房间空调器安全标准IEC60335-2-40修订趋势

随着《蒙特利尔议定书》基加利修正案正式生效，房间空调器行业将面临加速淘汰HCFCs和逐步削减HFCs的双重挑战。从当前全球技术发展趋势来看，采用碳氢工质R290是应对挑战的最理想的技术选择。突破标准对R290充注量的制约则成为加快R290在房间空调器领域应用与推广的关键。一个好消息是，目前国际标准组织正加快修订房间空调器使用可燃性制冷剂的相关要求。

R290技术是大势所趋
HCFCs是目前剩余的主要的消耗臭氧层物质之一，也是强效的温室气体，属于《蒙特利尔议定书》下需要逐步淘汰的物质。房间空调器行业作为HCFCs的主要消费领域之一，正在《蒙特利尔议定书》框架下加速淘汰HCFC-22。按照淘汰进度表，到2020年中国房间空调器行业要在基线水平上淘汰45%的HCFC-22消费量，到2030年则要完全淘汰HCFC-22。
2016年10月15日，《蒙特利尔议定书》缔约方在卢旺达首都基加利一致通过基加利修正案，旨在控制作为HCFCs替代品被空调、制冷和暖通领域广泛使用的强效温室气体HFCs的消费量。2019年1月1日，基加利修正案正式生效。截至目前，已有81个缔约方批准了基加利修正案。按照基加利修正案的要求，主要发达国家从2019年开始削减HFCs，包括中国在内的大部分发展中国家将于2024年冻结HFCs消费量，并从2029年开始逐步削减。对于HFCs的替代技术，基加利修正案要求房间空调器专用制冷剂必须满足两个特点：无臭氧层破坏潜值和具有尽可能低的GWP值。
中国是全球最大的房间空调器生产国、消费国和出口国，2018年产量超过1.5亿台，全球占比超过80%。中国对于制冷剂技术路线的选择，对全球房间空调器行业的技术走势具有重大的影响。经过科学论证与慎重考量，在淘汰HCFC-22的过程中，中国房间空调器行业选择以碳氢工质HC-290作为替代技术路线，已经兼顾了HFCs管控的政策。目前，中国已经具有R290空调大规模生产与市场化的基础和能力。
R290作为一种天然工质，对臭氧层无破坏，且拥有非常低的GWP值和良好的能效表现。R290是截至目前全球房间空调器行业能够满足基加利修正案对于HFCs替代技术要求的最理想的选择，其作为房间空调器的制冷剂替代技术已经得到国际机构、欧美及东南亚等地区多数国家的广泛认可和支持。
采用具有可燃性的碳氢制冷剂作为替代技术已经成为房间空调器行业履约基加利修正案、实现HFCs削减目标的必然选择。

国际标准IEC60335-2-40加快修订进程
R290的缺陷在于可燃性。早在2005年，国际标准组织国际电工委员会（IEC）发布了4.0版本IEC60335-2-40标准，开始允许可燃制冷剂用于空调器中。但是由于之前没有应用，对可燃性制冷剂的特性缺乏系统深入地理解，国际标准在可燃性制冷剂的充注量限值上采取了一种相对简单易行但缺少根据且不够科学的计算方式，过低的充注量导致R290的性能优势无法充分发挥，进而影响了其应用范围、制冷制热效果及能效。
中国家用空调安全标准GB 4706.32《家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除湿机的特殊要求》等效采用IEC60335-2-40国际标准。IEC60335-2-40标准修订对中国标准更新具有直接地影响。
2013年，IEC负责家用和类似用途空调设备国际安全标准制修订的SC61D分技术委员会成立WG9工作组，主要针对A2L类制冷剂将标准中的相关要求进行修订。该工作组于2017年发布了标准修订的最终国际标准草案（FDIS），并通过了IEC成员国的投票，发布了IEC60335-2-40标准的6.0版本，替代2013年发布的5.0版本标准和2016年发布的5.1版本标准。2015年，在英国、中国等IEC成员国的推动下，SC61D分技术委员会成立WG16工作组。该工作组的重点工作是对A2和A3类可燃性制冷剂安全使用的灌注量提出科学合理的修订意见。在将近4年的时间里，WG16工作组召开了数十次专家会议，开展了大量的测试研究工作，包括房间空调器中制冷剂泄漏后的浓度分布研究，R290房间空调器通风量及公式研究，制冷剂不同灌注量的泄漏速率、浓度分布及风险水平研究以及可燃性制冷剂燃烧特征研究等内容。
2018年10月，在韩国釜山召开的SC61D年会期间，在中国、英国等国家的提议下，SC61D开始准备将WG9和WG16两个工作组合并。在2019年1月的WG16工作组会议上，工作组讨论了新的工作范围，并决定将相关内容纳入下一版标准修改中。SC61D决定创建一个新的工作组WG21，将现在的WG20和WG9合并到WG16工作组。目前，WG21工作组已经成立，工作范围包括A2L、A2和A3制冷剂的相关内容和标准修订的维护。

R290等A3类制冷剂充注量现行标准中的规定
现行IEC60335-2-40标准的附录GG对制冷剂的充注量限值进行了相应的规定。现行标准下，采用R290作为制冷剂的房间空调器，当系统充注量小于150g时，则不需要考虑房间面积大小和安装高度的限制；系统充注量大于150g但小于1000g时，最大充注量根据R290的燃烧下限（LFL）、安装高度（h0）和房间面积（A）计算得出，见公式。

然而，现行标准对R290在房间空调器上充注限值的规定，使其无法满足较大的制冷量/制热量的房间空调器或较大房间面积的制冷/制热需求，而增加缓解措施可以在保持安全可控的风险水平的前提下，提高制冷剂的充注限值。R290的充注量和房间面积的关系见图1。

IEC60335-2-40标准修订方向
WG16以及新成立的WG21工作组对于充注量要求的措施建议主要集中在3方面：规定制冷剂泄漏量、增加通风措施以及提高系统的密封性。
（1）规定制冷剂的泄漏量：只有泄漏的制冷剂才会引发燃烧或爆炸风险，如果发生制冷剂泄漏，通过系统设计可以控制进入房间的制冷剂的量。此前，WG16工作组已经提出了关于制冷剂泄漏量的测试方法，并将其加入标准的修订中。
（2）增加通风措施：在制冷剂发生泄漏的情况下，增加通风措施可以提高允许进入房间的制冷剂的量，WG16工作组考虑在标准修订中加入关于增加通风措施的要求。
（3）提高系统密封性：目前IEC标准对于R290的充注限值假定制冷剂能够在4分钟内完全泄漏，但是通过提高系统的密封性，可以降低泄漏率，进而可以增加产品中制冷剂的充注量。
按照目前标准修订的方向，未来IEC标准中对于可燃性制冷剂充注量限定的结构示意图如图2所示。
WG21工作组希望在2019年底或2020年初发布一份委员会表决草案（CDV），CDV获得投票通过后将形成国际标准草案（FDIS），再次经过投票后，最终成为国际标准。
此外，值得一提的是，基于多年的、大量的冰箱和商用冷柜的碳氢制冷剂应用实践，特别是R290在商用冷柜的成功应用经验，2019年5月，IEC批准将IEC60335-2-89标准下自含式商用冷柜的碳氢制冷剂充注限值从150g提高至500g。北美、欧洲的区域标准组织已经开始着手修订自含式商用冷柜的碳氢制冷剂充注限值的相关标准。这也表明针对碳氢制冷剂的国际标准正在朝着科学合理的方向发展。

结语
IEC60335-2-40标准作为房间空调器安全的国际标准，对于中国房间空调器行业能否顺利实现《蒙特利尔议定书》的履约，实现行业的可持续健康发展至关重要。同时，其相关规定也是一个很重要的影响制冷剂替代技术选择的因素。当前，行业企业在国际标准IEC60335-2-40标准修订中投入的力量仍然不足，标准相关修订的工作组中国内专家相对较少，我们在标准修订研究和实验数据方面参与的力量还不够。这完全不能与现在的中国房间空调器行业规模相匹配。国际标准修订周期长，完成一次修订基本都是在3~5年的时间，甚至更长，这也意味着参与国际标准修订工作是一项长期的投入，需要中国房间空调器行业具有实力的企业积极参与标准修订。