金梧鳳，賈利芝，張燕

?

空調(diào)送風速度和送風角度對可燃性冷媒R32泄漏擴散規(guī)律的影響

金梧鳳1，賈利芝1，張燕2

（1天津商業(yè)大學天津市制冷技術(shù)重點實驗室，天津300134；2北京清華同衡規(guī)劃設計研究院，北京100085）

R32以其良好的熱力性能和環(huán)保特性成為了極具潛力的替代制冷劑，然而其可燃性制約了它的廣泛應用。從可燃性冷媒R32的泄漏擴散對室內(nèi)安全性影響的角度出發(fā)，采用實驗研究的方法，探索空調(diào)運行條件下制冷劑泄漏規(guī)律及空調(diào)送風速度和送風角度對室內(nèi)R32濃度分布的影響。分析結(jié)果表明，空調(diào)運行時制冷劑泄漏速率隨時間逐漸降低，泄漏過程可以分為高速泄漏階段和低速泄漏階段；分析空調(diào)送風速度和送風角度對室內(nèi)R32濃度分布的影響，得到不同送風工況下室內(nèi)R32的濃度分布規(guī)律；對制冷劑泄漏條件下室內(nèi)環(huán)境安全性進行評價，結(jié)果表明在R32開始泄漏的很短時間內(nèi)，泄漏口附近出現(xiàn)可燃區(qū)域，但可燃區(qū)域滯留時間很短，危險性較小。

R32；泄漏；送風速度；送風角度；對流作用；擴散；安全性

引 言

隨著一系列環(huán)境問題的凸顯，使得常規(guī)制冷劑如CFCs類和HCFCs類制冷劑先后被納入了禁止使用的行列。為了減少制冷空調(diào)行業(yè)對大氣環(huán)境的不良影響，氟里昂制冷劑的淘汰和替代成為研究的熱點。傳統(tǒng)制冷劑R22的替代物主要有以下幾種[1-3]：R410A、R290、R32、R407C、R125和R1234yf等。將其與R22的熱工性能相比，可以發(fā)現(xiàn)各替代制冷劑的COP都沒有超過R22，但R32具有一定優(yōu)勢。R32的臭氧破壞潛能值（ODP）為0，全球氣候變暖潛能值（GWP）僅是R410a的1/3，且R32的單位容積制冷能力較高，相同制冷量下R32制冷劑充注量僅是R22的57%。然而由于R32的可燃性，在使用中存在著火的危險，制約了它的廣泛應用。R32以其環(huán)保性和良好的熱力性能成為最具潛力的替代制冷劑。因此，對R32制冷劑在使用過程中的安全性的研究成為焦點。

目前國內(nèi)外學者已針對可燃性冷媒泄漏擴散問題開展了泄漏擴散模型、泄露擴散后房間濃度分布以及對其安全性評價3方面的研究?，F(xiàn)將國內(nèi)外研究進展和動態(tài)總結(jié)如下。

（1）對制冷劑泄漏模型的研究。楊昭等[4-5]對制冷劑動態(tài)泄漏模型進行了研究。分析了各因素對制冷劑泄漏的影響。通過求解模型的解析解和數(shù)值解，分析有限時間泄漏擴散的濃度分布。

（2）對制冷劑泄漏擴散室內(nèi)濃度分布的研究。李廷勛等[6-7]對房間空調(diào)器中R290制冷劑在室內(nèi)泄漏進行了實驗研究，實驗中制冷劑泄漏量保持恒定。文中分析了泄漏速度和泄漏口位置等因素對制冷劑泄漏和室內(nèi)濃度分布的影響。劉知新等[8]通過實驗研究了家用空調(diào)器停機時R290制冷劑泄漏擴散規(guī)律，指出在關(guān)機狀態(tài)下最大泄漏率大于800 g·min-1時，空調(diào)器正下方短時間內(nèi)存在高濃度區(qū)域，可能會發(fā)生危險。Li等[9]通過模擬柜式和壁掛式空調(diào)器制冷劑泄漏時室內(nèi)濃度分布，對比兩者發(fā)現(xiàn)當柜式空調(diào)發(fā)生制冷劑泄漏時，會在房間下部產(chǎn)生集聚，而上部空間安全；壁掛式空調(diào)器發(fā)生制冷劑泄漏后出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，房間中部濃度最低。張網(wǎng)等[10]對空調(diào)室內(nèi)機制冷劑定流量泄漏進行實驗研究，指出可燃區(qū)出現(xiàn)在泄漏口附近，可燃區(qū)域范圍很小且僅僅出現(xiàn)在泄漏過程中；設備安裝高度對室內(nèi)濃度分布影響很大。徐帥帥等[11]通過模擬室外機在有空調(diào)送風房間發(fā)生制冷劑泄漏，分析了新風送風速度和泄漏速率對室內(nèi)R32濃度分布的影響。

（3）對制冷劑泄漏擴散及安全性評價的研究。Colbourne等[12-13]介紹了一種定量風險評估（QRA）模型，用來評價碳氫化合物制冷劑在儲存和設備靜止時發(fā)生著火的可能性。田貫三等[14]對可燃制冷劑泄漏及爆炸危害評價進行研究，結(jié)果表明在小型空調(diào)器中使用可燃性制冷劑危險性很小，當室內(nèi)存在有效點火源時可能會發(fā)生火災。Zhang等[15]對R290制冷劑泄漏進行研究，得到當泄漏點附近有火源時制冷劑泄漏會發(fā)生著火。如果室內(nèi)機塑料外殼被引燃，將會產(chǎn)生濃煙，對室內(nèi)人員安全影響嚴重。Cheong等[16]利用示蹤氣體和靜壓差法，檢測室內(nèi)氫氟烴制冷劑濃度。Yajmar等[17]對比分析了R290、R32、R1234fy可燃制冷劑的熱力性能以及火焰?zhèn)鞑ヌ匦?。實驗結(jié)果表明R32制冷劑遇明火可燃，與R290制冷劑相比，其火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢，著火危險性較低。Eiji等[18]對微可燃性冷媒的安全性進行研究，通過模擬和實驗研究不同類型空調(diào)制冷劑泄漏擴散特性，實驗表明壁掛式空調(diào)發(fā)生泄漏時地板附近制冷劑濃度沒有達到可燃下限LFL，而柜式空調(diào)發(fā)生泄漏時地板附近濃度則超過可燃上限UFL。Andrew[19]對采用可燃性冷媒的冰箱進行測試，分析系統(tǒng)壓力以及制冷劑泄漏時室內(nèi)制冷劑濃度分布情況。Liu等[20]通過模擬分析泄漏速率、新風量等對室內(nèi)R290濃度分布的影響，模擬結(jié)果表明泄漏率增加時著火危險性增加；相反隨著新風量的增加室內(nèi)R290濃度降低，房間內(nèi)發(fā)生著火的危險性降低。劉全義等[21]對數(shù)值模擬進行改進，通過自定義泄漏曲線來接近實際運行工況，分析排風口位置對制冷劑泄漏形成濃度場的影響。結(jié)果表明對于重質(zhì)氣體泄漏，排風口設在房間下部能夠有效降低室內(nèi)重質(zhì)可燃氣體濃度。

從研究現(xiàn)狀來看，對可燃性冷媒泄漏擴散的研究以數(shù)值模擬和理論分析為主，進行實驗測試的較少，且目前的研究多是在維持泄漏量為定值情況下進行。而空調(diào)運行時制冷劑發(fā)生泄漏，泄漏口處壓力會隨泄漏的進行和空調(diào)壓縮機的壓縮而改變，制冷劑泄漏速率是隨時間變化的。因此，采用定流量的方法研究制冷劑泄漏擴散規(guī)律與實際運行條件下制冷劑泄漏擴散規(guī)律存在著一定差別。因此，本文研究空調(diào)實際運行時可燃性冷媒R32泄漏和擴散規(guī)律，對R32制冷劑的安全使用和事故預防具有重要意義。

1 實驗裝置與實驗內(nèi)容

1.1 實驗裝置介紹

實驗室為3.9 m×2.9 m×2.75 m的房間，室內(nèi)側(cè)墻2.2 m高處安裝一臺壁掛式空調(diào)器。根據(jù)天津地區(qū)氣象參數(shù)計算選型，選擇一臺制冷量為3500 W、送風量600 m3·h-1的壁掛式空調(diào)器。空調(diào)送風速度分為低、中、高3檔，根據(jù)實際測量3檔的送風速度分別為3.8、5.8、7.6 m·s-1。送風角度（送風百葉與水平面之間所成的銳角如圖1所示）根據(jù)實際測量分別為25°、34°、43°。

空調(diào)室內(nèi)機和室外機由Z型支架進行固定，并將Z型支架安放在電子秤上，用于監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量變化。通常情況下，制冷劑在室內(nèi)泄漏發(fā)生在蒸發(fā)器入口管或蒸發(fā)器出口管與蒸發(fā)器的焊接處，泄漏口一般為條縫或孔口。本實驗對制冷劑在蒸發(fā)器出口泄漏進行研究，在蒸發(fā)器出口管連接一個三通，將分出的支管伸入室內(nèi)，模擬蒸發(fā)器出口孔口泄漏。該支管位于=0.23 m平面內(nèi)并與墻壁之間成約60°夾角，實驗中通過安裝在支管上的閥門控制泄漏口的開關(guān)。本次實驗所用支管管內(nèi)徑8 mm，泄漏閥閥芯通徑約為5 mm，閥門開度維持在全開的1/8(全開需要轉(zhuǎn)動8格，實驗中只開啟1格)，泄漏閥連接位置和泄漏口朝向見圖1。實驗中所用設備和儀器參數(shù)見表1。

表1 實驗設備儀器參數(shù)

Table 1 Equipment and instrument parameters

1.2 實驗內(nèi)容

為探索不同空調(diào)送風條件下制冷劑泄漏擴散規(guī)律。實驗中通過改變送風速度和送風角度，研究不同條件下，制冷劑泄漏變化規(guī)律以及室內(nèi)制冷劑濃度分布。實驗中通過電子秤檢測制冷劑泄漏變化規(guī)律。為了監(jiān)測室內(nèi)可燃性冷媒R32的濃度變化，在泄漏口正對面處布置測點6，在=0.58 m平面不同位置處布置5個測點(1～5)，測點布置如圖2所示。在各測點處分別固定一個R32氣體濃度探測儀，監(jiān)測室內(nèi)R32濃度變化規(guī)律。

實驗步驟如下：首先給空調(diào)器充注制冷劑，由于制冷劑充注受到環(huán)境影響因此每次充注并不完全一樣，保持在780 g±70 g。其次，調(diào)整空調(diào)運行狀態(tài)至實驗工況，為了得到穩(wěn)定的流場，維持空調(diào)運行狀態(tài)30 min左右。當室內(nèi)流場穩(wěn)定后開啟制冷劑泄漏閥，閥門開度為全開的1/8。在泄漏開始后25 min左右制冷劑泄漏完畢，泄漏完成后仍保持室內(nèi)送風不變運行1 h，使室內(nèi)制冷劑與空氣充分混合。實驗中通過改變空調(diào)送風速度和送風角度，觀察不同送風工況下室內(nèi)R32濃度分布。

2 實驗結(jié)果及分析討論

2.1 空調(diào)運行時制冷劑泄漏變化規(guī)律

圖3為空調(diào)送風角度25°時，不同送風速度下R32的泄漏規(guī)律。由圖3可以看出：在R32開始泄漏的前8 min制冷劑的泄漏量為充注量的80%左右，泄漏速率達到71.1 g·min-1，該階段稱為高速泄漏階段。8 min之后至泄漏完成為低速泄漏階段，泄漏速率約為6.52 g·min-1。這是由于在泄漏初期泄漏口處壓力較高，且壓縮機運行不斷補充泄漏口處壓力；隨著制冷劑泄漏的進行，泄漏口處壓力逐漸減小。因此，在泄漏初期速度較快，隨著時間的推移制冷劑泄漏速度逐漸減小。當泄漏口處制冷劑壓力與環(huán)境壓力一致時，制冷劑完成泄漏。

由以上分析可以看出在空調(diào)運行時R32泄漏速率隨泄漏的進行逐漸下降；從整體上看空調(diào)運行時制冷劑泄漏過程分為兩個階段：高速泄漏和低速泄漏階段。

2.2 空調(diào)運行時制冷劑擴散規(guī)律

根據(jù)實驗中對制冷劑泄漏量變化的記錄，可以看出制冷劑在開始泄漏后25 min左右完成泄漏，25～100 min之間僅空調(diào)室內(nèi)機風機運行，制冷劑不再泄漏。因此，制冷劑的擴散可以分為泄漏擴散和對流擴散兩個階段。根據(jù)泄漏規(guī)律及R32較空氣重的物理特性，本文分析了不同空調(diào)送風條件下泄漏口附近測點6的濃度變化，及=0.4 m垂直面和=1.0 m處水平面濃度分布規(guī)律。

2.2.1 送風速度對室內(nèi)R32濃度分布的影響 以下為送風角度25°空調(diào)送風速度分別為3.8、5.8、7.6 m·s-1時，室內(nèi)各點濃度變化規(guī)律。首先，分析泄漏口附近測點6的濃度變化規(guī)律(圖4)。由圖4可以看出：在泄漏擴散階段，測點6處濃度逐漸升高，隨著制冷劑泄漏速度減慢，送風氣流的擾動和沉降的共同作用，測點6處濃度迅速下降并趨于穩(wěn)定；不同送風速度下，各點最大濃度及充分對流后各點濃度值見表2。由表2和圖4可得測點6最大濃度16.09vol%，達到可燃下限濃度[LFL=14%(體積)]的114.9%；與其他測點濃度變化規(guī)律相比，測點6處制冷劑濃度最先開始升高，且濃度變化劇烈，最大濃度比其它各點大很多，這是由于測點6位于泄漏口正對面，對制冷劑泄漏響應較快。

其次，分析=0.4 m平面上制冷劑濃度分布，如圖5所示。由圖5和表2可以看出：在濃度最大時刻，測點2處制冷劑濃度較低，僅為可燃濃度下限的11.7%，測點3和測點1處制冷劑濃度分別為R32可燃下限的17.1%和15.7%（表2）；由于送風氣流和沉降的共同作用，測點3較測點1處R32濃度高約0.20%，高出1點濃度的8.7%。由于空調(diào)送風的對流擴散作用，對流擴散階段各點濃度比最大濃度下降54.5%；對比3個測點可以發(fā)現(xiàn)測點2濃度下降速率較低，造成這一結(jié)果的原因，一是測點2處起始濃度最低，二是測點2位于送風死角，送風對濃度變化影響微弱；測點3比測點1處制冷劑濃度下降速率略高，在對流擴散結(jié)束時刻，空調(diào)送風速度3.8、5.8、7.6 m·s-1時測點3與測點1間濃度差分別為-0.007%、0.054%、0.042%，高出測點1濃度的-0.8%、4.3%、5.1%，這是由于送風速度有向下的分量，導致在對流擴散作用下整體濃度差異減小，但送風速度越大對流擴散結(jié)束時刻垂直方向上濃度差與上部濃度的比值越大。

表2 不同送風速度下典型時刻各點濃度

Table 2 Concentration at typical times of different air velocities

最后，分析位于=1.0 m水平面上濃度變化規(guī)律。圖6為送風角度25°，不同送風速度下測點2、測點4、測點5濃度變化規(guī)律。由圖6可以看出，在濃度最大時刻，測點2濃度最低，測點4與測點5處制冷劑濃度約為可燃濃度下限的18.7%和15.9%（表2）；由于制冷劑射流沿程不斷卷吸空氣以及濃度差射流的彎曲作用使得制冷劑濃度沿程減小，測點4處比測點5處的制冷劑濃度高約0.39%，高出測點5處濃度的17.1%；隨著送風速度的增加測點5與測點4間濃度差先增加后減小，這是由于送風加劇了制冷劑射流卷吸周圍空氣，增加了濃度衰減，隨著送風速度進一步增加制冷劑與空氣混合更加充分，濃度差逐漸減小。在對流擴散階段，各點濃度相比于最大濃度約下降54.1%；對比測點2、測點4、測點5處制冷劑濃度變化，可以發(fā)現(xiàn)位于送風死角的測點2濃度下降較慢，測點4處制冷劑濃度下降速率略高于測點5，這是由于測點4位于室內(nèi)送風主流區(qū)，對流擴散作用明顯；在對流擴散結(jié)束時測點4與測點5間濃度差下降為0.11%，仍高出測5點濃度的9.9%，這是由于在對流擴散階段對流起主要作用，使室內(nèi)制冷劑濃度分布更加均勻。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)室內(nèi)機蒸發(fā)器出口發(fā)生泄漏時，在泄漏擴散階段室內(nèi)機附近垂直方向上制冷劑發(fā)生集聚，房間下部濃度比房間上部制冷劑濃度高約8.7%；在水平方向上室內(nèi)主流區(qū)測點4的濃度比遠處測點5的濃度高約17.1%。從各點最大濃度來看，除泄漏口附近測點濃度超過可燃下限外，雖然房間下部及送風主流區(qū)制冷劑濃度較高，但房間下部最大制冷劑濃度（以測點3為例）僅是可燃濃度下限的20.8%，房間送風主流區(qū)最大濃度（以測點4為例）僅是可燃濃度下限的22.1%，安全性較高，房間其他位置處濃度更低，更為安全。在對流擴散階段送風氣流擾動使得各點制冷劑濃度下降50%左右，安全性進一步提升；受對流擴散作用的影響水平和垂直方向測點間濃度差也隨之減?。坏惋L速度越大對流擴散結(jié)束時刻垂直方向上濃度差與上部濃度的比值越大。

2.2.2 送風角度對室內(nèi)R32濃度分布的影響 以下為送風速度7.6 m·s-1送風角度分別為25°、34°、43°時室內(nèi)各測點制冷劑濃度變化規(guī)律。首先分析泄漏口附近測點6處濃度變化規(guī)律。由圖7可以看出：在開始階段測點6的制冷劑濃度迅速升高，隨著制冷劑泄漏速度減慢和送風氣流的擾動，其濃度迅速下降并趨于穩(wěn)定。不同送風角度下各點最大濃度和對流擴散結(jié)束時制冷劑濃度值列入表3。由圖7和表3可以看出測點6處最大濃度約為16.82%，超過了可燃下限20.1%，比其他測點濃度大很多，且濃度變化劇烈，這是由于測點6位于泄漏口正對面，對制冷劑泄漏的響應較快。

表3 不同送風角度下典型時刻各點濃度

Table 3 Concentration at typical times of different air supply angles

其次，分析=0.4 m平面上濃度分布。圖8為送風速度7.6 m·s-1送風角度分別為25°、34°、43°時測點1～3的濃度變化規(guī)律。由圖8可以看出：不同送風角度下同一個測點的R32濃度上升速率相近，達到穩(wěn)定時受各工況泄漏量差異的影響其濃度略有差異；由表3和圖8看出在最大濃度時刻，3種送風角度下測點2的平均濃度約為可燃濃度下限的11.7%，測點3與測點1處平均濃度為可燃濃度下限的18.0%和16.9％，測點3處制冷劑濃度比測點1平均高約0.15%，超過測點1處濃度的6.5%。在對流擴散階段，隨著對流擴散的進行，各點濃度比最大濃度下降約59.4%；送風死角處測點2濃度下降速率較低，測點3處制冷劑濃度下降速率比測點1略快；在對流擴散結(jié)束時，測點3比測點1的濃度平均高約為0.07%，高出測點1處濃度的2.86%。

最后，分析位于=1.0 m水平面濃度變化規(guī)律。圖9為送風速度7.6 m·s-1不同送風角度下測點2、測點4、測點5的濃度變化規(guī)律。對比這3個測點可以發(fā)現(xiàn)，在濃度最大時刻，位于送風死角的測點2濃度較低，其平均濃度約為LFL的11.7%；測點4和測點5的平均濃度約是LFL的19.5%和16.8%；由于制冷劑射流沿射程增加不斷卷吸空氣以及濃度差射流的彎曲的作用，導致測點4處濃度比測點5處制冷劑濃度高約0.37%，超出測點5濃度的13.8%。隨著對流擴散的進行，各測點的濃度逐漸減小，位于但送風死角的測點2濃度下降較慢，位于室內(nèi)送風主流區(qū)的測點4處濃度下降速率略大于測點5，對流擴散結(jié)束時刻各點濃度約是最大濃度的58.4%；隨著對流擴散的進行測點4與測點5間濃度差也逐漸減小。對流擴散結(jié)束時刻，送風角度25°、34°、43°測點4與測點5處濃度差分別為0.07%、0.08%、0.12%，這是由于送風角度的增加導致送風氣流的彎曲，使得測點4與測點5間濃度差增大。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)室內(nèi)機蒸發(fā)器出口發(fā)生泄漏時，在泄漏擴散階段室內(nèi)機附近垂直方向上制冷劑發(fā)生集聚，房間下部濃度比房間上部濃度高約6.5%；在水平方向上，室內(nèi)主流區(qū)測點4的濃度比遠處測點5的濃度高約13.8%。從最大濃度來看，除泄漏口附近測點外，房間下部及送風主流區(qū)制冷劑濃度較高，但房間下部R32最大濃度僅是可燃濃度下限的20.1%，房間送風主流區(qū)最大濃度僅是可燃濃度下限的21.6%，安全性較高，房間其他位置處濃度更低，更為安全。在對流擴散階段，送風氣流擾動使得各點制冷劑濃度比最大濃度降低約59.0%左右，安全性進一步提升；隨著對流擴散的進行，水平和垂直方向測點間濃度差隨之減小；而送風角度的增加使對流擴散結(jié)束時水平方向濃度差增大。

2.3 空調(diào)運行工況下R32制冷劑的安全性評價

由表2和表3可以發(fā)現(xiàn)除泄漏口正對面的測點6外，室內(nèi)各測點的最大濃度均不超過制冷劑R32可燃濃度下限，這是由于制冷劑泄漏口局部必然會出現(xiàn)可燃區(qū)域；泄漏口正對面的測點6受制冷劑泄漏變化規(guī)律影響最大，變化最為劇烈，在開始泄漏后的很短時間內(nèi)達到R32的可燃范圍。實驗各工況中測點6的最大濃度以及在可燃范圍內(nèi)滯留時間列在表4中。實驗中室內(nèi)機下方送風死角處測點2的濃度最小，實驗各工況下測點2的最大濃度約為1.83%，僅是R32可燃下限的13.1%。室內(nèi)人員活動區(qū)濃度最大點為測點4，最大濃度約為3.02%，僅是R32冷媒可燃下限的21.6%。由表2～表4可以看出只有位于泄漏口對面的測點6的濃度達到可燃范圍，但其在可燃范圍內(nèi)停留的時間僅有77 s左右，發(fā)生著火的可能性不大；同時，制冷劑發(fā)生著火，除應滿足濃度在可燃范圍內(nèi)，還應滿足點火源能量大于R32的最小點火能、空氣速度小于R32的燃燒速度。由于泄漏口位于房間的上部，在該位置滿足著火所需的條件相對而言較為困難。

表4 各工況下室內(nèi)出現(xiàn)可燃區(qū)情況

Table 4 Combustible zone of different conditions

綜上所述可以認為在空調(diào)運行時R32制冷劑發(fā)生泄漏，危險性較低。即便制冷劑泄漏著火也只存在泄漏口附近局部區(qū)域，不會發(fā)生在室內(nèi)人員活動區(qū)域。因此，以R32制冷劑為冷媒的家用空調(diào)器在運行工況下有一定的安全性。

3 結(jié) 論

通過實驗研究的方法，探索空調(diào)運行時R32制冷劑泄漏擴散規(guī)律，并分析空調(diào)送風速度和送風角度對室內(nèi)R32濃度分布的影響，得到以下結(jié)論。

（1）空調(diào)運行條件下隨制冷劑泄漏的進行泄漏速率逐漸下降；泄漏過程分為高速泄漏階段和低速泄漏兩個階段，泄漏速率分別為71.1 g·min-1和6.52 g·min-1。

（2）空調(diào)室內(nèi)機發(fā)生制冷劑泄漏時，泄漏口附近制冷劑濃度最高，可能達到可燃范圍；房間下部以及送風主流區(qū)濃度較高，但其濃度僅為可燃濃度下限的15%～20%，較安全；經(jīng)過對流擴散后，室內(nèi)各點濃度較最大濃度下降約50%，室內(nèi)安全性進一步提高。

（3）空調(diào)運行時R32發(fā)生泄漏，室內(nèi)R32濃度分布是對流、擴散和沉降共同作用的結(jié)果。在泄漏擴散階段不同位置處制冷劑濃度大小主要由制冷劑射流與送風氣流共同決定；在垂直方向上R32制冷劑集聚在房間下部，水平方向制冷劑濃度沿程衰減。在對流擴散階段，室內(nèi)R32濃度分布由對流擴散作用決定；室內(nèi)不同測點間濃度差在對流擴散的作用下逐漸減小。送風速度越大，對流擴散結(jié)束時刻垂直方向上濃度差與上部濃度的比值越大；隨著送風角度的增加使得對流擴散結(jié)束時水平方向上制冷劑濃度差增大。

（4）當室內(nèi)機蒸發(fā)器出口發(fā)生制冷劑泄漏時，泄漏口附近的局部區(qū)域制冷劑濃度在可燃范圍內(nèi)。實驗中只有測點6在可燃范圍內(nèi)，但從測點6在可燃區(qū)內(nèi)滯留時間來看，發(fā)生著火的危險性不大。

符 號 說 明

end——對流擴散結(jié)束時制冷劑濃度值，%

max——制冷劑最大濃度值，%

D——制冷劑最大濃度時刻與對流擴散結(jié)束時刻相對濃度差，%

start——制冷劑開始泄漏時刻，s

sustain——在可燃范圍內(nèi)持續(xù)的時間，s

References

[1] Atul S Padalkar, Kundlik V Mali, Sukumar Devotta. Simulated and experimental performance of split packaged air conditioner using refrigerant HC-290 as a substitute for HCFC-22 [J].2014, 62: 277-284.

[2] Dalkilic A S, Wongwises S. A performance comparison of vapour-compression refrigeration system usingvarious alternative refrigerants [J]., 2010, 37: 1340-1349.

[3] Devotta S, Waghmare A V, Sawant N N, Domkundwar B M. Alternatives to HCFC-22 for air conditioners [J]., 2001, 21: 703-715.

[4] Yang Zhao(楊昭), Peng Jijun(彭繼軍), Zhang Furen(張甫仁). Dynamic process analysis of pure refrigerant leakage from a tin [J].(流體機械), 2006, 34(1): 63-68.

[5] Yang Zhao(楊昭), Peng Jijun(彭繼軍), Zhang Furen(張甫仁). Finite-time diffusion models of leaked refrigerant [J].(天津大學學報), 2006, 39(6): 657-662.

[6] Li Tingxun(李廷勛), Liang Jierong(梁杰榮). Testing research on indoor R290 RAC leakage// 2010 China Household Electrical Appliances Technology Conference[C]. Hefei, 2010.

[7] Li Tingxun. Indoor leakage test for safety of R-290 split type room air conditioner [J]., 2014, 40: 380-389.

[8] Liu Zhixin(劉知新), Guo Chunhui(郭春輝), Liu Chang(劉暢), XuChen(許晨), XuYong’en(徐永恩). Experimental research on leakage and security of R290 household air conditioner [J].(制冷空調(diào)), 2010, 10(5): 49-51.

[9] Li Yunong, Tao Junjun, Han Yuchong, Han Xue, Qin Jun. Numerical and experimental study on the diffusion property of difluoromethane (HFC-32) in leakage [J]., 2014, (71): 34-43.

[10] Zhang Wang(張網(wǎng)), Yang Zhao(楊昭), Wang Jie(王婕), Lü Dong(呂東), ZhongZhifeng(鐘志鋒). Leakage research of split-type air-conditioner using R290 as refrigerant [J].(制冷學報), 2013, 34(6): 42-47.

[11] Xu Shuaishuai(徐帥帥), Zhong Maohua(鐘茂華), Shi Congling(史聰靈), Liu Shuangqing(劉雙慶).Analysis on risks by leakage of HFC-32 refrigerant [J].(中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)), 2014, 10(4): 69-73.

[12] Colbourne D, Suen K O. Appraising the flammability hazards of hydrocarbon refrigerants using quantitative risk assessment model(Ⅰ): Modelling approach [J]., 2004, 27: 774-783.

[13] Colbourne D, Suen K O. Appraising the flammability hazards of hydrocarbon refrigerants using quantitative risk assessment model(Ⅱ): Model evaluation and analysis [J].2004, 27: 784-793.

[14] Tian Guansan(田貫三), Yang Zhao(楊昭), Liu Wanfu(劉萬福), Ma Yitai(馬一太). Analysis and assessment on the explosive hazards of leakage flammable refrigerants[J].(安全與環(huán)境學報), 2001, 1(6): 39-43.

[15] Zhang Wang, Yang Zhao, Li Jin, Ren Changxing, Lv Dong, Wang Jie, Zhang Xin, Wu Wei. Research on the flammability hazards of an air conditioner using refrigerant R-290 [J]., 2013, 36: 1483-1494.

[16] Cheong K W, Riffat S B. Monitoring hydrofluorocarbon refrigerant leakage from air-conditioning systems in buildings [J]., 1996, 53:341-347.

[17] Yajmar, Moriwaki M, Sugawa O, Imamura T. Experimental safety evaluation on flammability of R32 refrigerant// International Congress of Refrigeration[C]. Pragwe,2011.

[18] Eiji Hihara, Tatsuhito Hattori. Progress of the University of Tokyo//Risk Assessment of Mildly Flammable Refrigerants 2012 Progress[C]. Tokyo, 2013: 13-29.

[19] Andrew Gigiel. Safety testing of domestic refrigerators using flammable refrigerants [J]., 2004, 27: 621-628.

[20] Liu Quanyi, Zhang Hui, Liu Yi, Huang Hong, Zhang Xiaole, Li Zhipeng, Yao Wei. Influencing factors of flammable refrigerants leaking in building air conditioning system [J]., 2013, 62: 648-654.

[21] Liu Quanyi (劉全義), Zhang Hui (張輝), Liu Yi(劉奕), Li Zhipeng (李志鵬). Concentration distribution of leaking flammable refrigerants from building air conditioning systems [J]..:(清華大學學報:自然科學版), 2013, 53(9): 20-26.

Effect of air supply velocity and angle on R32 leakage and diffusion

JIN Wufeng1, JIA Lizhi1, ZHANG Yan2

（1Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China;2Tsinghua Tong Heng Planning Design and Research Institute, Beijing 100085, China）

With good thermal performance and environmental characteristics, R32 is a candidate for replacement of R22, but it is not adopted because of its slight flammability. This paper, in the view of indoor security, analyzes the leakage variation and the effect of supply air velocity and angle on the concentration distribution when the refrigerant leaks from the indoor unit with the air conditioner operating. The experimental results show that the refrigerant leakage rate decreases with time when the air-conditioning system works. The refrigerant leakage can be classified into two stages, fast leak and slow leak. Indoor environment security is evaluated and the results show that the combustible zone only appears near the leakage hole and its residence time is very short. Thus the risk level of using R32 as the refrigerant of air conditioner is low with the air conditioner operating.

R32；leakage；supply air velocity；supply air angle；convection；diffusion；security

10.11949/j.issn.0438-1157.20141782

TQ 021.4

A

0438—1157（2015）06—2351—08

2014-12-02收到初稿，2015-03-19收到修改稿。

聯(lián)系人及第一作者：金梧鳳（1964—），男，博士，副教授。

天津市創(chuàng)新團隊項目（TD12-5048）。

2014-12-02.

JIN Wufeng, kob@tjcuu.edu.cn

supported by the Tianjin Innovative Research Groups (TD12-5048).