随着空调技术的发展和节能环保的要求，空调形式越来越多。尤其多联机空调技术的发展，极大地丰富了空调的种类，也为设计师们提供了更多选择空调形式的余地；随着多联机主机容量的不断增大和有效连接管长的不断增加，以及室内机形式的多样性、安装的灵活性、控制的先进性、高效的节能性等，使其得到了广泛的应用。为了淘汰破坏大气臭氧层的传统制冷剂，制冷剂R134a、R410A等已经大量在空调系统中使用。虽然目前普遍使用的制冷剂R410A具有性能稳定、无毒、不可燃等优点，但是当其泄漏到某一密闭房间超过极限浓度时，仍然会造成人员窒息。因此，制冷剂R410A泄漏的安全性问题，仍然需要重视。
1 空调系统
1.1 工程概况
本工程位于上海市殷行路与淞沪路路口，为一栋公共建筑，主要功能为停车库及酒店。地下一层，地上十一层，总建筑面积为17 592 m2，建筑总高度为47.4 m。其中，地下一层建筑面积2 605 m2，主要为设备用房及管理用房；地上一层至五层为公交场站及停车库；六至十一层为酒店客房区域，酒店客房总建筑面积为5 463.5 m2。每层有20个房间，共有标准客房120间，最小房间净面积为28 m2。酒店客房空调采用多联机+独立新风系统，每层设置一套多联机空调系统，制冷剂采用环保制冷剂R410A。
1.2 空调冷、热负荷
采用专业软件对酒店各个房间夏季空调逐时逐项冷负荷计算和冬季空调供暖热负荷计算，计算结果为：夏季空调总冷负荷（含新风/全热）为593.8 kW，空调冷负荷指标为108.7 W/m2；冬季空调供暖总热负荷（含新风/全热）为448 kW，空调热负荷指标为82 W/m2；夏、冬季新风量均为8 160 m3/h。其中，六层至十一层每层夏季空调平均冷负荷（含新风/全热）为99 kW，包括新风平均冷负荷为18.8 kW；每层冬季空调平均热负荷（含新风/全热）为74.7 kW，包括新风平均热负荷为22.6 kW，夏、冬季新风量均为1 360 m3/h。
1.3 空调形式
根据空调冷、热负荷计算结果，为方便运行管理，客房区域每层为一个空调系统，采用多联机+独立新风系统，夏季供冷，冬季供暖。选择某品牌，每层设1台容量为30 hp的室外主机和1台容量为8 hp的新风室外主机，制冷剂为R410A，室外机均设在屋面平台。客房空调室内机采用风管机。室内新风系统单独设置，采用风管送至每个房间，排风利用客房卫生间排出。冷凝水管就近间接接至卫生间地漏。空调系统详见图1标准层多联机空调系统流程图。
图1 标准层多联机空调系统流程图
2 制冷剂特性及安全要求
2.1 制冷剂特性及允许浓度极限值
上海某酒店多联机空调系统采用制冷剂R410A。制冷剂R410A是由两种准共沸混合物R32和R125各以50%的组分构成。R410A是氢氟烃类（HFCs）制冷剂，具有性能稳定、无毒、不可燃的特点，一般情况下对人体无害。但是，当一套多联机空调系统全部制冷剂泄漏到该系统一间最小密闭房间，该房间内的制冷剂浓度超过允许值时，会导致室内人员发生窒息危险。制冷剂特性详见表1制冷剂R410A特性及允许浓度极限值。
表1 制冷剂R410A特性及允许浓度极限值
2.2 制冷剂泄漏安全条件
对于一个使用制冷剂R410A多联机空调系统的房间，满足以下条件时，房间是安全的，不需要采取任何安全措施：
1）单个多联机空调系统制冷剂填充总量不超过150 kg；
2）单台室内机的额定制冷量小于室外机额定制冷量的25%；
3）空调系统压缩机未安装在室内机中；
4）房间内仅安装该房间容量需要的制冷剂管道，其他制冷剂管道安装在房间空间之外；
5）安装室内机房间的最小建筑面积小于250 m2；
6）室内机的换热器及系统控制设备有防冻坏设计，室内机风扇要有保护或防破损设计，室内机只可用永久性接头；
7）配管要有适当的保护以免意外破损；
8）使用空间的门不能太紧。
2.3 判断房间空调系统制冷剂泄漏浓度是否安全的标准
判断一个房间内空调系统发生制冷剂泄漏时，安全标准是：空调系统填充的制冷剂总量（kg）与房间容积（m3）的比值不大于RCL。
若满足上面的条件，则判断该房间即使发生空调系统制冷剂泄漏，也不至于造成人员缺氧窒息的危险；若不满足上面的条件，则存在安全隐患，需要采取措施。
3 制冷剂泄漏安全性校核
3.1 制冷剂填充量和最小房间容积
3.1.1 制冷剂填充量确定
上海某酒店标准层多联机空调，选择某品牌多联机空调，采用1台30 hp型号为RAS—850FSLYNQA的主机，室外主机放置在屋顶，制冷剂为R410A。根据标准层多联机空调系统原理图，制冷剂填充量详见表2标准层多联机空调系统制冷剂（R410A）填充量表。
表2 标准层多联机空调系统制冷剂（R410A）填充量表
3.1.2 标准层最小房间容积
上海某酒店标准层客房面积最小的房间，位于六层，也是多联机空调系统最底层。客房面积为21 m2，卫生间为7 m2，房间层高为3.6 m，净高为3.45 m。房间吊顶高度为2.9 m，走道及卫生间吊顶高度为2.5 m。该房间空调室内机采用1台制冷量为4.5 kW某牌风管机。标准层平面详见图2标准层最小房间平面图。
图2 标准层最小房间平面图
3.2 制冷剂泄漏安全性校核
3.2.1 室内机安装在吊顶内，房间吊顶相互连通
上海某酒店标准层最小房间空调室内机安装在吊顶内，假设房间吊顶和卫生间吊顶相互连通，房间容积空间包含客房、卫生间及全部吊顶空间。房间净体积为96.6 m3。则该房间制冷剂（R410A）泄漏最高限额为37.67 kg。空调室内机安装详见图3。
图3 第一种空调室内机安装示意图
计算结果：35.99 kg/96.6 m3=0.37 kg/m3<0.39 kg/m3。
由计算可知，上海某酒店标准层多联机空调系统制冷剂填充量为35.99 kg，标准层最小房间制冷剂最大泄漏浓度为0.37 kg/m3，小于该房间制冷剂泄漏允许浓度极限值（RCL）0.39 kg/m3，满足安全标准，无需采取措施。
3.2.2 室内机安装在吊顶内，房间吊顶完全分隔开
上海某酒店标准层最小房间多联机空调室内机安装在吊顶内，客房吊顶和卫生间吊顶完全分隔开，房间容积空间包含客房及吊顶、卫生间吊顶下空间。最小房间空间净体积为89.95 m3。则该房间制冷剂（R410A）泄漏最高限额为35.08 kg。空调室内机安装详见图4。
图4 第二种空调室内机安装示意图
计算结果：0.39 kg/m3<35.99 kg/89.95 m3=0.40 kg/m3<0.42 kg/m3。
由计算可知，上海某酒店标准层多联机空调系统制冷剂填充量为35.99 kg，标准层最小房间制冷剂最大泄漏浓度为0.40 kg/m3，大于该房间制冷剂泄漏允许浓度极限值（RCL）0.39 kg/m3，但是，小于该房间制冷剂泄漏最小通风量下制冷剂极限值（QLMV）0.42 kg/m3和额外通风量下制冷剂浓度极限值（QLAV）0.42 kg/m3，不满足安全标准，存在安全隐患，需要采取一种以上措施。
3.2.3 室内机安装在吊顶下，房间吊顶为完全封闭
上海某酒店标准层最小房间多联机空调室内机安装在吊顶下，房间吊顶为完全封闭。房间容积空间包括客房和卫生间吊顶下空间，房间空间净体积为79.2 m3。则该房间制冷剂（R410A）泄漏最高限额为30.89 kg。空调室内机安装详见图5。
图5 第三种空调室内机安装示意图
计算结果：35.99 kg/79.2 m3=0.45 kg/m3>0.39 kg/m3。
计算可知，上海某酒店标准层空调系统制冷剂填充量为35.99 kg，最小房间最大制冷剂泄漏浓度为0.45 kg/m3，不仅超过了此房间制冷剂泄漏允许浓度极限值（RCL）0.39 kg/m3，而且超过房间制冷剂泄漏最小通风量下制冷剂浓度极限值（QLMV）0.42 kg/m3和额外通风量下制冷剂浓度极限值（QLAV）0.42 kg/m3，不满足安全标准，存在严重安全隐患，因此，必须采取两种以上措施。
3.2.4 最低层制冷剂泄漏安全性校核
上海某酒店最低层为地下一层，其建筑面积2 605 m2，层高为5.4 m，主要为设备用房及管理用房，总有效容积为13 546 m3。尽管地下一层无多联机空调系统，但是，应考虑到酒店标准层多联机空调最大系统制冷剂泄漏往下流的影响。最大的多联机空调系统制冷剂填充量为35.99 kg，则：35.99 kg/13 546 m3=0.002 66 kg/m3<0.42 kg/m3（QLMV），满足安全要求。因此，最低层地下一层无需设置机械通风措施。
4 制冷剂泄漏安全措施
4.1 通风措施
4.1.1 自然通风措施
对于上海某酒店室内机安装在吊顶内，房间吊顶相互连通的情况，采用自然通风即可。自然通风口应分别设在房间的上部和下部。下部风口底边离地面高度不应超过0.2 m，上部风口的上边不应低于门的上沿。上部或下部自然通风口的最小面积应按下式计算：
式（1）中：A 为需要的开口面积（m2）；M 为制冷剂填充量（kg）；V 为房间体积（m3）；QLMV 为最小通风量下制冷剂浓度极限值（kg/m3）。
在一个门下边仅有开口面积约为0.003 2 m2（门的宽度为0.8 m，门下缘和地板之间的间隙为4 mm）的房间内，泄漏的制冷剂总量达到允许浓度极限值RCL标准的最大浓度，称为最小通风量下制冷剂浓度极限值。
4.1.2 机械通风措施
对于上海某酒店多联机空调系统室内机安装在吊顶内，房间吊顶完全分隔开的情况，采用机械通风措施。其通风量最小值应满足下式：
式（2）中：10为预期的最大泄漏速率（kg/h）；Q 为通风设备的排风量（m3/h）。
对公式（2）简化后，得到最小通风量计算简化公式：
由公式（3）计算得出的最小通风量数值较按照公式（2）计算值大。对于制冷剂R410A，计算结果：Q=25.64 m3/h。由于该房间空调新风量为60 m3/h，卫生间机械排风量为48 m3/h，满足制冷剂泄漏最小通风量要求。
机械通风口的底边应尽可能低，进风口应远离排风口，防止气流短路。机械通风设备应连续运行，或者和检测泄漏仪连锁控制运行。
4.2 优化多联机空调系统以减少制冷剂填充量
优化方法一：将原来较大的一个多联机空调系统，拆分为两个较小多联机空调系统，以减少主机设备制冷剂填充量和减少管道填充量；优化方法二：优化管路系统，将制冷剂主干管从系统中间接入，向两边或四周均匀分支连接，缩短主干管及总管长度或管径，减少管路制冷剂填充量。以上两种多联式空调系统优化方法，都可以使最小房间容积制冷剂泄漏浓度小于允许浓度极限值（RCL）。
对于上海某酒店多联机空调系统室内机安装在吊顶下，房间吊顶为完全封闭的情况，采用优化方法一，将原来1台室外主机容量为RAS—850FSLYNQA的多联机空调系统，拆分为1台室外主机容量为RAS—400FSLYNQA的多联机系统一和1台室外主机容量为RAS—450FSLYNQA的多联机系统二，室内机不变。优化后的多联机空调如图6优化后的标准层多联机空调系统流程图。
图6 优化后的标准层多联机空调系统流程图
1）多联机空调系统一制冷剂填充量
多联机空调系统一制冷剂填充量见表3多联机空调系统一制冷剂R410A填充量表。
表3 多联机空调系统一制冷剂R410A填充量表
2）多联机空调系统二制冷剂填充量
多联机空调系统二制冷剂填充量见表4多联机空调系统二制冷剂R410A填充量表。
表4 多联机空调系统二制冷剂R410A填充量表
由表3和表4计算结果可知，优化后多联机空调系统一制冷剂总填充量为16.22 kg，多联机空调系统二制冷剂总填充量为19.35 kg，每个系统制冷剂填充量均小于标准层最小房间制冷剂泄漏最高限额30.89 kg，满足安全要求。
4.3 设置安全截止阀
在多联机空调系统最小使用空间制冷剂管路上安装安全截止阀，当该空间发生制冷剂泄漏时，制冷剂检漏仪检测到使用空间内制冷剂泄漏量达到一定浓度数值（小于QLMV值，最底层小于RCL）时，应能连锁关闭该使用空间管路的安全截止阀，使制冷剂泄露量小于最小通风量下制冷剂浓度极限值（QLMV）或允许浓度极限值（RCL），同时不影响其他管路正常运行。
安全截止阀应设在该最小空间外部，并有专人负责维护管理。
4.4 其他安全措施
在多联机空调系统最小使用空间内设置声光报警系统，或者把系统接入厂商的控制系统，一旦发生制冷剂泄漏，声光报警或提醒维护管理人员采取必要措施。必要时启动消防排烟系统。
5 结束语
多联机空调采用R410A制冷剂，不仅可以降低对大气臭氧层的破坏程度，而且R410A制冷剂具有性能稳定、无毒、不可燃的特点，一般情况下很难对人体造成伤害。但是，多联机空调系统的制冷剂一旦全部泄漏到该系统一间最小密闭房间，当该房间内的制冷剂浓度超过允许浓度极限值时，仍然会导致室内人员发生窒息的危险。所以，在多联机空调系统设计和安装时，需要对每个多联机空调系统制冷剂泄漏的安全性进行核算，判定多联机空调系统制冷剂泄漏的安全性。如果制冷剂泄漏量超过允许浓度极限值，必须采取通风、设置安全截止阀、设置声光报警系统、接入厂商控制系统等一种或两种以上安全措施，或者采取系统优化方法，确保每个房间制冷剂泄漏后不会对室内人员造成窒息伤害。
