Airedale：丙烷在现代暖通空调热泵系统中的兴起

2025年6月5日

 在当今世界，人们越来越需要可持续、节能的解决方案，而英国建筑的脱碳对于实现2050年温室气体净零排放的目标至关重要，这一点日益凸显。暖通空调 (HVAC) 行业始终致力于采用最新技术来满足这些需求，而在关键制冷解决方案的创新领域，丙烷 (R290) 开始成为人们关注的焦点。丙烷在现代热泵系统中的应用为暖通空调行业带来了激动人心的新机遇。本文将探讨使用丙烷冷水机组的优势、应用和注意事项，以专业视角解读丙烷冷水机组对商业或工业建筑的意义。

以旧换新？

用丙烷热泵系统更换锅炉时，需要考虑几个因素并需要消化吸收。虽然一对一更换并非易事，但只要规划和执行得当，还是有可能的。根据我的经验，如果考虑到这种更换的整体生命周期、经济效益和环境效益，这些效益通常远远超过任何不便或前期资本成本。

需要考虑的关键点

传统可逆热泵常常难以达到商用锅炉通常运行的高水温 (70°C 至 85°C)，因此它们常常依靠增加电增强加热或级联系统来将产水温度从 50 提高到 60°C，两者都在最有利的条件下使用 R410a 和 R32 等制冷剂！

通过部署额外的电增强加热来满足冬季高峰需求，或者采用级联热泵布置，可以使用一个热泵预热水，另一个热泵进一步提高温度输出，从而实现更高的温度。

在考虑部署更节能、更可持续的供暖解决方案的利弊时，这些变通方法常常会增加不必要的复杂性，而这些复杂性以前在使用传统化石燃料锅炉时是不需要或没有考虑到的。考虑到锅炉替换为热泵方案的整体影响，这些因素加上额外厂房空间、引入新的系统控制以及安装和资本设备成本的增加，最终用户往往认为这些因素对最终用户不利。

有没有更简单的方法？

随着技术的最新进步和丙烷和二氧化碳等低 GWP 制冷剂的使用，HVAC 现在可以提供一种非常引人注目的解决方案来应对这些挑战，它能够直接从水源获得所需的 75°C 水温，而无需额外的电升压加热或级联系统。这简化了系统设计和安装过程，并降低了最终用户的成本和时间，从而过渡到更可持续、更高效、更具成本效益的解决方案。

使用丙烷时的注意事项

丙烷传统上用作取暖、烹饪和某些工业过程的燃料，其化学结构和性质与多氟烷基物质 (PFAS) 不同，因此它不会造成 PFAS 所带来的环境和健康问题。丙烷是一种全球变暖潜能值 (GWP) 仅为 3、臭氧消耗潜能值 (ODP) 为零的天然制冷剂，是 R410A 等传统制冷剂的环保替代品，而 R410A 的 GWP 约为 2088。除了超低 GWP 之外，丙烷是一种简单的碳氢化合物，因此无需像含 PFAS 的物质那样接受同样的监管审查，也不含有 PFAS 所特有的氟化合物，这使其成为 HVAC 系统更安全、更可持续的选择。

通过引入丙烷作为替代制冷剂，可以避免与 PFAS 相关的环境和健康风险，同时提供更可持续、更高效的制冷解决方案。

提高能源效率

丙烷可逆热泵系统以其高能源效率而闻名。与使用旧制冷剂的系统相比，它们通常可以实现更高的性能系数 (COP) 和季节能效比 (SEER)。这意味着它们使用更少的能源来提供相同水平的制冷或供暖，从而降低运营成本并减少能耗。

多功能性和应用范围

现代丙烷制冷和供暖系统用途广泛，涵盖住宅、商业和工业等众多领域，即使在极寒的室外条件下也能高效地提供高达 75°C 的热水。

丙烷具有优异的热力学特性，例如高汽化潜热和低沸点，适用于各种温度。需要注意的是，生活热水 (DHW) 中的军团菌清除需要 60°C 的温度，而丙烷在低至 -10°C 的环境温度下也能达到这一温度。

丙烷系统尤其适用于空调和热泵系统，能够可靠地提供日常热水，同时确保高效性和安全性，并最大程度地降低能耗。

系统设计

现代丙烷热泵系统旨在优化制冷剂的性能。这包括先进的压缩机技术和热交换器设计，以最大限度地提高丙烷的效率和传热能力。任何系统都需要考虑的一个重要方面是机组的预期运行热负荷。

当峰值供暖负荷（冬季）或峰值制冷负荷（夏季）需要额外的容量时，双管可逆热泵是一种经济的解决方案。

模块化配置允许除霜周期，甚至更高的系统部分负荷效率。

在低运行温度下，为热泵热交换器除霜是维持系统性能和效率的必要过程。一种快速简便的方法是反转热泵的功能，使其从水回路中吸收热量，并将室外热交换器的功能从蒸发器反转为冷凝器。重要的是要保留足够的热水量，以支持临时的逆循环运行，从而为室外机热交换器除霜。

当多个热泵用螺栓连接在一起时，重要的是按顺序进行除霜循环，以便在此过程中仍能向建筑物输送热量。

在设计系统时，还必须考虑所有热泵的最低水量要求以及较低的工作温度。缓冲容器可确保热泵运行最短时间，从而减少压缩机的开关次数，从而减少压缩机的磨损。使用缓冲容器非常有益，因为它们有助于减少供水温度的任何潜在波动。安全

第一：

在设计丙烷热泵系统时，确保安全在任何情况下都至关重要，并且有非常严格的标准来确保适当的通风、泄漏检测和定位都得到考虑。

由于丙烷极易燃，其在制冷系统中的使用受严格的安全标准（例如 EN 378）的约束。丙烷热泵系统必须配备内置泄漏检测装置和经 ATEX 认证的风扇。ATEX 是指欧洲控制爆炸性环境的两项指令，即 99/92/EC 指令和 2014/34/EU 指令。水回路必须配备自动排气系统，以释放制冷剂，并在水热交换器发生故障时配备水压释放阀（现场安装）。这些装置必须安装在建筑物外部或管道内，远离潜在的点火源。

然而，需要注意的是，由于丙烷极易燃，因此需要小心处理并遵守严格的安全规程。信誉良好的丙烷热泵供应商应始终为其产品提供相关指南，并且安装、维护、保养和调试必须由合格的A3级制冷剂工程师执行。务必检查，切勿想当然。

那么二氧化碳呢？

另一种适用于高温应用的低GWP值和0 ODP制冷剂是二氧化碳。作为一种可持续的选择，它也能像丙烷一样提供能源效率和生活热水（DHW）。二氧化碳只有在使用高温差（Delta T，供水和回水温度之间的温差）时才能实现较高的性能系数 (COP)。对于需要高供水和回水温度的供暖改造项目来说，这是一个巨大的缺点。

结论：

在现代暖通空调 (HVAC) 热泵系统中采用丙烷代表着朝着更可持续、更节能的制冷和供暖解决方案迈出了重要一步。凭借其环保优势、高性能和成本效益，丙烷有望在未来的暖通空调技术中发挥关键作用。