Airedale：丙烷在現(xiàn)代暖通空調(diào)熱泵系統(tǒng)中的興起

2025年6月5日

 在當(dāng)今世界，人們?cè)絹?lái)越需要可持續(xù)、節(jié)能的解決方案，而英國(guó)建筑的脫碳對(duì)于實(shí)現(xiàn)2050年溫室氣體凈零排放的目標(biāo)至關(guān)重要，這一點(diǎn)日益凸顯。暖通空調(diào) (HVAC) 行業(yè)始終致力于采用最新技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足這些需求，而在關(guān)鍵制冷解決方案的創(chuàng)新領(lǐng)域，丙烷 (R290) 開(kāi)始成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。丙烷在現(xiàn)代熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用為暖通空調(diào)行業(yè)帶來(lái)了激動(dòng)人心的新機(jī)遇。本文將探討使用丙烷冷水機(jī)組的優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用和注意事項(xiàng)，以專(zhuān)業(yè)視角解讀丙烷冷水機(jī)組對(duì)商業(yè)或工業(yè)建筑的意義。

以舊換新？

用丙烷熱泵系統(tǒng)更換鍋爐時(shí)，需要考慮幾個(gè)因素并需要消化吸收。雖然一對(duì)一更換并非易事，但只要規(guī)劃和執(zhí)行得當(dāng)，還是有可能的。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，如果考慮到這種更換的整體生命周期、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，這些效益通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何不便或前期資本成本。

需要考慮的關(guān)鍵點(diǎn)

傳統(tǒng)可逆熱泵常常難以達(dá)到商用鍋爐通常運(yùn)行的高水溫 (70°C 至 85°C)，因此它們常常依靠增加電增強(qiáng)加熱或級(jí)聯(lián)系統(tǒng)來(lái)將產(chǎn)水溫度從 50 提高到 60°C，兩者都在最有利的條件下使用 R410a 和 R32 等制冷劑！

通過(guò)部署額外的電增強(qiáng)加熱來(lái)滿(mǎn)足冬季高峰需求，或者采用級(jí)聯(lián)熱泵布置，可以使用一個(gè)熱泵預(yù)熱水，另一個(gè)熱泵進(jìn)一步提高溫度輸出，從而實(shí)現(xiàn)更高的溫度。

在考慮部署更節(jié)能、更可持續(xù)的供暖解決方案的利弊時(shí)，這些變通方法常常會(huì)增加不必要的復(fù)雜性，而這些復(fù)雜性以前在使用傳統(tǒng)化石燃料鍋爐時(shí)是不需要或沒(méi)有考慮到的。考慮到鍋爐替換為熱泵方案的整體影響，這些因素加上額外廠(chǎng)房空間、引入新的系統(tǒng)控制以及安裝和資本設(shè)備成本的增加，最終用戶(hù)往往認(rèn)為這些因素對(duì)最終用戶(hù)不利。

有沒(méi)有更簡(jiǎn)單的方法？

隨著技術(shù)的最新進(jìn)步和丙烷和二氧化碳等低 GWP 制冷劑的使用，HVAC 現(xiàn)在可以提供一種非常引人注目的解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，它能夠直接從水源獲得所需的 75°C 水溫，而無(wú)需額外的電升壓加熱或級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。這簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程，并降低了最終用戶(hù)的成本和時(shí)間，從而過(guò)渡到更可持續(xù)、更高效、更具成本效益的解決方案。

使用丙烷時(shí)的注意事項(xiàng)

丙烷傳統(tǒng)上用作取暖、烹飪和某些工業(yè)過(guò)程的燃料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與多氟烷基物質(zhì) (PFAS) 不同，因此它不會(huì)造成 PFAS 所帶來(lái)的環(huán)境和健康問(wèn)題。丙烷是一種全球變暖潛能值 (GWP) 僅為 3、臭氧消耗潛能值 (ODP) 為零的天然制冷劑，是 R410A 等傳統(tǒng)制冷劑的環(huán)保替代品，而 R410A 的 GWP 約為 2088。除了超低 GWP 之外，丙烷是一種簡(jiǎn)單的碳?xì)浠衔铮虼藷o(wú)需像含 PFAS 的物質(zhì)那樣接受同樣的監(jiān)管審查，也不含有 PFAS 所特有的氟化合物，這使其成為 HVAC 系統(tǒng)更安全、更可持續(xù)的選擇。

通過(guò)引入丙烷作為替代制冷劑，可以避免與 PFAS 相關(guān)的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提供更可持續(xù)、更高效的制冷解決方案。

提高能源效率

丙烷可逆熱泵系統(tǒng)以其高能源效率而聞名。與使用舊制冷劑的系統(tǒng)相比，它們通常可以實(shí)現(xiàn)更高的性能系數(shù) (COP) 和季節(jié)能效比 (SEER)。這意味著它們使用更少的能源來(lái)提供相同水平的制冷或供暖，從而降低運(yùn)營(yíng)成本并減少能耗。

多功能性和應(yīng)用范圍

現(xiàn)代丙烷制冷和供暖系統(tǒng)用途廣泛，涵蓋住宅、商業(yè)和工業(yè)等眾多領(lǐng)域，即使在極寒的室外條件下也能高效地提供高達(dá) 75°C 的熱水。

丙烷具有優(yōu)異的熱力學(xué)特性，例如高汽化潛熱和低沸點(diǎn)，適用于各種溫度。需要注意的是，生活熱水 (DHW) 中的軍團(tuán)菌清除需要 60°C 的溫度，而丙烷在低至 -10°C 的環(huán)境溫度下也能達(dá)到這一溫度。

丙烷系統(tǒng)尤其適用于空調(diào)和熱泵系統(tǒng)，能夠可靠地提供日常熱水，同時(shí)確保高效性和安全性，并最大程度地降低能耗。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代丙烷熱泵系統(tǒng)旨在優(yōu)化制冷劑的性能。這包括先進(jìn)的壓縮機(jī)技術(shù)和熱交換器設(shè)計(jì)，以最大限度地提高丙烷的效率和傳熱能力。任何系統(tǒng)都需要考慮的一個(gè)重要方面是機(jī)組的預(yù)期運(yùn)行熱負(fù)荷。

當(dāng)峰值供暖負(fù)荷（冬季）或峰值制冷負(fù)荷（夏季）需要額外的容量時(shí)，雙管可逆熱泵是一種經(jīng)濟(jì)的解決方案。

模塊化配置允許除霜周期，甚至更高的系統(tǒng)部分負(fù)荷效率。

在低運(yùn)行溫度下，為熱泵熱交換器除霜是維持系統(tǒng)性能和效率的必要過(guò)程。一種快速簡(jiǎn)便的方法是反轉(zhuǎn)熱泵的功能，使其從水回路中吸收熱量，并將室外熱交換器的功能從蒸發(fā)器反轉(zhuǎn)為冷凝器。重要的是要保留足夠的熱水量，以支持臨時(shí)的逆循環(huán)運(yùn)行，從而為室外機(jī)熱交換器除霜。

當(dāng)多個(gè)熱泵用螺栓連接在一起時(shí)，重要的是按順序進(jìn)行除霜循環(huán)，以便在此過(guò)程中仍能向建筑物輸送熱量。

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，還必須考慮所有熱泵的最低水量要求以及較低的工作溫度。緩沖容器可確保熱泵運(yùn)行最短時(shí)間，從而減少壓縮機(jī)的開(kāi)關(guān)次數(shù)，從而減少壓縮機(jī)的磨損。使用緩沖容器非常有益，因?yàn)樗鼈冇兄跍p少供水溫度的任何潛在波動(dòng)。安全

第一：

在設(shè)計(jì)丙烷熱泵系統(tǒng)時(shí)，確保安全在任何情況下都至關(guān)重要，并且有非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確保適當(dāng)?shù)耐L(fēng)、泄漏檢測(cè)和定位都得到考慮。

由于丙烷極易燃，其在制冷系統(tǒng)中的使用受?chē)?yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)（例如 EN 378）的約束。丙烷熱泵系統(tǒng)必須配備內(nèi)置泄漏檢測(cè)裝置和經(jīng) ATEX 認(rèn)證的風(fēng)扇。ATEX 是指歐洲控制爆炸性環(huán)境的兩項(xiàng)指令，即 99/92/EC 指令和 2014/34/EU 指令。水回路必須配備自動(dòng)排氣系統(tǒng)，以釋放制冷劑，并在水熱交換器發(fā)生故障時(shí)配備水壓釋放閥（現(xiàn)場(chǎng)安裝）。這些裝置必須安裝在建筑物外部或管道內(nèi)，遠(yuǎn)離潛在的點(diǎn)火源。

然而，需要注意的是，由于丙烷極易燃，因此需要小心處理并遵守嚴(yán)格的安全規(guī)程。信譽(yù)良好的丙烷熱泵供應(yīng)商應(yīng)始終為其產(chǎn)品提供相關(guān)指南，并且安裝、維護(hù)、保養(yǎng)和調(diào)試必須由合格的A3級(jí)制冷劑工程師執(zhí)行。務(wù)必檢查，切勿想當(dāng)然。

那么二氧化碳呢？

另一種適用于高溫應(yīng)用的低GWP值和0 ODP制冷劑是二氧化碳。作為一種可持續(xù)的選擇，它也能像丙烷一樣提供能源效率和生活熱水（DHW）。二氧化碳只有在使用高溫差（Delta T，供水和回水溫度之間的溫差）時(shí)才能實(shí)現(xiàn)較高的性能系數(shù) (COP)。對(duì)于需要高供水和回水溫度的供暖改造項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)巨大的缺點(diǎn)。

結(jié)論：

在現(xiàn)代暖通空調(diào) (HVAC) 熱泵系統(tǒng)中采用丙烷代表著朝著更可持續(xù)、更節(jié)能的制冷和供暖解決方案邁出了重要一步。憑借其環(huán)保優(yōu)勢(shì)、高性能和成本效益，丙烷有望在未來(lái)的暖通空調(diào)技術(shù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。