中华民国CFC与HCFC冷媒替代发展现况

 

一、前言

根据蒙特娄议定书的决议，大多数的国家都已将CFC’s化合物以及其他破坏臭氧层的化学物质加以管制。我国虽然不是联合国会员国，但仍然遵守蒙特娄议定书的管制时程以防止臭氧层遭到进一步的破坏。表一为我国控制臭氧层破坏物质的减量时间表，并与蒙特娄议定书的管制时程比较。

图一为1986年至1996年我国CFC’s化合物的年消费量。表二为1989年至1995年我国各类CFC’s化合物的年消费量。由这些资料可看出，我国在过去十年中，已成功减少CFC’s的使用量。其中最主要的用途是作为冷冻空调领域的冷媒之用。图二为1991年CFC’s应用范围的比例。

此外，台湾亦遵守蒙特娄议定书的决议，自1996年1月1日起开始限制HCFC’s的使用量。表三为1996年我国各类HCFC’s化合物的使用情形。并已由政府建立HCFC’s的使用配额制度，目前冷媒与发泡用途占HCHC’s使用总量的98%。

在产官学界的合作下，从暸解臭氧层破坏问题的重要性，到遵守蒙特娄议定书的决议，台湾已成功的完成破坏臭氧层化学物质减量的第一步。本文将对过去几年的工作加以说明，焦点是放在汽车空调、家用冰箱、小型与大型空调机以及商用冷冻上。

 

 

二、汽车空调

 

我国目前约有五百万量的汽车，并且百分之九十九以上都配备有空调设备。由图二所示，1991年约使用2000公吨的CFC-12，其中有百分之五十是做为汽车空调冷媒之用。但自1994年7月1日起，新车皆不得再使用CFC-12冷媒。

目前我国新车中小型汽车所使用的冷媒为HFC-134a，大客车与卡车则HFC-134a与 HCFC-22两者皆有，火车车厢则主要使用HCFC-22系统。

尽管如此，旧车维修保养充填时所使用的冷媒仍以CFC-l2为主，完成换装冷媒的旧车，据调查低于5%。由于仍有大量的汽车空调使用CFC-12冷媒，为了不使这些冷媒任意被释放至大气中，工研院能资所建立了冷媒回收技术，其中包括了冷媒回收机设计制造技术，与冷媒换装技术。除了将此技术移转给国内厂商之外，还借由举办训练班、研讨会等方式培训超过2,000位冷媒换装技术人员，目前由CFC-12换装为HFC-134a的车辆估计已超过20,000辆。

 

 

三、电冰箱

我国目前正在使用中的家用冰箱约有七百万台，年产量为450,000至500,000台，1996年之前，冰箱所使用的冷媒为CFC-l2，箱体中的热绝缘材料则为使用R-11为发泡剂，由于牵涉到成本以及产量与产品稳定度的问题，由CFC’s转换至非CFC’s的进度较慢，但仍然符合蒙特娄议定书的管制时程。

目前国内七大电冰箱厂主要使用HFC-134做为冷媒，而以HCFC-141b做为热绝缘材发泡剂，自1996年1月1日起均已推出非CFC环保冰箱上市。

由于国产冰箱产品之制造技术相当优良，旧CFC-12系统换装新冷媒的需求并不大。纯粹由研究的角度出发，工研院能资所已进行了一些R-22/DME与R-22/142b混合冷媒的换装试验。

在发泡保温材料方面，一些厂商已对使用cyclo-pentane来替代HCFC-141b进行评估，工研院能资所在经济部能委会的支持下发展了真空保温片的技术，希望能替代HCFC-141b，目前已开发出二氧化矽粉与开孔式PU两型真空保温片，正进行冰箱与冷冻库体试验中，产品稳定性须经由更多的时间来验证，制造成本也是另一个须克服的问题。

一些组织已引进使用碳氢化合物作为冷媒的冰箱(HC，可燃物)，并使用cyclo-pentane作为发泡保温材料。从技术的观点来看，碳氢化合物冷媒的效率较CFC冷媒高，且对于环境无害。但由于国内目前缺乏使用HC冷媒的经验，除非引进国外的技术，否则厂商并不容易发展HC的相关技术。目前，我国对HC冰箱的销售并无限制。

 

 

四、小型空调设备

小型空调设备大致可分为箱型、窗型、分离式及中央系统，国内冷气机市场以窗型冷气机用量最多，窗型与分离式冷气的年产量为约为一百五十万台，所使用的冷媒均以HCFC-22为主，箱型冷气机以商业用途较多。依照蒙特娄议定书的决议，台湾自1996年1月1日起开始限制HCFC-22的使用量。能资所以及一些制造商已开始研发R-22的替代系统，在部分大学中也已进行替代HCFC-22冷媒的热传性能研究。

在许多替代HCFC-22的冷媒中，目前最被看好的是R-410A与R-407C这两种混合冷媒。R-410A为HFC-32与HFC-125的混合物(50%/50%)，在台湾将被使用在3RT以下的空调机，由于系统的高压极高，所以系统各元件必须重新设计过。目前工研院能资所与两家国内厂商正进行原形机的开发，第一部原形机将于今年上半年完成。

3RT以上的空调机，则较看好R-407C(HFC-32、HFC-125与HFC-134a的混合物;23%/25%/52%)，除了有6K的滑落温差外，其热力性能与R-22极为相似，当然在应用上系统与元件的适当改变亦是不可避免的。R-407C亦被认为可直接换装在原R-22系统。

 

 

五、大型空调

一般冷冻空调主机型式包括离心式、往复式、螺旋式、涡卷式、回转式五种。大吨位空调系统主机大多使用离心式或螺旋式。离心式冰水主机皆为进口机组，目前约有2,800台主机正在使用中，1996年就销售了200至250台，旧机主要使用CFC-l1或CFC-l2做为冷媒，而新机则以HFC-134a、HCFC-123与HCFC-22冷媒为主，自1993年起Trane、McQuay、Carrier、York等主要国外厂牌，逐渐开始引进非CFC’s冷媒的离心机。由于大多数的主机仍使用R-11、R-12冷媒，冷媒管理技术、回收回用观念与高效能排气系统(R-11主机)变得更为重要。在过去三年，大约已有30台主机由CFC-12换装为HFC-134a或由CFC-11换装为HCFC-123，这些工作都是由原厂在台湾的分公司所完成。

国内冰水机的生产量约为7,000至8,000台，压缩机型式为往复式、螺旋式、涡卷式、回转式。主要以HCFC-22冷媒为主。目前也生产HFC-134a的主机。台湾目前有两家生产HCFC-22与HFC-134a压缩机的制造商，此外大部分的压缩机皆为进口产品，所以未来HCFC-22的替代走向，将非常依赖进口压缩机的冷媒使用种类来决定。

 

 

六、商业冷冻

商业冷冻在此泛指包括超级市场的开放型冷藏、冷冻展示柜，以及制冰机、自动贩卖机等。绝大部分冷冻设备使用蒸气压缩系统，旧有系统所用冷媒为CFC-12或R-502。新设备则使用HCFC-22或R-404A为冷媒。在经济部工业局的支持之下，工研院能资所成功的辅导自动贩卖机制造厂将其生产线自CFC-12改为R-404A系统。

超级市场的冷冻系统目前以HCFC-22为主要冷媒，但未来势必要找寻新的替代品，目前并不明朗。

为了要保持系统中现有的CFC-12或R-502，必须做好定期检查与保养。由于换装非CFC冷媒的成本并不低，所以更换冷媒的系统并不多。

 

 

七、工业冷冻

在制程冷冻所使用到的冷媒以CFC-l2、R-502、HCFC-22以及R-717(氨)为主，冷媒的使用与系统的工程设计、结构、操作与维修工作有关。1996年之后，以HCFC-22使用量最大。新系统中，HCFC-22搭配二次冷却系统将越来越流行。

R-717在食品工业已使用一段相当长的时间，食品工厂或仓储使用R-717搭配二次冷却系统有越来越多的趋势。这些设备都必须遵守工业安全标准的规定。

 

 

八、结论

蒙特娄议定书签订后的十年间，在政府、研究单位与工业界的合作之下，我国已成功的在管制时程内解决CFC’s替代问题，并开始从技术开发及法令管制两方面减少HCFC’s化合物的使用量，1996年HCFC’s的使用量非常接近政府所订的上限，随著经济的成长与生活水准的提高，HCFC’s的使用量势必还会增加，在替代品尚未明朗化之前，即将面对HCFC短缺的问题。

在所有CFC’s与HCFC’s替代品中，HFC-134a将大量使用在电冰箱及汽车空调中。R-410A与R-407C则很可能使用在冷气机中。对冰水机、商用与工业冷冻系统而言，目前并没有明显的替代冷媒出现，但无论如何，能源效率、环境影响与冷媒价格将是新冷媒的三个最重要因素。

近年来，借由各领域的努力，我国已完成许多配合蒙特娄议定书的工作，并不逊色于世界其他各国，尽管HCFC’s减量使用的时间表相当紧迫，但是我们相信，在政府、研究单位与工业界的合作之下，必定能完成此一重要的工作。