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為什麼大家都在談R290與R1270？
近十年來，隨著歐盟F-Gas法規與各國減碳政策持續收緊，高GWP氟化冷媒（如R410A、R32、R404A）一步步走向被淘汰的命運。新法規Regulation (EU) 2024/573更明確要求逐步「非氟化」化，鼓勵業界改用自然冷媒與低GWP冷媒。
在這個大背景下，R290（丙烷）與R1270（丙烯／丙烯烴）這兩種烴類自然冷媒重新被搬上檯面。它們同樣屬於A3級「低毒性、高可燃性」冷媒，臭氧破壞指數ODP為0，全球暖化潛勢GWP約在2–3之間，相較於R410A的2088與R32的675，可說是「環境友善度等級拉滿」。
然而，R290與R1270並不是只是「換一罐氣」這麼簡單。兩者的熱力學特性、壓力等級、冷卻容量與系統設計條件，都會直接影響機組尺寸、能效與安全防護。這篇文章就從基本物性開始，一路談到設計實務、法規、安全與未來混合冷媒應用，幫你釐清何時該選R290、何時該選R1270，甚至何時該考慮兩者的混合配方。
R290與R1270的基本特性與環境指標
從化學本質來看，R290與R1270其實就是工業常見的丙烷與丙烯，只是純度與雜質控制達到冷媒級標準：
| 特性 | R290（丙烷） | R1270（丙烯） |
|---|---|---|
| 化學式 | C₃H₈ | C₃H₆ |
| 分子量 | 約 44.1 g/mol | 約 42.1 g/mol |
| 沸點（1 atm） | 約 −42.1°C | 約 −47.6°C |
| 臨界溫度 | 約 96°C 以上 | 約 86.7°C |
| ODP | 0 | 0 |
| GWP（100年） | 約 3 | 約 2–4 |
| 安全分類（ISO 817） | A3 | A3 |
| 毒性 | 低毒性 | 低毒性 |
上述數據在不同標準與資料庫中略有差異，但整體趨勢一致：兩者都屬於低GWP、零ODP的自然冷媒，且皆被歸類為A3高度可燃冷媒。gas-servei.com+3Intarcon+3Gases Grit+3
從系統設計角度來看，R1270的沸點更低、分子量更小，通常會帶來更高的單位體積冷卻容量；而R290的臨界溫度較高，在高環境溫度或高冷凝溫度工況下，運轉壓力會相對更溫和，這也是它在小型商用冷藏設備廣泛應用的一大原因。(Copeland)
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冷媒循環與熱力學原理：為什麼R290與R1270效率高？
要理解R290與R1270的優勢，得先回到最基本的蒸氣壓縮冷凍循環。典型循環包括蒸發器、壓縮機、冷凝器與膨脹元件四個關鍵部件。冷媒在蒸發器中吸熱汽化，經壓縮機升壓升溫，再在冷凝器中放熱凝結，最後經膨脹元件節流降壓回到蒸發器，如此不斷循環。冷凍能力主要取決於冷媒在蒸發前後的焓差（潛熱與顯熱變化）。
在熱力學上，單位質量制冷量可以近似由焓差表示：
$$ q_0 = h_1 – h_4 $$R290具有較高的汽化潛熱與良好的熱傳特性，因此在相同質量流量下可以帶走更多熱量，也就是 q₀ 較大；再加上黏度較低、管路壓降小，整個系統在相同冷凍能力下可以設計得更小流量、更細管徑。
R1270則在「單位體積冷卻容量」上更具優勢。由於其密度與壓力曲線，使得在同樣的體積流量下，壓縮機可以輸送更高的冷凍能力，這對大型工業浸沒式或多機頭並聯系統特別有利。若以R22為基準，在相近蒸發與冷凝溫度下，R1270的單位質量與單位體積冷卻容量皆高於R22，且壓縮比可降低約20–30%，這直接轉化為COP提升與壓縮機負荷減輕。
換句話說：
- 想要在有限空間裡塞進更大的冷凍噸數，R1270因為體積制冷量高會相對佔優。
- 想要在中高環境溫度下維持溫和排氣溫度與良好的效率，R290的高臨界溫度與低排氣溫度特性會更有吸引力。
能效表現與系統設計比較：R290 vs R1270
在實際測試中，R290與R1270的性能差異，常常不是「誰一定比較省電」，而是「在什麼應用條件下各自最合適」。
R290的典型優勢
- 高潛熱與良好熱傳，使得同樣冷凍噸數下冷媒充灌量可以明顯低於傳統HFC。
- 排氣溫度遠低於R22、R32，有助於降低壓縮機過熱與油品劣化風險。
- 在許多實驗中，分液冷凝條件下R290系統的COP可與R32接近，但因壓力與容積流量較低，設計上偏向小型、自含式設備或中溫工況。
R1270的典型優勢
- 對比R22：在許多案例中，若將冷媒換成R1270並調整節流與潤滑油，冷媒充灌量可減少約50%，COP提升約6–8%，壓縮比下降約20–30%。
- 對比R32：研究顯示，在保持相同冷卻容量的條件下，使用R1270的系統耗電量可比R32低約10–15%，而且冷媒用量能減少超過50%。
- 混合系統：R744/R1270混合物在一些試驗中，其COP與體積冷卻容量都優於R744/R290混合物，顯示R1270在高壓級或二元混合設計中相當有潛力。
在設計實務上，可以粗略把兩者的定位想成：
- R290：中小型商用冷藏、展示櫃、小型冷庫、家用與輕商用熱泵，偏重「已被市場大量驗證」的成熟應用。
- R1270：低中溫工業冷凍、浸沒式系統、工業級LNG冷卻，以及部分空調與電動車熱泵研究應用，偏向「對效率與容量要求高、可接受較複雜安全設計」的場景。
產業應用與市場發展：誰現在用得比較多？
在實際市場上，R290目前是烴類冷媒的「市佔王」，尤其在歐洲，超市與便利商店的自含式展示櫃、冷凍櫃，已經大量採用R290並運行超過20年。
R290常見應用
- 超市、便利商店、餐廳的自含式展示櫃與冷凍櫃
- 10–50 m³ 等級的小型冷庫與步入式冷藏室
- 中大型乙二醇（glycol）冷凝機組，取代原有HFC系統
- 小型商用／家用空調與熱泵，尤其是歐洲已商用化的R290熱泵產品線
在北美，由於安全規範限制，自含式R290系統的充灌量曾長期被限制在150 g以內，因此多用於冷凍櫃、展示櫃這類低充量設備。不過隨標準更新與市場壓力，相關限制正逐步放寬。
R1270常見應用
- 低溫與中溫工業冷凍系統，作為R22的替代方案，尤其是浸沒式或淹沒式蒸發器系統
- 工業級冷卻與LNG液化流程
- 小部分空調與熱泵系統，以及電動車熱管理的研究用工質
從市場數據來看，整體烴類冷媒市場正快速成長。部分研究指出，2025年全球烴類冷媒市場約6.6億美元，預估到2033年將以約6.9%的年均成長率持續擴張；另一份報告則估計2023年整體烴類冷媒市場約15億美元，2032年可成長到32億美元，年複合成長率約8–9%。
各家調查數字略有不同，但結論一致：在F-Gas法規壓力與低GWP政策推動下，包含R290與R1270在內的烴類冷媒，未來十年都將維持穩定成長。
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法規、安全標準與充灌量計算實務
雖然R290與R1270在環境面幾乎是「無可挑剔」，但A3高度可燃的標籤，代表設計與安裝必須遵守更嚴格的安全標準。
1. F-Gas法規與豁免
最新的歐盟F-Gas Regulation (EU) 2024/573大幅強化對高GWP氟化冷媒的限額與禁用時程，包括：
- 自2020年代中後期起，GWP ≥150的F-gas在許多自含式冷藏冷凍設備中被禁止使用。
- 未來在空調與熱泵領域，GWP高的氟化冷媒也將逐步被淘汰。
然而，像R290與R1270這類ODP = 0且GWP極低的自然冷媒，並不屬於被管制的F-gas範圍，因此不受配額限制，也不在禁用名單之中。這使它們在中長期規劃上具有明顯優勢。
2. EN 378與充灌量計算
對於A3可燃冷媒，EN 378標準提供了「最大充灌量」計算方式，避免一旦發生洩漏時，室內冷媒濃度超過下爆炸極限（LFL）。
對於許多應用情境，EN 378:2016中給出的基本公式為：
$$ m_{\max} = 0.2 \times LFL \times V_{\text{room}} $$以R290為例，其LFL約為 0.038 kg/m³。若設備安裝在一個有效體積為 30 m³ 的小型空間，則理論最大充灌量約為：
$$ m_{\max} = 0.2 \times 0.038 \times 30 \approx 0.228\ \text{kg} $$也就是大約 230 g 左右。這個數字可以幫助工程師判斷：
- 自含式展示櫃若單機充灌150–200 g，大多能在標準範圍內；
- 若要設計多聯機或大型空調系統，可能需要區分多機組、採用間接乙二醇回路，或將設備移至機房，以放寬充灌限制。
3. 安全設計與操作管理
由於R290與R1270都屬高度可燃冷媒，設計與操作上必須特別注意：
- 設備配置：避免將機組直接設在有火源、電弧或火花頻繁的區域；對於自含式設備，通常要求與可能點火源保持一定距離。
- 通風設計：機組周圍應具備良好自然或強制通風，確保洩漏時冷媒能迅速被稀釋。
- 洩漏偵測：在機房或密閉空間內，建議加裝適用烴類氣體的偵測器，並定期（例如每12個月）進行校驗。
- 防爆電氣與ATEX標準：風扇、繼電器、開關等電氣元件應採用防爆設計，並符合ATEX相關指令，降低點火風險。
- 人員訓練與認證：維修技術人員需接受烴類冷媒專門訓練，熟悉充灌、抽真空、回收與洩漏應變程序。
這些條件會讓R290與R1270系統在初期投資上高於傳統HFC，但換來的是長期的法規穩定性與能源成本節省。
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混合冷媒與未來展望
除了純R290與純R1270之外，近年也出現許多以烴類為基礎的混合冷媒研究。例如：
- R32/R290與R32/R1270（常見為70/30質量比），作為R410A的低GWP替代方案，部分實驗顯示R32/R1270混合物的冷卻能力甚至可比R410A高約8–9%。
- R290/R1270混合配方應用於冷藏皮卡車等移動冷凍系統，COP表現可達4左右，在兼顧效率與充灌量控制上展現不錯的平衡。
- R290/R1234ze(E) 等混合物，透過調整比例可以大幅降低可燃性，同時維持良好熱力性能，且GWP仍遠低於傳統HFC。
從宏觀角度來看，R290與R1270的優勢可以總結為幾點：
- 環境衝擊極低：GWP接近零、ODP為零，在任何未來版本的氣候協定中都極具安全邊際。Intarcon+2Gases Grit+2
- 能效優異：在正確設計的條件下，COP不僅不輸HFC，甚至可以顯著節能，減少用電與間接CO₂排放。Copeland+2NevadaNano
- 技術成熟度提高：歐洲超市與冷鏈產業已經用R290超過20年，壓縮機、膨脹閥與控制器等關鍵零件愈來愈標準化。Copeland
但同時，挑戰也非常現實：
- A3可燃性帶來的充灌量限制與防爆設計成本，使得在大型商用與高樓空調中，R290/R1270仍不一定是最佳解，CO₂（R744）與NH₃（R717）在部分場景仍具競爭力。國際冷凍研究所
- 設備商與技術人員需要重新建立烴類冷媒的安全文化與技術標準，這需要時間與教育投入。
對設計工程師與設備業者而言，比較務實的思路是：
- 在小型冷藏與展示櫃、家用／商用熱泵等領域，優先考慮R290，因為市場成熟、案例多、零件齊全。
- 在工業冷凍與高容量系統，可以評估R1270或含R1270的混合冷媒，利用其高體積冷卻容量與效率優勢，同時確保機房設計能滿足所有安全規範。
- 在長期法規與品牌形象上，越早導入自然冷媒，越能降低未來再次改制的風險。
隨著F-Gas配額持續收緊、2020年代中後期起各國陸續禁止高GWP冷媒新機銷售，可以預期R290與R1270將不再只是「特殊選項」，而會逐漸成為冷凍空調產業的主流選擇之一。趁現在建立相關設計與安全能力，就是為未來十年的冷媒版圖預先卡位。
