2.R290在房間空調器中的應用與安全措施研究-何國庚.pdf

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1、R290R290在房間空調器中的應用與安全措施研究在房間空調器中的應用與安全措施研究何國庚何國庚華中科技大學匯報大綱匯報大綱研究背景 R290的特性 R290房間空調器安全性問題 R290房間空調器泄漏點火實驗 R290房間空調器安全措施 總結R290替代背景替代背景 HFCs的淘汰成為新的熱點“如果國際社會不對HFCs排放加以控制，那么到2050年，HFCs對于全球CO2排放的貢獻率將達到25%”聯合國環境規劃署評估報告 R290成為未來房間空調器中替代制冷劑的主要選擇PFAS(per-and polyfluoroalkyl substances，即全氟和多氟烷基化合物)：任何含有至少一個-

2、CF3或-CF2-碳原子的物質（該碳原子上無H/Cl/Br/I原子）。特點：具備耐火性、高穩定性和持久性，在各行業中被廣泛采用，可在環境中持久存在，幾乎不被生物降解。PFAS包括短鏈（C4-C6）、長鏈（C8 及以上）以及超短鏈（C2 和 C3）化合物。PFOA（Perfluorooctanoic acid）：全氟辛酸（C8HF15O2）在2017年10月27日世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考的2B類致癌物清單中。PFOS（perfluorooctane sulphonate）：全氟辛烷磺?；衔?，PFHxS全氟己烷磺酸等均已被管控。超短鏈 PFAS 廣泛存在于雨水、

3、河水、地下水等環境水體中，超短鏈 PFAS 包含三氟乙酸（TFA），而且TFA 的含量最高，也是最難分解的組分之一。HFC-125(CF3-CHF2),HFC-134a(CF3-CH2F),HFO-1234yf(CF3CF=CH2)、HFO-1234ze(CF3CH=CHF)、HCFO-1233zd(CF3CH=CHCl)、1336mzz(Z)、1336mzz(E）5第第2 2條締約方（發條締約方（發達國家）達國家）-1 1HFCsHFCs基線年基線年2011-2013年基線值基線值以以CO2CO2為單位的為單位的100%100%的的HFCHFC三年均值（三年均值（20112011-20132

4、013）+15%HCFC baseline+15%HCFC baseline HCFC baseline=1989HCFC baseline=1989年的年的HCFC+1989HCFC+1989年的年的2.8%2.8%的的CFCsCFCs進程進程(相對基線值的相對基線值的削減比例）削減比例）2019：10%；2024:40%；2029：70%；2034：80%；2036：85%第第2 2條締約方（發條締約方（發達國家）達國家）-2 2（僅適用于俄羅斯、白俄羅斯、哈薩克斯坦、塔吉克斯坦、吉爾吉斯斯坦）進程進程(相對基線值的相對基線值的削減比例）削減比例）2020：5%；2025:35%；2029

5、：70%；2034：80%；2036：85%蒙特利爾議定書蒙特利爾議定書基加利修正案基加利修正案-20162016第第5 5條締約方條締約方-1 1（適用于（適用于包括中國在內的大部分發展中國家）HFCsHFCs基線年基線年2020-2022年基線值基線值以以CO2CO2為單位的為單位的100%100%的的HFCHFC三年均值（三年均值（20202020-20222022）+65%HCFC baseline+65%HCFC baselineHCFC baseline=2009HCFC baseline=2009-20102010的的HCFCHCFC的均值的均值進程進程（相對基線值的削減比例）2

6、024：凍結在基線以下2029:10%；2035：30%；2040：50%2045：80%第第5 5條締約方條締約方-2 2（適用于印度、沙特、巴基斯坦、科威特、巴林、伊朗、伊拉克、阿曼、卡塔爾、阿聯酋）HFCsHFCs基線年基線年2024-2026年基線值基線值以以CO2CO2為單位的為單位的100%100%的的HFCHFC三年均值（三年均值（20242024-20262026）+65%HCFC baseline+65%HCFC baselineHCFC baseline=2009HCFC baseline=2009-20102010的的HCFCHCFC的均值的均值進程進程（相對基線值的削減

7、比例）2028：凍結在基線以下2032:10%；2037：20%；2042：30%；2047：85%研究背景 R290的特性 R290房間空調器安全性問題 R290房間空調器泄漏點火實驗 R290房間空調器安全措施 總結匯報大綱匯報大綱什么是R290?GB 11174-2011液化石油氣（LPG）主要組成成分為丙烷、丁烷。名稱HFC-161HFC-32HCFC-22HC-290化學式CF3CH2FCH2F2CHClF2CH3CH2CH3分子量48.0652.0286.4744.10沸點（）-37.1-51.7-40.8-42.1臨界溫度（）102.278.296.196.7臨界壓力（MPa)4

8、.705.84.994.25液體密度(g/cm325)0.6440.9611.190.493氣體密度（空氣=1）1.661.83.0 1.56燃燒熱MJ/KG2.29.4-50.4基本性能基本性能7時飽和壓力0.53471.0120.62180.584354時飽和壓力1.8763.4422.1271.8685壓 比3.513.43.423.2壓 差1.34132.431.50521.2842名稱HFC-161HFC-32HCFC-22HC-290大氣壽命（年）0.21512.00.041ODP值0.000.000.050.00GWP值1267518103LFL(%)3.813.3不燃2.1LC

9、50(ppm)256000 760000220,000/環保安全性能主要替代制冷劑熱力學性質02004006008001000120014001600-22-16-10-42814202632384450Temp.()LiquidDensity(kg/m3)HCFC22HC290HFC32HFC410A主要制冷劑飽和液體密度主要制冷劑飽和壓力00.511.522.533.54-22-16-10-42814202632384450Temp.()Satur.Pressure(MPa)HCFC22HC290HFC32HFC410A00.511.522.533.5-22-16-10-428142026

10、32384450Temp.（）Liquid Cp(W/m)HCFC22HC290HFC32HFC410A00.511.522.533.5-22-16-10-42814202632384450溫度()Vapor Cp(W/m)HCFC22HC290HFC32HFC410A主要制冷劑飽和液體和飽和氣體比熱主要替代制冷劑熱力學性質主要替代制冷劑的循環性能HCFC22HFC410AHFC32HC2900（kJ/kg）158.2157.9241.5277.0v（kJ/m3）3951.85594.46215.63329.5vRatio11.421.570.84（53.6%R32）W0（kJ/kg）32.7

11、36.153.657.8k（kJ/kg）190.9194.0295.1334.8P0(KPa)625.4998.41018.0587.4Pk(KPa)2146.0 3383.03473.141883.0壓比壓比3.433.393.423.2壓差壓差(KPa)1520.62384.62455.11295.6理論排氣溫度理論排氣溫度()85.0 84.910168.7COP4.84 4.374.514.79COP比值比值10.920.930.99（106.2%R32）工況條件工況條件蒸發溫度蒸發溫度:7.2，吸氣溫度吸氣溫度:18.3，冷凝溫度冷凝溫度:54.4，液體溫度液體溫度:46.1，理想壓

12、縮過程。理想壓縮過程。主要替代制冷劑遷移性質050100150200-22-16-10-42814202632384450Temp.()Liquid Therm.Cond.(mW/m)HCFC22HC290HFC32HFC410A05101520253035-22-16-10-42814202632384450Temp.()Vapor Therm.Cond.(mW/m)HCFC22HC290HFC32HFC410A主要制冷劑飽和液體和飽和氣體導熱系數050100150200250300-22-16-10-42814202632384450Temp.()Liquid Viscosity(Pa s

13、)HCFC22HC290HFC32HFC410A05101520-22-16-10-42814202632384450Temp.()Vapor Viscosity(Pa s)HCFC22HC290HFC32HFC410A主要制冷劑飽和液體和飽和氣體粘度研究背景 R290的特性 R290房間空調器安全性問題 R290房間空調器泄漏點火實驗 R290房間空調器安全措施 總結匯報大綱匯報大綱房間空調器的安全性問題的提出LFL%hFloor area(m2)R2902.110 152030501.80.240.290.340.410.53av.conce.%0.470.380.330.270.212.

14、20.290.360.410.510.65av.conce.%0.570.470.400.330.26room height:2.8m,temp.:300kIEC 60335-2-40 6thIEC 60335-2-40 7th倉儲運輸安裝維修生產制造使用使用環境空調器自身安全性空調器自身安全性1、R290室內機泄漏時瞬時濃度分布1）、12m2房間內的泄漏房間面積為12m2，房間尺寸為3(L)x4(W)x2.8(H),泄漏點高度為1.8m，泄漏量為300g，泄漏時間240s（4分鐘）。由于室內空氣的流動將有助于泄漏R290的擴散，有利于避免R290的集聚，降低R290的風險，這里考慮最惡劣的情

15、況，即室內沒有空氣的流動。泄漏200s時面1和面2的濃度分布空調系統的結構劃分空調系統的結構劃分開機時的質量分布開機時的質量分布開機狀態下1HP空調內的R290質量分布開機狀態下1.5HP空調內的R290質量分布關機時的質量分布關機時的質量分布關機狀態下1HP空調內的R290質量分布關機狀態下1.5HP空調內的R290質量分布制冷劑在停機后的遷移制冷劑在停機后的遷移1HP空調內的R290在室內外機中的質量分布百分比1.5HP空調內的R290在室內外機中的質量分布百分比延緩遷移的辦法延緩遷移的辦法關機時同時關閉電磁閥關機時同時關閉電磁閥泄漏速度對比泄漏速度對比0.5mm泄漏孔徑下的泄漏速度對比對

16、空調在0.5mm泄漏孔徑，260g充灌量下的泄漏速度進行測量，結果發現在其他狀況相同的情況下，電磁閥關閉后R290的泄漏速度明顯降低將制冷劑的泄漏量降為150g的結果泄漏200s時面1和面2的濃度分布泄漏完畢并擴散2s時面1和面2的濃度分布空調器室內泄漏實測濃度分布空調器室內泄漏實測濃度分布R290室內泄漏實驗原理圖實驗房間的裝置擺放位置實驗房間的裝置擺放位置泄漏實驗實物圖泄漏實驗實物圖制冷劑充灌量的影響制冷劑充灌量的影響260g充灌量，0.5mm泄漏孔徑下R290的濃度分布（開閥）350g充灌量，0.5mm泄漏孔徑下R290的濃度分布（開閥）可燃區域持續時間：53s可燃區域持續時間：99s泄

17、漏孔徑的影響泄漏孔徑的影響探測器B在不同充灌量和泄漏孔徑下R290的濃度分布可燃區域的持續時間會隨著充灌量的增加而增加1.0mm泄漏孔徑時的可燃區域持續時間是最長的，因為其泄漏的持續時間最長1.0mm時可燃區域的持續時間最長電磁閥的影響電磁閥的影響350g充灌量，1.0mm泄漏孔徑下R290的濃度分布（開閥）350g充灌量，1.0mm泄漏孔徑下R290的濃度分布（關閥）可燃區域持續時間：186s可燃區域持續時間：85s電磁閥的影響電磁閥的影響260g充灌量，0.5mm泄漏孔徑下R290的濃度分布（關閥）260g充灌量，0.5mm泄漏孔徑下R290的濃度分布（開閥）開門窗的影響開門窗的影響350

18、g充灌量，1.0mm泄漏孔徑，電磁關閉以及開門窗的情況下R290的濃度分布可燃區域持續時間：64s打開門窗后，在泄漏后期房間內的R290濃度基本上為0350g充灌量，1.0mm泄漏孔徑，電磁關閉以及關閉門窗的情況下下R290的濃度分布可燃區域持續時間：85s室外機內部泄漏實驗室外機內部泄漏實驗壓縮機室和風機室濃度分布壓縮機室和風機室濃度分布壓縮機室在4.37mm泄漏孔徑時的R290濃度分布風機室在4.37mm泄漏孔徑時的R290濃度分布研究背景 R290的特性 R290房間空調器安全性問題 R290房間空調器泄漏點火實驗 R290房間空調器安全措施 總結匯報大綱匯報大綱實驗原理圖被測裝置主要結

19、構實驗原理與裝置HV：手閥；SV:電磁閥；SOV：截止閥（角閥）點火實驗裝置點火器實物圖1mm,260g,安裝電磁閥和單向閥為了得到在1mm泄漏孔徑，電磁閥和角閥關閉情況下，最大不會被點燃的充灌量，從180g充灌量開始做點火實驗，每次增加20g，直至點燃為止，如果沒點燃則重復一次實驗。在220g充灌量時，點B被點燃。根據濃度測量結果，此條件下最高濃度為73%LFL。由于所用探測器適用于靜態測量，在靜態測量時精度非常高。但探測器所采用的的擴散取樣方式會導致響應時間偏長，影響動態測量精度。此外，從點火實驗結果來看，著火點一直是B點，說明可燃區域集中在泄漏源下方附近區域。1.8m安裝高度點火實驗2.

20、2m安裝高度點火實驗臨界泄漏量研究背景 R290的特性 R290房間空調器安全性問題 R290房間空調器泄漏點火實驗 R290房間空調器安全措施 總結匯報大綱匯報大綱1、室內機蒸發器焊接彎頭處是蒸發器最容易發生泄漏部位，必然會在室內機電氣控制設備的周圍形成危險區域，且持續時間長。措施：a、室內機電氣控制設備以及所有的電源接頭應該密封或防爆電器；b、電器盒獨立2、壓縮機室的泄漏點眾多，而且一旦泄漏必然會成為危險區域，而且持續時間長，因此。措施：a、室外機的電氣控制設備必須密封，為保險起見，所有電氣、電線的接頭部位應密封；b、建議在壓縮機室底部開設一定面積的排放孔。3、室外機冷凝器U形管彎頭的泄漏

21、有可能會在室外機風機電機周圍形成危險區域，因此室外機風機電機的電線接頭等易形成電火花的部位連接牢固或密封。4、減少房間空調器的制冷劑充注量。兩器采用小管徑換熱器（最典型的7mm 5mm，更??？）5、高壓側設電磁閥、低壓側設單向閥6、良好的控制策略。研究背景 R290的特性 R290房間空調器安全性問題 R290房間空調器泄漏點火實驗 R290房間空調器安全措施 總結匯報大綱匯報大綱R290制冷劑：制冷劑：A3類，無毒但可燃，燃燒產物無危害；類，無毒但可燃，燃燒產物無危害；R290制冷劑密度小、粘度小，有利于換熱器小管徑化、降低充制冷劑密度小、粘度小，有利于換熱器小管徑化、降低充注量；注量；R2

22、90制冷劑在室內機泄漏時不會形成壓力，室內機電控盒密封制冷劑在室內機泄漏時不會形成壓力，室內機電控盒密封可以防止泄漏的可以防止泄漏的R290進入；進入；R290制冷劑在壓縮機室泄漏時，在開有排放孔前提下，也不會制冷劑在壓縮機室泄漏時，在開有排放孔前提下，也不會形成壓力，室外機電控盒密封可以防止泄漏的形成壓力，室外機電控盒密封可以防止泄漏的R290進入；進入；室內機泄漏口的下方是室內機泄漏口的下方是R290濃度最容易超過濃度最容易超過LFL的區域，的區域，盡量盡量避免安裝電插座等潛在點火源；避免安裝電插座等潛在點火源；停機條件下，無論室外機還是室內機發生泄漏時，泄漏孔徑大停機條件下，無論室外機還

23、是室內機發生泄漏時，泄漏孔徑大于等于于等于1mm時會發出尖銳的嘯叫聲，可以作為發生泄漏的警示；時會發出尖銳的嘯叫聲，可以作為發生泄漏的警示；房間空調器運行時發生泄漏，由于室內機風機的運行，難以房間空調器運行時發生泄漏，由于室內機風機的運行，難以形成危險區域，是安全的。但房間空調器運行與停機狀態制形成危險區域，是安全的。但房間空調器運行與停機狀態制冷劑的分布是不同的。冷劑的分布是不同的。在室內外機在室內外機高壓（制冷）高壓（制冷）連接管處加裝一個電磁閥連接管處加裝一個電磁閥（或截止（或截止閥等）閥等），停機時停機時關閉該電磁閥可以有效地關閉該電磁閥可以有效地阻止高壓側（尤其阻止高壓側（尤其是冷凝

24、器）制冷劑在壓差作用下流入室內側蒸發器，顯著是冷凝器）制冷劑在壓差作用下流入室內側蒸發器，顯著提提高高R290房間空調器的安全性。房間空調器的安全性。房間空調器采用滾動轉子式壓縮機，停機后（尤其是較長時房間空調器采用滾動轉子式壓縮機，停機后（尤其是較長時間）間）室外機中的室外機中的R290仍可以通過壓縮機內部的間隙遷移到室仍可以通過壓縮機內部的間隙遷移到室內機中并泄漏到房間中去，內機中并泄漏到房間中去，在壓縮機吸氣口設置單向閥等截在壓縮機吸氣口設置單向閥等截斷閥，克完全避免高壓側制冷劑通過壓縮機間隙漏到低壓側斷閥，克完全避免高壓側制冷劑通過壓縮機間隙漏到低壓側的風險；的風險；房間空調器良好的控制策略可有效提高房間空調器的安全性；房間空調器良好的控制策略可有效提高房間空調器的安全性；室內機具有一定的內容積，在前述措施的前提下，停機時關室內機具有一定的內容積，在前述措施的前提下，停機時關閉室內機出風口，可有效提高空調器的安全性。閉室內機出風口，可有效提高空調器的安全性。5.1g,10s謝謝！