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CFC-12冷媒。

目前我國新車中小型汽車所使用的冷媒為HFC-134a,大客車與卡車則HFC-134a與 HCFC-22兩者皆有,火車車廂則主要使用HCFC-22系統。

儘管如此,舊車維修保養充填時所使用的冷媒仍以CFC-l2為主,完成換裝冷媒的舊車,據調查低於5%。由於仍有大量的汽車空調使用CFC-12冷媒,為了不使這些冷媒任意被釋放至大氣中,工研院能資所建立了冷媒回收技術,其中包括了冷媒回收機設計製造技術,與冷媒換裝技術。除了將此技術移轉給國內廠商之外,還藉由舉辦訓練班、研討會等方式培訓超過2,000位冷媒換裝技術人員,目前由CFC-12換裝為HFC-134a的車輛估計已超過20,000輛。

 

 

三、電冰箱

我國目前正在使用中的家用冰箱約有七百萬台,年產量為450,000至500,000台,1996年之前,冰箱所使用的冷媒為CFC-l2,箱體中的熱絕緣材料則為使用R-11為發泡劑,由於牽涉到成本以及產量與產品穩定度的問題,由CFC’s轉換至非CFC’s的進度較慢,但仍然符合蒙特婁議定書的管制時程。

目前國內七大電冰箱廠主要使用HFC-134做為冷媒,而以HCFC-141b做為熱絕緣材發泡劑,自1996年1月1日起均已推出非CFC環保冰箱上市。

由於國產冰箱產品之製造技術相當優良,舊CFC-12系統換裝新冷媒的需求並不大。純粹由研究的角度出發,工研院能資所已進行了一些R-22/DME與R-22/142b混合冷媒的換裝試驗。

在發泡保溫材料方面,一些廠商已對使用cyclo-pentane來替代HCFC-141b進行評估,工研院能資所在經濟部能委會的支持下發展了真空保溫片的技術,希望能替代HCFC-141b,目前已開發出二氧化矽粉與開孔式PU兩型真空保溫片,正進行冰箱與冷凍庫體試驗中,產品穩定性須經由更多的時間來驗證,製造成本也是另一個須克服的問題。

一些組織已引進使用碳氫化合物作為冷媒的冰箱(HC,可燃物),並使用cyclo-pentane作為發泡保溫材料。從技術的觀點來看,碳氫化合物冷媒的效率較CFC冷媒高,且對於環境無害。但由於國內目前缺乏使用HC冷媒的經驗,除非引進國外的技術,否則廠商並不容易發展HC的相關技術。目前,我國對HC冰箱的銷售並無限制。

 

 

四、小型空調設備

小型空調設備大致可分為箱型、窗型、分離式及中央系統,國內冷氣機市場以窗型冷氣機用量最多,窗型與分離式冷氣的年產量為約為一百五十萬台,所使用的冷媒均以HCFC-22為主,箱型冷氣機以商業用途較多。依照蒙特婁議定書的決議,臺灣自1996年1月1日起開始限制HCFC-22的使用量。能資所以及一些製造商已開始研發R-22的替代系統,在部分大學中也已進行替代HCFC-22冷媒的熱傳性能研究。

在許多替代HCFC-22的冷媒中,目前最被看好的是R-410A與R-407C這兩種混合冷媒。R-410A為HFC-32與HFC-125的混合物(50%/50%),在台灣將被使用在3RT以下的空調機,由於系統的高壓極高,所以系統各元件必須重新設計過。目前工研院能資所與兩家國內廠商正進行原形機的開發,第一部原形機將於今年上半年完成。

3RT以上的空調機,則較看好R-407C(HFC-32、HFC-125與HFC-134a的混合物;23%/25%/52%),除了有6K的滑落溫差外,其熱力性能與R-22極為相似,當然在應用上系統與元件的適當改變亦是不可避免的。R-407C亦被認為可直接換裝在原R-22系統。

 

 

五、大型空調

一般冷凍空調主機型式包括離心式、往復式、螺旋式、渦卷式、迴轉式五種。大噸位空調系統主機大多使用離心式或螺旋式。離心式冰水主機皆為進口機組,目前約有2,800臺主機正在使用中,1996年就銷售了200至250臺,舊機主要使用CFC-l1或CFC-l2做為冷媒,而新機則以HFC-134a、HCFC-123與HCFC-22冷媒為主,自1993年起Trane、McQuay、Carrier、York等主要國外廠牌,逐漸開始引進非CFC’s冷媒的離心機。由於大多數的主機仍使用R-11、R-12冷媒,冷媒管理技術、回收回用觀念與高效能排氣系統(R-11主機)變得更為重要。在過去三年,大約已有30臺主機由CFC-12換裝為HFC-134a或由CFC-11換裝為HCFC-123,這些工作都是由原廠在台灣的分公司所完成。

國內冰水機的生產量約為7,000至8,000臺,壓縮機型式為往復式、螺旋式、渦卷式、迴轉式。主要以HCFC-22冷媒為主。目前也生產HFC-134a的主機。台灣目前有兩家生產HCFC-22與HFC-134a壓縮機的製造商,此外大部分的壓縮機皆為進口產品,所以未來HCFC-22的替代走向,將非常依賴進口壓縮機的冷媒使用種類來決定。

 

 

六、商業冷凍

商業冷凍在此泛指包括超級市場的開放型冷藏、冷凍展示櫃,以及製冰機、自動販賣機等。絕大部分冷凍設備使用蒸氣壓縮系統,舊有系統所用冷媒為CFC-12或R-502。新設備則使用HCFC-22或R-404A為冷媒。在經濟部工業局的支持之下,工研院能資所成功的輔導自動販賣機製造廠將其生產線自CFC-12改為R-404A系統。

超級市場的冷凍系統目前以HCFC-22為主要冷媒,但未來勢必要找尋新的替代品,目前並不明朗。

為了要保持系統中現有的CFC-12或R-502,必須做好定期檢查與保養。由於換裝非CFC冷媒的成本並不低,所以更換冷媒的系統並不多。

 

 

七、工業冷凍

在製程冷凍所使用到的冷媒以CFC-l2、R-502、HCFC-22以及R-717(氨)為主,冷媒的使用與系統的工程設計、結構、操作與維修工作有關。1996年之後,以HCFC-22使用量最大。新系統中,HCFC-22搭配二次冷卻系統將越來越流行。

R-717在食品工業已使用一段相當長的時間,食品工廠或倉儲使用R-717搭配二次冷卻系統有越來越多的趨勢。這些設備都必須遵守工業安全標準的規定。

 

 

八、結論

蒙特婁議定書簽訂後的十年間,在政府、研究單位與工業界的合作之下,我國已成功的在管制時程內解決CFC’s替代問題,並開始從技術開發及法令管制兩方面減少HCFC’s化合物的使用量,1996年HCFC’s的使用量非常接近政府所訂的上限,隨著經濟的成長與生活水準的提高,HCFC’s的使用量勢必還會增加,在替代品尚未明朗化之前,即將面對HCFC短缺的問題。

在所有CFC’s與HCFC’s替代品中,HFC-134a將大量使用在電冰箱及汽車空調中。R-410A與R-407C則很可能使用在冷氣機中。對冰水機、商用與工業冷凍系統而言,目前並沒有明顯的替代冷媒出現,但無論如何,能源效率、環境影響與冷媒價格將是新冷媒的三個最重要因素。

近年來,藉由各領域的努力,我國已完成許多配合蒙特婁議定書的工作,並不遜色於世界其他各國,儘管HCFC’s減量使用的時間表相當緊迫,但是我們相信,在政府、研究單位與工業界的合作之下,必定能完成此一重要的工作。

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秋の葉

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