compte différentes préférences et diverses conditions météorologiques
locales et opérationnelles.
v
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NORME INTERNATIONALE ISO 19659-3:2022(F)
Applications ferroviaires — Systèmes de chauffage,
ventilation et climatisation pour le matériel roulant —
Partie 3:
Efficacité énergétique
1 Domaine d’application
Le présent document est applicable au calcul, au mesurage et/ou à la vérification de la consommation
énergétique de systèmes de chauffage, ventilation et conditionnement d'air (HVAC) de véhicules
ferroviaires.
La consommation énergétique des systèmes HVAC est simulée, calculée, mesurée et validée
conformément aux exigences en matière de confort thermique définies dans l'ISO 19659-2, en fonction
des catégories de véhicules ferroviaires pour voyageurs décrites dans l'ISO 19659-2, Article 4:
— Catégorie 1 (par exemple, grande ligne, interurbain, longue distance, grande vitesse);
— Catégorie 2 (par exemple, train suburbain, de banlieue, régional);
— Catégorie 3 (par exemple, train urbain, métro léger, tram, métro).
Le présent document ne couvrira que les systèmes HVAC des zones occupées par des voyageurs. Les
systèmes HVAC des cabines de conduite sont exclus mais pourraient être traités de manière similaire.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 19659-1, Applications ferroviaires — Systèmes de chauffage, ventilation et climatisation pour le
matériel roulant — Partie 1: Termes et définitions
ISO 19659-2, Applications ferroviaires — Systèmes de chauffage, ventilation et climatisation pour le
matériel roulant — Partie 2: Confort thermique
3 Termes, définitions et abréviations
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 19659-1 s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse http:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
1
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ISO 19659-3:2022(F)
3.2 Termes abrégés
Pour les besoins du présent document, les termes abrégés donnés ci-après s'appliquent:
TISM Mode service (Train In-Service Mode)
TRSM Mode prêt au service (Train Ready for Service Mode)
PCM Mode pré-conditionnement (Pre-Conditioning Mode)
PM Mode stationnement (Parking Mode)
4 Mode d'exploitation du train
4.1 Généralités
Les modes suivants, Paragraphes 4.2 à 4.5 sont les différents modes d'exploitation des trains et sont
associés au mode de fonctionnement du système HVAC.
4.2 Mode service (TISM)
Ce mode couvre l'exploitation commerciale du train, incluant plusieurs scénarios d'occupation. Le train
est en mouvement ou à l'arrêt et le système HVAC est en mode de fonctionnement automatique.
4.3 Mode prêt au service (TRSM)
Dans ce mode, le système HVAC fonctionne (comme pour le mode TISM) sans voyageurs à bord du train.
Cette situation se produit fréquemment, par exemple lorsque:
— le train attend de prendre le service commercial suivant;
— le train est en gare de terminus, portes fermées;
— le train est en circulation entre un dépôt et une gare de terminus.
Lorsque le train est lavé en gare de terminus, il convient d'inclure ce temps dans ce mode.
4.4 Mode pré-conditionnement (PCM)
Le pré-conditionnement est le processus qui permet d'abaisser ou d'élever la température intérieure à
un niveau de confort défini. Le pré-conditionnement englobe la pré-réfrigération et le pré-chauffage. Ce
mode dépendra des conditions de température ambiante auxquelles le train fonctionne. Lorsqu'il fait
chaud, la pré-réfrigération est exigée et lorsqu'il fait froid, le pré-chauffage est exigé.
Ce mode de fonctionnement est mis en œuvre sans voyageurs à bord du train.
Ce mode est facultatif. Si le client exige ce mode, les exigences détaillées doivent être spécifiées dans la
Spécification technique.
4.5 Mode stationnement (PM)
Le mode stationnement est utilisé lorsque le train ne circule pas et que ni personnel, ni voyageur ne
se trouve à bord. Le système HVAC fonctionne soit normalement avec différents points de consigne de
température et de débit d'air, soit est coupé pour économiser l'énergie.
Le mode stationnement vise notamment à assurer une protection contre le gel et à maintenir la
température intérieure à un niveau raisonnable. Les trains sont normalement mis hors fonctionnement
la nuit pour réduire le bruit et la consommation énergétique.
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ISO 19659-3:2022(F)
Ce mode est facultatif. Si le client exige ce mode, les exigences détaillées doivent être spécifiées dans la
Spécification technique.
4.6 Plage horaire et nombre d'heures de fonctionnement pour chaque mode et
catégorie
La plage horaire et le nombre d'heures de fonctionnement pour chaque mode d'exploitation et
catégorie de train doivent être spécifiés dans la Spécification technique. En l'absence de valeurs dans la
Spécification technique, les valeurs peuvent être choisies parmi celles du Tableau 1.
Tableau 1 — Mode d'exploitation du train (plage horaire et nombre d'heures de
fonctionnement)
Mode d'exploitation Catégorie 1 Catégorie 2 et Catégorie 3
du train
Plage horaire Nombre d'heures Plage horaire Nombre d'heures
de fonctionnement de fonctionnement
TISM de 5h00 à 24h00 12 h/jour de 5h00 à 24h00 14h/jour
TRSM de 5h00 à 24h00 4 h/jour de 5h00 à 24h00 2 h/jour
Sauf pendant les Sauf pendant les
heures de pointe heures de pointe
de 7h00 à 9h00 de 7h00 à 9h00
de 17h00 à 19h00 de 17h00 à 19h00
[Option] de 5h00 à 24h00 0,5 h/jour de 5h00 à 24h00 0,5 /jour
PCM Sauf pendant les Sauf pendant les
heures de pointe heures de pointe
susmentionnées
de 7h00 à 9h00
de 07h00 à 09h00
de 17h00 à 19h00
de 17h00 à 19h00
[Option] 1) de 0h00 à 5h00 1) 5 h/jour 1) de 0h00 à 5h00 1) 5 h/jour
PM 2) de 5h00 à 24h00 2) 2,5 h/jour 2) de 5h00 à 24h00 2) 2,5 h/jour
plage horaire somme de toutes les plage horaire somme de toutes les
restante laissée par périodes de mode restante laissée par périodes de mode
les trois modes stationnement, soit les trois modes stationnement, soit
présentés ci-dessus 7,5 h/jour, qui présentés ci-dessus 7,5 h/jour, qui
englobe englobe
l'activation et la l'activation et la
désactivation désactivation
Total 24 h 24 h
5 Principes
5.1 Généralités
La consommation énergétique d'un système HVAC pourrait être mesurée sur un train en service
pendant une certaine période. Les cycles de la consommation énergétique d'un système HVAC devrait
inclure des cycles annuels, ou au moins des cycles journaliers sur plusieurs jours d'une année, couvrant
les influences saisonnières. Cette méthode demande beaucoup de temps, est coûteuse et donne des
résultats moins répétables. En outre, la simulation de la consommation énergétique pour des conditions
transitoires du système HVAC est difficile et ne fait pas partie de l'état de l'art en vue d'une prédiction
précise de la consommation énergétique.
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ISO 19659-3:2022(F)
Par conséquent, une autre méthode doit être appliquée pour la consommation énergétique du
système HVAC.
Une matrice de points opérationnels en régime permanent est définie de sorte à représenter les
conditions climatiques et opérationnelles annuelles. Il pourrait être nécessaire de définir des points
opérationnels différents selon la région où le train circule.
Chaque point opérationnel est défini par la température extérieure, l'humidité relative correspondante,
l'occupation et la puissance solaire équivalente. Tous les points opérationnels sont définis pour une
vitesse nulle du train.
Les données météorologiques pour représenter les conditions météorologiques locales sont recueillies
et classées afin de préparer le sous-ensemble de données pour chaque mode d'exploitation et catégorie
de train.
Le nombre d'heures de fonctionnement annuel et les facteurs de pondération pour chaque point
opérationnel sont calculés à partir des données météorologiques recueillies afin d'estimer la
consommation énergétique annuelle totale du système HVAC.
La consommation énergétique des points opérationnels doit être calculée et doit ensuite être vérifiée:
— soit par des mesurages dans une chambre climatique (méthode I);
— soit par des mesurages à bord d'un train placé sur une voie en extérieur, par exemple dans un dépôt
ou sur une voie de garage à une vitesse nulle du véhicule (méthode II).
L'une de ces deux méthodes doit être choisie avant le calcul et la validation.
5.2 Méthodes
5.2.1 Généralités
Les points opérationnels doivent être choisis conformément aux conditions climatiques locales et selon
la procédure décrite en 5.3.2.
L'occupation doit être reproduite au moyen de personnes ou simulée par des sources de chaleur et
d'humidité comme cela est décrit dans l'ISO 19659-2, 10.4.
5.2.2 Méthode I [avec chambre climatique / ISO 19659-2]
La consommation énergétique est mesurée dans une chambre climatique conformément à l'ISO 19659-2,
Article 10.
5.2.3 Méthode II [sans chambre climatique]
La consommation énergétique est mesurée à bord d'un train placé sur une voie en extérieur, par exemple
dans un dépôt ou sur une voie de garage à une vitesse nulle du train. Les conditions environnementales
ne pouvant pas être influencées de la même façon que dans une chambre climatique, il est nécessaire
que les conditions environnementales demeurent dans la plage de tolérances définie en 6.3.2.
5.3 Conditions limites climatiques et opérationnelles
5.3.1 Généralités
Les conditions limites climatiques et opérationnelles doivent être représentatives de la région locale
pour estimer correctement la consommation énergétique.
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ISO 19659-3:2022(F)
Dans le présent paragraphe, la procédure pour le choix de la matrice de points opérationnels, le recueil
et l’analyse des données météorologiques, ainsi que le calcul du nombre d'heures de fonctionnement
annuel et du facteur de pondération sont présentés à l'aide d'exemples.
Les informations sont applicables pour la simulation, le calcul et la vérification de la consommation
énergétique présentés en 6.2 et 6.3.
5.3.2 Matrice de points opérationnels
Une matrice de points opérationnels en régime permanent pour chaque mode d'exploitation du train
est définie de sorte à représenter les conditions climatiques et opérationnelles annuelles pour la région
locale.
Le Tableau 2 donne des points opérationnels types pour les régions froides, tempérées et chaudes
pour les modes TISM et TRSM. Ce tableau contient des valeurs pour T , T , T , T , T dans le
em1 em3 em4 em5 em7
Tableau 1, le Tableau 2, le Tableau 9, le Tableau 11 de l'ISO 19659-2. Afin de couvrir l'ensemble de la plage
de températures pour le calcul de la consommation énergétique annuelle, les valeurs de température
extérieure de 10 °C et 15 °C sont ajoutées. La vitesse du train est nulle pour tous les points.
Les points opérationnels peuvent être choisis parmi ceux du Tableau 2.
Afin d'assurer un équilibre optimal entre l'effort de calcul/essai et la demande de précision., il est
raisonnable de choisir 6 à 8 points opérationnels pour le calcul de la consommation énergétique
annuelle pour les modes TISM et TRSM.
Les valeurs de température extérieure de 10 °C, 15 °C, 22 °C et 28 °C sont des conditions raisonnables
comme points opérationnels spécifiés.
Les valeurs d'humidité correspondante pourraient être modifiées si nécessaire selon l'analyse des
données météorologiques locales.
Si la plage de températures extérieures entre des points opérationnels adjacents est supérieure ou
égale à 20 K, il convient d'ajouter une température extérieure intermédiaire ((voir A.2.2.3 et A.2.2.4 à
titre d'exemples).
Pour les cas particuliers comme les conditions tropicales ou de froid extrême, le nombre de points
opérationnels dépend du projet.
La procédure pour le choix de la matrice de points opérationnels est décrite à l'Annexe A à l'aide
d'exemples.
La matrice de points opérationnels pour les modes PCM et PM doit être spécifiée dans la Spécification
technique si cela est exigé.
Tableau 2 — Répartition de matrice de points opérationnels pour les modes TISM et TRSM
Points opérationnels spécifiés T Puissance
xx Occupation
pour l'analyse de consommation
T RH solaire
em em % Se reporter à
énergétique
l'ISO 19659-2
°C % équivalente
Région Région Région
TISM TRSM
froide tempérée chaude
%
−40 – 0 0 0 T
em5
−30 – 0 0 0 T
em5
−25 – 0 0 0 T
em5
NOTE
— La vitesse du train est nulle pour tous les points.
— RH (%) pour une T inférieure ou égale à 10 °C n'est nécessaire que pour les systèmes HVAC équipés d'une pompe à
em em
chaleur.
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ISO 19659-3:2022(F)
TTaabblleeaau 2 u 2 ((ssuuiitte)e)
Points opérationnels spécifiés T Puissance
xx Occupation
pour l'analyse de consommation
T RH solaire
em em %
Se reporter à
énergétique
l'ISO 19659-2
°C % équivalente
Région Région Région
TISM TRSM
froide tempérée chaude
%
−20 – 0 0 0 T
em5
−10 80 0 0 0 T
em5
0 80 0 0 0 T , T
em5 em7
5 80 0 0 0 T , T
em5 em7
T T T 10 80 0 0 0 -
10 10 10
T T T 15 80 0 50 0 -
15 15 15
22 60 0 50 0 -
T T T
22 22 22
22 80 0 50 0 T
em4
25 60 50 50 0 T
em3
26 55 50 50 0 T
em3
28 45 50 50 0 T
em3
28 45 (50) 100 100 0 T
em1
T T T
28 28 28
28 60 0 50 0 T
em4
28 70 50 50 0 T
em3
32 50 100 100 0 T
em1
33 69 100 100 0 T
em1
35 50 100 100 0 T
em1
35 60 50 50 0 T
em3
35 60 100 100 0 T
em1
35 65 100 100 0 T
em1
35 75 100 100 0 T
em1
40 40 (46) 100 100 0 T
em1
40 60 100 100 0 T
em1
45 10 100 100 0 T
em1
45 30 100 100 0 T
em1
NOTE
— La vitesse du train est nulle pour tous les points.
— RH (%) pour une T inférieure ou égale à 10 °C n'est nécessaire que pour les systèmes HVAC équipés d'une pompe à
em em
chaleur.
5.3.3 Analyse des données météorologiques
5.3.3.1 Généralités
Les données météorologiques qui représentent les conditions météorologiques locales sont recueillies
et classées selon la plage horaire et le nombre d'heures de fonctionnement correspondant à chaque
mode d'exploitation et catégorie de train. Le nombre d'heures de fonctionnement annuel et le facteur
de pondération pour chaque point opérationnel sont ensuite calculés pour estimer la consommation
énergétique annuelle totale du système HVAC.
5.3.3.2 Collecte des données météorologiques
Les données météorologiques utilisées pour évaluer la consommation énergétique doivent être
représentatives des conditions météorologiques locales.
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ISO 19659-3:2022(F)
Les exigences minimales relatives au contenu des données météorologiques sont les suivantes:
— les données météorologiques doivent provenir d'une source validée;
— une source récente de données météorologiques est recommandée (idéalement données ne datant
pas de plus de dix ans);
— les données couvrent une période d'au moins cinq années complètes;
— il est recommandé de collecter les données au moins une fois par heure en vue d'établir une moyenne;
— au minimum, les données de température extérieure (à l'abri du soleil et du vent) doivent être
recueillies.
Les données météorologiques recueillies sont classées selon la plage horaire et le nombre d'heures
de fonctionnement correspondant à chaque mode d'exploitation et catégorie de train définis dans le
Tableau 1, pour la préparation du calcul du nombre d'heure
...
Questions, Comments and Discussion
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