在今年秋季由五部分组成的新网络研讨会系列中，AHRI 提供了来自行业专家的小组讨论和演讲，他们概述了该组织的易燃制冷剂研究项目的结果。这项研究始于 2011 年，当时全球要求开始逐步淘汰空调和制冷系统中的高 GWP HFC 制冷剂，这激发了人们对使用低 GWP 制冷剂的兴趣，这些制冷剂也是轻度易燃 (A2L) 或易燃 (A3)。
为了确保安全过渡到这些新制冷剂，AHRI 与 ASHRAE 和能源部等组织合作设计了模拟现实生活条件的测试，以便开发数据和洞察与使用易燃物相关的风险制冷剂。该研究随后被用于为安全标准的技术更新提供信息，这将有助于遵守为逐步减少使用高 GWP 制冷剂而制定的全球法规。
空调制冷剂
Daikin Applied 的工程顾问 Tom Watson 介绍了关于空调应用的会议，并指出 AHRI 的目标是产生公开可用的技术结果，以支持与使用易燃制冷剂相关的规范和标准活动。
“最初，我们调查了全球 100 多个标准活动组织，寻找信息差距和重叠，”他说。“然后我们开发了用于模拟实际应用的测试和测试条件。这包括解决关键要素，例如点火事件的严重性、充注量、制冷剂传感器和缓解技术。”
从 Lennox 退休的机械工程师达奇·乌斯尔顿 (Dutch Uselton) 说，这是一个庞大而广泛的项目。他说，该项目并不仅仅考虑可燃制冷剂;然而，在 2011 年开始研究时，没有可用的 A1 替代品。
“低 GWP、容积容量和可燃性之间存在关系，而具有高容积容量的低 GWP 制冷剂可燃，”他说。“保持系统效率对我们来说也非常重要。如果在努力降低制冷剂的 GWP 的过程中，我们实际上在效率上倒退，那么我们所做的就是转移问题。”
没有人愿意这样做，但由于当时没有可行的 A1 候选产品，重点转移到 A2L，这是一种新型的轻度易燃制冷剂。乌斯尔顿说，它们的燃烧速度低，最小点火能量高，这意味着需要强大的点火源才能点燃它们。
“燃烧速度与火焰蔓延的速度有关，”他说。“为了给您一个想法，我们正在研究火焰传播速度低于每秒 10 厘米的制冷剂，这非常缓慢。它是如此缓慢，以至于当我们与 NIST [美国国家标准与技术研究所] 的人员合作时，他们实际上不得不创建一些新技术来运行测试以确定燃烧速度。”
乌斯尔顿说，最终，工作组想知道的是，如果用于空调目的的一体式设备中使用的 A2L 制冷剂以某种方式被点燃，会发生什么。
“我们对了解严重程度更感兴趣——着火的可能性是一项不同的研究，”他说。“我们确实了解到这种制冷剂很难点燃。我们的实验被设计成很可能会被点燃，因为我们想看看发生了什么。”
Carrier Corp. 的高级研究员 Dick Lord 讨论了基于AHRTI 9008 (PDF)执行的两项应用测试。第一个重点是在暖通空调设备中使用电加热时 A2L 制冷剂泄漏，第二个重点是安装在燃气热水器附近的壁橱中时 A2L 制冷剂泄漏。
“我们发现这些 A2L 制冷剂在暴露于自燃温度 [R-32 的温度为 1198°F] 时不会燃烧，因此我们开发了一种热表面测试程序，该程序基本上可以吹出可燃混合物将制冷剂放在盘子上，看看它是否会点燃，”他说。
为此，他们设计了一个测试台，使用 1.5 吨的管道风机盘管和一个超大的 15 kW 电加热器，Lord 说。为了创造极端的操作条件，安全限位开关被跳过，气流运行远低于允许的气流速率和 UL 认证限制(15 kW 为 775 cfm)。加热器表面温度使用直接连接到加热器线圈的热电偶和校准的红外相机测量。该测试还测量了氢氟酸 (HF) 的存在，它是燃烧的常见副产品。制冷剂泄漏率为每分钟 12 至 18 磅，远远超过测试装置 5 至 6 磅的充注量。
“这是非常、非常极端的测试，看看我们是否可以点火，最重要的是，我们没有点火，”洛德说。“我们确认，表面温度高达 1,700°F 的电加热器线圈不会点燃气流低至 115 cfm/ton 的 A2L 制冷剂，用于典型的吹穿配置。我们还确认，即使温度高于自燃温度 502°F，也不会产生 HF。”
至于第二个测试，如果制冷剂泄漏到带有立式指示灯的燃气热水器附近的壁橱中会发生什么，Lord 说他们测试了 R-32 和 R-1234ze(E)，它们都是 A2L，而 R- 410A，这是一个A1。使用带有立式引燃器但没有阻火器的热水器，并且在加热器外部产生了易燃的化学计量混合物云。
“对于这三种制冷剂，我们看到制冷剂与引火火焰发生反应，并有火焰延伸，但热水器外壁橱中的可燃制冷剂云没有点燃;取而代之的是，热水器排气的诱导效应将燃烧向上拉动了烟囱，“洛德说。
制冷剂
AHRI 研究副总裁王旭东介绍了商业制冷应用分会，指出在过去三年中，AHRI 研究机构——AHRTI(空调、供暖和制冷技术研究所)——进行了多次全房间测试多种类型的展示柜，在多种充注水平和不同场景下使用 A2L 和 A3 制冷剂。
“我们的测试目标是生成结果并向相关标准委员会提供技术数据以更新标准，”他说。
科慕公司 Opteon 制冷剂首席研究员 Stephen Spletzer 讨论了去年完成的AHRTI 9013 (PDF)研究的结果。该研究涉及进行整个房间的测试，以评估四门冷藏展示柜的制冷剂释放的潜在可燃性后果。在测试中，展示柜中装有 R-454C(A2L 制冷剂)或 R-290(A3 制冷剂)。
“这项研究的主要目标之一是使用相同的测试设置和方法，尽可能地对 A2L 与 A3 制冷剂的制冷剂泄漏和点火测试行为进行直接比较， “ 他说。“重要的是要注意，我们所看到的是接近最坏情况的情况，我们试图创造条件来迫使点火发生，看看会发生什么，从中吸取教训，然后将其报告回标准开发过程。我们的主要目标是帮助制定标准。”
Spletzer 说，本研究中使用的充注量和泄漏率因制冷剂特性而异。例如，由于 R-454C 的密度比 R-290 大得多，为了达到体积等效，它在测试中的装料量大约是丙烷的两倍。鉴于 R-454C 的密度较高——大约比 R-290 的密度大三分之二——泄漏率基于阻塞流。至于制冷剂充注，测试使用了每种制冷剂 150 克的基线，因为这是目前在几个安全标准中允许的可燃制冷剂的最大数量。还使用了更大的装料量，其中一项测试包括 1,200 克 R-454C，这是 IEC 60335-2-89 当前允许的 A2L 限制。
“我们对制冷剂进行了 48 次分散测试，这些都是低动量外部释放，基本上模拟了从冷凝装置泄漏到空间中的情况，而不是冷藏柜内的泄漏，”他说。“这些低动量释放是在展示柜的顶部和底部完成的，它们是在四种不同的装药量和三种不同的泄漏率下完成的。他们是在冷凝器风扇打开和关闭的情况下完成的，因此我们可以看到使用空气循环作为缓解措施的影响。”
在总结研究结果时，Spletzer 指出，当使用体积当量装料时，R-454C 形成的易燃浓度比丙烷少，并且没有来自顶部释放或冷凝器风扇打开时。这主要是由于 R-454C 的 LFL 较高。
“与丙烷相比，R-454C 也不太可能被点燃，这主要是因为点燃 A2L 通常需要比 A3 更高的点火能量，”他说。“此外，R-454C 的点火事件严重程度低于丙烷。这适用于体积等效和 LFL 等效电荷大小。我们还发现需要高湿度才能使用 R-454C 产生可持续的点火——在点火器关闭后仍能继续点火。R-454C 需要高电荷、高湿度和湍流的组合才能产生更高后果的点火事件。”
Spletzer 说，这些测试的结果已与致力于制定安全标准的小组共享，例如 IEC 和 CANENA，并可在线获取。
