R-134a、R-290、R-407C、R-410A與R-22在中小型空調機應用上的比較

R-410A於中小型空調機之應用

一、      前言

廣泛使用於中小型空調機的R-22已被列為管制品，目前正逐年遞減使用量，並將於公元2030年完全廢止。為了因應管制措施，各國冷凍空調設備製造商與冷媒廠紛紛投入R-22替代品的研發。由於R-22冷媒具有優異的安全性、能源效率、操作特性，使其替代品的研發具有一定的困難度。

二、      替代冷媒種類

替代冷媒的著眼點在於(1)降低臭氧層破壞指數，(2)降低冷媒的危險性(如燃燒性、毒性)，以安全性高的冷媒混合危險性較高的冷媒，使其混合後濃度低於危險濃度以下，(3)近似於R-22的熱力性質(如操作壓力、能源效率)，以期能迅速、方便替代R-22冷媒。

目前提出的替代冷媒，大致可分為純質冷媒與混合冷媒兩大類。例如R-134a、R-717(Ammonia，氨)、R-290(Propane，丙烷)等為純質冷媒，而R-407C、R-410A等為混合冷媒。R-407C的組成為HFC-32/HFC-125/HFC-134a (23/25/52 wt. %)，為非共沸(Nonazeotrope)冷媒。R-410A的組成為HFC-32/HFC-125(50/50 wt. %)，為近似共沸冷媒。

三、      R-410A與其他替代冷媒的比較

表1為R-134a、R-290、R-407C、R-410A與R-22在中小型空調機應用上的比較。

表1、R-134a、R-410A、R-407C、R-290在中小型空調機應用上與R-22的比較

冷媒名稱		R-134a	R-410A	R-407C	R-290
成    分		HFC-134a	HFC-32/125	HFC-32/125/134a	Propane丙烷
混合比(質量%)		100%	50/50%	23/25/52%
與R-22比較之主要性質		l 工作壓力低 l 相同製冷能力之壓損大	l 近共沸冷媒 l 工作壓力為R-22之1.5倍 l 壓損較小	l 非共沸冷媒，系統中之成分有可能發生變動 l 工作壓力與R-22相近	l 具強燃性 l 工作壓力與R-22相近
與R-22相比之能源效率(%)		72~90	94~100	90~97	96~100 (由理論推算) 加諸於系統的安全措施會使效率降低
機器開發上所面對的技術課題		l 主機外形變大 l 壓縮機所需排氣量大	l 設計壓力提高 l 各部元件、機構之最佳化與耐高壓	l冷媒成分變動之對策 l熱交換器設計改善以提升效率	l 強燃性的對策
社會經濟課題	成本與生產設備投資	l 主機外形變大	l 主機、元件、生產設備須耐高壓	l加大熱交換器以提高效率 l冷媒充填管理	l 須投資確保機器與設備之安全
	銷售與售後服務		l 幫浦、密封墊片須耐高壓	l目前無該非共沸冷媒之成分管理辦法	l 研擬強燃性的安全對策
	冷媒回收與再利用		l 須注意冷媒成分變動	l須檢討回收技術與管理	l 研擬強燃性物質與設備的管理方法對策
商品化預計時程	小型冷氣機	l 主機外形變大，對小型冷氣機而言無前途	l 2000年左右	l 2000年左右	l 無法預期 l 設計、製造、銷售欲克服其強燃性極為困難
	中型冷氣機組	l 主機外形變大，不易普及	l 中大型冷氣機組會更晚	l 同上	l 同上

已廣為汽車空調系統所採用的R-134a (取代R-12)，其優點為：

1.  純質冷媒，可用於滿液式系統，系統發生洩漏時成分不致發生變化

2.  毒性極低(允許之暴露濃度為1000 ppm)、不可燃

3.  工作壓力低於R-22，無壓力容器結構問題

4.  冷媒價格低於R-407C、R-410A

其缺點為：

1.  須使用合成冷凍油，吸濕性極高

2.  熱交換器面積大於R-22系統

3.  體積製冷能力低於R-22 30%~35%

國內已有製造廠提供R-134a專用的螺旋式壓縮機，並已開始被國內冰水機業者所採用。

R-407C的熱力性質與R-22非常接近，壓縮機能力及系統之溫度與壓力亦與R-22相仿，被認為是可以直接drop-in之冷媒，其特點為：

1.      應用於空調時之蒸發溫度範圍，其溫度滑落(Temperature glide)約為6℃(10.8℉)，利用此特性，應用於逆向流之熱交換器將可有效提升熱傳效率

2.  當系統充填冷媒時，須採用液態充填。若系統有洩漏發生之時，冷媒成分將發生變化，造成維修上的困難

3.      須使用合成冷凍油，吸濕性極高

4.      工作壓力與R-22近似

5.      系統效率比R-22低約5%

6.      冷媒價格甚高

R-290(Propane，丙烷)為一自然冷媒，其特點為：

1.  具強烈可燃性，須做好安全防護措施

2.  系統效率與R-22相當

3.  工作壓力低於R-22

4.  冷媒充填量少，約為HFC冷媒的50%，且價格便宜

5.  沒有臭氧層破壞或溫室效應的問題

6.  可使用礦物油做為冷凍油

由以上特點可發現，R-290唯一的缺點就是其強烈可燃性(空氣中體積濃度達2~10%時，即可被火花或400℃以上的高溫物體引燃)，除了歐洲外，並不為其他國家接受。相關冷媒的燃燒性、毒性比較見表2。

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中華民國CFC與HCFC冷媒替代發展現況

一、前言

根據蒙特婁議定書的決議，大多數的國家都已將CFC’s化合物以及其他破壞臭氧層的化學物質加以管制。我國雖然不是聯合國會員國，但仍然遵守蒙特婁議定書的管制時程以防止臭氧層遭到進一步的破壞。表一為我國控制臭氧層破壞物質的減量時間表，並與蒙特婁議定書的管制時程比較。

圖一為1986年至1996年我國CFC’s化合物的年消費量。表二為1989年至1995年我國各類CFC’s化合物的年消費量。由這些資料可看出，我國在過去十年中，已成功減少CFC’s的使用量。其中最主要的用途是作為冷凍空調領域的冷媒之用。圖二為1991年CFC’s應用範圍的比例。

此外，臺灣亦遵守蒙特婁議定書的決議，自1996年1月1日起開始限制HCFC’s的使用量。表三為1996年我國各類HCFC’s化合物的使用情形。並已由政府建立HCFC’s的使用配額制度，目前冷媒與發泡用途占HCHC’s使用總量的98%。

在產官學界的合作下，從暸解臭氧層破壞問題的重要性，到遵守蒙特婁議定書的決議，台灣已成功的完成破壞臭氧層化學物質減量的第一步。本文將對過去幾年的工作加以說明，焦點是放在汽車空調、家用冰箱、小型與大型空調機以及商用冷凍上。

二、 汽車空調

我國目前約有五百萬量的汽車，並且百分之九十九以上都配備有空調設備。由圖二所示，1991年約使用2000公噸的CFC-12，其中有百分之五十是做為汽車空調冷媒之用。但自1994年7月1日起，新車皆不得再使用