應(yīng)對(duì)制冷劑替代的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展動(dòng)態(tài)

史琳1，安青松2

（1．清華大學(xué)熱科學(xué)與動(dòng)力工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)，北京 100084
2．天津大學(xué)中低溫?zé)崮芨咝Ю媒逃恐攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津大學(xué)，天津 300072；）

    【摘要】：為應(yīng)對(duì)HCFCs制冷劑的加速淘汰，一些環(huán)保性較好的具有弱可燃甚至強(qiáng)燃制冷劑替代物成為了當(dāng)前關(guān)注焦點(diǎn)；然而與制冷熱泵有關(guān)的大多數(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)都禁止使用任何有可燃性的制冷劑，或者是對(duì)其應(yīng)用類別和充注量有嚴(yán)格的規(guī)定。隨著對(duì)制冷劑可燃性及風(fēng)險(xiǎn)性問題認(rèn)識(shí)的提高以及弱可燃制冷劑安全問題技術(shù)的逐步解決，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)已不適應(yīng)新替代制冷劑的安全應(yīng)用和普及，因此與之相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的修訂迫在眉睫。本文首先介紹當(dāng)前制冷劑可燃性風(fēng)險(xiǎn)問題認(rèn)識(shí)的提高，闡述可燃制冷劑的安全要求及相關(guān)措施規(guī)定，分析對(duì)比各類標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的現(xiàn)狀及修訂內(nèi)容，并給出未來發(fā)展的安全措施建議。

    【關(guān)鍵詞】：制冷劑；可燃性；標(biāo)準(zhǔn)；充注量

　　為了應(yīng)對(duì)HCFCs制冷劑的加速淘汰，確保人們的舒適性要求、周圍環(huán)境的安全和發(fā)展的可持續(xù)性，需要加快制冷劑的替代工作。從之前的制冷劑指標(biāo)的解讀、替代發(fā)展趨勢(shì)分析以及制冷關(guān)鍵部件革新的介紹可以看出：R32、R1234yf等一些微燃性制冷劑有較優(yōu)的綜合性能，其關(guān)鍵技術(shù)問題也得到了解決，有較好的應(yīng)用前景，但它們?nèi)匀痪哂形⑷夹?。盡管科技人員對(duì)于可燃性問題不斷嘗試在技術(shù)上解決、在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估上分析，但就目前而言，在安全法規(guī)上如何確保、標(biāo)準(zhǔn)制定上如何規(guī)范這些制冷劑的安全使用也十分重要。因此，為了讓讀者掌握可燃制冷劑的安全要求及措施規(guī)定，了解國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展動(dòng)態(tài)，本文將從標(biāo)準(zhǔn)的制定、對(duì)安全問題認(rèn)識(shí)的提高以及現(xiàn)階段相關(guān)修訂進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

1 制冷劑可燃性風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)的提高

1.1 微燃等級(jí)2L的修訂

　　1999年1月，日本學(xué)者片岡在ISO817會(huì)議上演示了一段錄像，展示了R32和NH3制冷劑與R152a制冷劑的燃燒特性有本質(zhì)上的不同；并且在后期的研究發(fā)現(xiàn)，燃燒速率低于10cm/s時(shí)燃燒無(wú)法持續(xù)，而燃燒速率大于聲速時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖擊波并發(fā)生爆炸。在隨后許多學(xué)者對(duì)制冷劑可燃性問題的研究后，逐步達(dá)成一個(gè)共識(shí)，就是火焰燃燒速度與燃燒熱HOC相比，可以更好地描述可燃制冷劑的危險(xiǎn)程度。為了應(yīng)對(duì)制冷劑發(fā)展，當(dāng)前需要對(duì)可燃制冷劑進(jìn)行更加科學(xué)的分類[1]。通過反復(fù)討論，美國(guó)ASHRAE率先行動(dòng)修訂了相應(yīng)的ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)，在2010年版的ASHRAE Standard34[2]中正式加入了微燃等級(jí)2L，并在2011年3月對(duì)2010版進(jìn)行了進(jìn)一步修訂，正式將R32，R143a，NH3以及R1234yf劃分為2L微燃等級(jí)。新的微燃定義如下：在現(xiàn)有的弱燃等級(jí)2中，加入2L微燃子等級(jí)，此范圍的制冷劑的燃燒速度在23℃，101.3kPa的條件下不高于10cm/s。

1.2 微燃制冷劑的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

    對(duì)于制冷產(chǎn)品的火災(zāi)事故來說，需要具備三個(gè)要素：發(fā)生急速泄漏、濃度超過可燃下限、存在火源；并且需要這3個(gè)條件同時(shí)存在。然而，通過模擬和實(shí)驗(yàn)分析可知，制冷劑在使用時(shí)發(fā)生急速泄漏的幾率極低（在維修過程中偶爾會(huì)發(fā)生），低速泄漏時(shí)能夠達(dá)到可燃下限的空間非常小。對(duì)于不燃制冷劑的制冷劑限量（RCL: Refrigerant concentration limits）由毒性決定，為急性中毒極限（ATEL：acute toxicity exposure limits），安全系數(shù)為1。可燃制冷劑的制冷劑限量（RCL）由可燃下限決定，為L(zhǎng)FL/5，安全系數(shù)為5。表1列舉了部分制冷劑的濃度極限。從中可以看出：極限濃度越高，風(fēng)險(xiǎn)越低；如果將R22與R32的濃度極限進(jìn)行比較，見圖1，可以看出R32的可燃下限低于R22的毒性濃度。同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)注意到點(diǎn)火源存在的可能性遠(yuǎn)低于人員存在的可能性，而且R32和R1234yf的最小點(diǎn)火能很高，其火源存在概率減少了很多。因此，綜合以上各種幾率進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可知，見圖2，R32、R1234yf點(diǎn)燃的幾率要小于R22麻醉事故的幾率。

　　最近，美國(guó)和德國(guó)針對(duì)R1234yf在汽車空調(diào)在各種極端條件下燃燒（熱分解）的情景進(jìn)行了全面研究，可燃和超標(biāo)濃度HF事故樹風(fēng)險(xiǎn)分析，每單位車輛單位行駛小時(shí)內(nèi)，超標(biāo)濃度HF風(fēng)險(xiǎn)率為10-12量級(jí)，可燃風(fēng)險(xiǎn)率為10-14量級(jí)。因此不難看出，2L類制冷劑的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)非常小，應(yīng)當(dāng)重新審視它們的應(yīng)用限制。

2 可燃制冷劑的安全要求及措施規(guī)定

　　可燃制冷劑安全要求涉及制冷劑運(yùn)輸及存儲(chǔ)過程、回收和處理過程，以及制冷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、安裝、維修和廢棄維修等多個(gè)方面；對(duì)這些過程安全要求及措施規(guī)定的認(rèn)識(shí)有助于讀者對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)制定的理解。下面對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

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