多联机空调系统制冷剂泄漏安全性研究
通过对多联机空调系统制冷剂的泄漏、在室人员安全等问题的分析研究，给出了关于多联机空调系统室外机选型的建议。
0 概述
目前，多联式空调系统以其设计施工简便、使用灵活方便、运行节能、功能强大、可靠性高等大量优点在工程中得到日益广泛的应用。但是，由于对多联机的特点和使用条件经验不足，出现了一些设计不合理的情况，例如在一些工程中使用了大匹数的室外机(如48HP)连接数量众多的小匹数室内机。这种设计配置除了运行效率低下的问题外还存在着使用安全性的问题，即：制冷剂泄露时封闭的室内环境人员的安全性的问题。
1 制冷剂泄漏国家标准
多联机的常用制冷剂有：R22、R407c和R410a，这三种制冷剂本身是完全安全无毒、非易燃的，但是如果泄露的制冷剂充满房间会使室内停留的人窒息，对此中国及其他多个国家对此有明文规定：
中国国标GB 9237-2001《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》第4.3.1.1原文如下：“第一组 该组的制冷剂是不可燃的，可用于总充装量能满足有关制冷空间要求的系统。当其不超过表3规定时，即使逸出，也不会对周围的环境带来危害。使用直接冷却对有人空间最重要的是安全问题，在6.3中用中毒和窒息危险来限制直接制冷系统的制冷剂量。” 该标准表3中规定R22的实际限值是0.3kg/m3，但没有规定R407c和R410a的实际限值。原文“表3”如下表1所示。
表1 第1组制冷剂实际浓度限值
日本高压气体保护协会KHK制冷和空调设备标准(KHKS0010)指出：R22和R407c在室内空气中的最大浓度均为0.3kg/m3，R410a在室内空气中的最大浓度均为0.44kg/m3。美国和澳大利亚等国家的标准规定与日本相差不大。
2 房间制冷剂限额计算
我们以一个例子来说明如何测定和计算室内空气的泄露制冷剂的最高限额：
假设一间办公室的使用面积为：20 m2，吊顶后的净高为2.5m，净空间体积为：20X2.5=50 m3。经计算，R22、R407c和R410a的泄露制冷剂的最高限额分别为：
R22、R407c：50m3x0.3kg/m3 =15 kg;
R410a：50m3x0.44kg/m3 =22 kg
这就是对该房间所属的空调系统的制冷剂总充装量的限额要求。
由于对总充装量有上述要求，我们用下图来分析如何选择室外机的型号来确保当制冷剂泄露并充满房间不会使室内停留的人窒息(仅分析R410a)：
在图1系统中，箭头表示制冷剂泄漏流动的方向，房间A(使用面积20 m2)发生泄漏，制冷剂全部流到了该房间。根据上面的计算，可知该空调系统的制冷剂总充装量不得超过22 kg(制冷剂为R410a时)。
3 室外机制冷剂充装量
表2 R22制冷剂机组：
|
厂家\充装量 |
系列 |
10HP |
16HP |
20HP |
30HP |
|
日立 |
SETFREE |
11.5kg |
16kg |
22kg |
28.5kg |
|
大金 |
VRV2 |
13.9kg |
18.6kg |
27.8kg |
35.7kg |
|
三菱重工 |
KX2 |
12kg |
17kg |
19kg |
24kg |
表3 R410A制冷剂机组：
|
厂家\充装量 |
系列 |
10HP |
16HP |
20HP |
30HP |
|
日立 |
SETFREE |
9.5kg |
13kg |
19kg |
26kg |
|
大金 |
VRV2 |
8.6kg |
12.4kg |
17.2kg |
24kg |
|
三菱重工 |
KX2 |
14.2kg |
17kg |
19kg |
34kg |
所以，即使忽略由于制冷剂管道长度等原因添加的制冷剂，当空调房间面积小于20 m2时，各厂家的20HP的室外机的出厂充装量也将达到了安全原因而产生的系统总充装量的限额。
对于多联机系统 ，除了室外机出厂的制冷剂充装量以外，很多时候还需要根据管路长短和室内机的数量、型号补充制冷剂。
另外，由于制冷剂比空气重，在某些低洼的地方如地下室，制冷剂有可能停留，这样的地方应该特别注意。
现在在国内销售的变频多联机厂家纷纷推出大匹数的室外机，如48HP的室外机，有的厂家甚至推出了64HP的室外机。这些大匹数室外机的出厂充装量见下表：
表4 R410a制冷剂大匹数机组：
即使不考虑这种大匹数室外机在低负荷长管路下的是否节能的问题，也不考虑一旦室外机故障时维修是否方便、停机区域是否过大的问题，还不考虑大匹数室外机的性能和可靠性(如：油平衡、融霜、气液分流和合流的阻力损失)是否令人满意的问题，但必须考虑室内停留的人的安全问题。
4 系统制冷剂总量计算
多联机系统制冷剂充装量包含三部分：室外机出厂之前已经充装的制冷剂、室内机需要充装的制冷剂和连接室内外管道内需要充装的制冷剂。制冷剂充装只考虑液管的充装量。现已某典型办公平面(如图2)，为例(层高3.2m),计算多联式系统制冷剂总量。
为便于对比分析， 设计不同容量大小的室外机系统，分别计算系统制冷剂充装量。
1) 方案A：整个平面设计一套多联式空调系统，选用48HP室外机，参考某厂家48HP产品资料，计算系统总的制冷剂充装量。系统如图3所示：
在此系统中管道需要充装R410a制冷剂如下表所示：
表5 管道制冷剂充装量
整个系统的充装量=管道充装量33.18kg+室外机已有充装量12.4x3kg=70.38kg。
2) 方案B：整个平面采用两套多联式空调系统，选用24HP室外机，管道连接如图4所示：
系统图如图5所示：
左侧系统中管道需要充装R410a制冷剂如下表所示：
表6 左侧系统管道制冷剂充装量
整个系统的充装量=管道充装量16.78kg+室外机已有充装量8.6+11.6kg=36.98kg。
右侧系统中管道需要充装R410a制冷剂如下表所示：
表7 右侧管道制冷剂充装量
整个系统的充装量=管道充装量14.46kg+室外机已有充装量8.6+11.6kg=34.66kg。
汇总以上计算数据，得出发生泄漏时每个房间制冷剂的泄漏量，如表7所示。
5 分析
根据以上数据，假设房间吊顶后的净高为2.7m，则每个房间的实际泄漏量与容许泄漏量如下表所示：
表8 房间制冷剂泄漏量
由上面计算可以看出，房间A-G在方案A(即使用一台48HP室外机)的情况下制冷剂泄漏量都超过限值，不能满足要求;将室外机改为两台24HP机时(即方案B)，所有房间均能满足安全要求。可见，系统所采用的室外机容量越大，安全性隐患越高。
6 结论
在设计多联式空调系统时，应该充分考虑室外机的大小和制冷剂充装量对室内人员所造成的安全隐患，一般说来，相同容积房间所连接的室外机容量越小，泄漏发生时安全隐患越低。由于泄漏的安全性根据房间容积来计算，故只从泄漏安全方面来说，大容量室外机适合于大面积，大空间的房间，对于小面积房间，不宜使用大匹数的室外机。