用于可燃制冷剂空调器测试的焓差试验室设计

用于可燃制冷剂空调器测试的焓差试验室设计

毛建平

珠海格力电器股份有限公司广东省珠海市519070

摘要：房间空调器给人们带来了舒适环境，于是在生产活动和科学实验中起到了越来越重要的作用。空调器在投入市场之前均需相关部门进行严格的检测，所需检测的项目以规定工况下制冷量、制热量为主，同时还包括最大运行制冷（制热）、制冷（制热）消耗功、性能系数（COP）及能效比（EER）等。依据其原理，房间空调器的检测方式可分为三种，焓值法、平衡环境法和风管热平衡法。目前，国内主要采用空气焓值法试验室对空调器进行其性能的测试，该方法测试速度快误差小，于是得到了广泛的应用。

关键词：可燃制冷剂；空调器测试；焓差试验室设计

1、可燃制冷剂制冷系统的应用

1.1可燃制冷剂

传统制冷工业中所使用的制冷剂以CFCs及HCFCs制冷剂为主。这类制冷剂化学性能稳定，具有良好的热物理性质，无毒一系列优点，在制冷工业中得到了广泛的应用。为了保护臭氧层，逐渐开始限制对CFCs的使用，在联合国规划署的推动及组织下，分别于1985年和1987年制定了《维也纳公约》及《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约》。与此同时，HCFCs的温室效应（GWP）值也是很高，促进了全球气候的变暖。为了克服以上困难，推进现代制冷工业的发展，近些年来国内科学家对以碳氢化合物替代CFCs及HCFCs做了大量的研究，并取得了显著的成果。以碳氢化合物做为替代制冷剂的优点在于其热物理性能较稳定、能效比高、对环境没有危害等，同时其显著的缺点就是其可燃易爆性。

1.2防爆措施

企业的安全生产是国家安全生产的重要组成部分。在众多工业生产中，如煤炭、石油、化工、电力、军工、天然气、核工业等，都存在着不同程度的爆炸场所。但是，在生产过程中爆炸危险物品的泄漏又是不可避免的，所以，日常的生产生活过程中，如何做好防爆工作是非常重要的。如今，碳氢化合物制冷剂已在家用空调器中逐渐开始使用，空调器新产品的研发及性能的检测，都要用到焓差试验室。所以，做好空调器焓差试验室的防爆工作是现代制冷工业发展不可或缺的环节。表1为几种可燃制冷剂的分子量及爆炸下限。

2、可燃制冷剂空调器焓差试验室的设计研究

在传统的空调器焓差试验室的基础上进行以下几个方面的设计和改进，使其满足上述可燃制冷剂空调试验室的防爆要求。

2.1电气设计

防爆试验室使用的电源、电气接线盒、拖动电机、照明设备、数据采集和控制系统的设备以及电气连接按照防爆设计要求。

2.2可燃制冷剂浓度监测和强制通风系统设计

试验房间主控制室装有可燃制冷剂浓度测量仪，在测试房间的八个角和被测机工位分别放置一可燃制冷剂浓度探头，实时采集各点可燃制冷剂浓度，并与计算机进行数据交换；计算机将采集到的数据形成记录和报告，当浓度达到设定限值后计算机控制系统将断开试验房间所有电器连接，控制室发出声光报警，强制通风系统自动启动。

强制通风系统由风门、风机及其自动控制系统组成，考虑到可然制冷剂的比重不同，风门分别位于库板房顶部和侧壁下端。

2.3可燃制冷剂空调器试验房间设计

按照中华人民共和国国家标准GB50016-2006《建筑设计防火规范》（以下简称规范），可燃制冷剂空调器焓差试验室的测试房间属于甲类厂房，按照规范其设计应符合以下要求：（1）应采用不发火花的地面。采用绝缘材料作整体面层时，应采取防静电措施。

（2）房间内不宜设置地沟，必须设置时，其盖板应严密，地沟应采取防止可燃制冷剂在地沟积聚的有效措施，且与相邻厂房连通处应采用防火材料密封。

（3）房间的安全出口应分散布置。每个防火分区、一个防火分区的每个楼层，其相邻2个安全出口最近边缘之间的水平距离不应小于5.0m。

（4）应设置泄压设施，泄压设施宜采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等，不应采用普通玻璃；泄压设施的设置应避开人员密集场所和主要交通道路，并宜靠近有爆炸危险的部位；作为泄压设施的轻质屋面板和轻质墙体的单位质量不宜超过60kg/m2；屋顶上的泄压设施应采取防冰雪积聚措施。泄压面积按下式计算：

式中：A-泄压面积，m2；V-厂房的容积，m3；C-厂房容积为1000m3时的泄压比，焓差试验室的房间的长径比小于3，C值取值范围≥0.110m2/m3。

（5）本研究设计的焓差试验室泄压口在房间的顶部，泄压口是整个试验间库板房的最薄弱部位，当可燃制冷剂与空气混合气体因浓度超过限值而发生爆炸时，其爆炸压力可通过泄压口释放，从而降低对人身和设备造成的危害。本研究设计的5HP空调器焓差试验室泄压口的结构形式和尺寸见图1、图2。

2.4可燃制冷剂空调器试验房间空气处理机的再设计

空气处理机用于房间工况的调节，主要有以下几个部分组成：变频调速离心循环风机、压缩冷凝机组、冷盘管、可调加热装置、可调加湿装置。

由于电加热器工作时其表面温度过高，超过可燃制冷剂的自燃温度，因此电加热器只能在非可燃制冷剂空调器测试中使用，不能用于可燃制冷剂空调器的测试，适用可燃制冷剂空调器测试的可调加热装置需要进行重新设计。

通过分析研究，有两种方案能够解决可调加热装置的问题，即蒸汽加热和温水盘管加热。蒸汽加热由于需要安装锅炉，使用成本相对较高，本研究倾向于采用温水盘管加热方案，设计方案如下：考虑到试验室要用于低温测试，故载冷剂使用40-50%乙二醇水溶液。在空气处理机安装表面冷却器，乙二醇水溶液在恒温水箱加热到所需温度后，通过循环水泵送至表面冷却器对房间空气加热；再通过控制乙二醇水溶液流量，对房间温度进行控制。

为了节约能源，恒温水箱乙二醇水溶液通过空气源热泵加热到近设定温度，再通过辅助可调电加热加热至设定温度，即以空气源热泵热水器加热为主，电加热为辅。通过电动三通调节阀调节乙二醇水溶液流量来调节试验房间的供热量，以满足稳定工况的加热需求。

2.5点式红外可燃性气体探测器的使用

可燃性气体发生了泄漏，和空气混合后达到爆炸极限，一旦遇到明火或静电，就有发生爆炸的可能性。当可燃性气体发了泄漏，如果能够及时的发现，将会避免灾难的发生。于是，在对防爆型焓差实验室的设计时，考虑到应用“点式红外可燃性气体探测器”对试验室内可能存在的泄漏可燃制冷剂进行探测。

如果在空调器性能测试过程中，可燃性制冷剂发生了泄漏，当可燃性制冷剂在试验室中达到一定浓度时，可燃性气体探测器就会发出报警信号。PLC就会根据设定好的程序输出一系列控制及报警信号，主要有：PLC向设置在控制室的报警器输出报警信号；打开新风口和排风口，进行通风，降低可燃制冷剂的浓度；切断试验室所有电源，停止正在进行的一切试验活动等。

3、结语

通过对传统空调器焓差试验室进行技术改造和再设计，使其具有防爆能力，以满足可燃制冷剂空调器的测试要求。本研究成果可用于可能产生可燃气体聚集的办公场所，如空调器生产企业的可燃制冷剂灌注车间、检修车间、仓库等的设计；也可用于使用可燃制冷剂空调器的冷库、程控交换机及数据处理中心等房间的设计。

参考文献：

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