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《中国空调行业铝应用研究白皮书》:助力绿色突围 提升消费认知

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2023年06月02日 16:55:36
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白皮书认为,铝在空调应用所带动的环保制冷剂的普及提速、节能减排以及产业链安全保障等方面,正是行业发展所迫切需要的。铝在空调中应用是大势所趋。但就目前而言,空调铝应用尚处于起步阶段,有诸多问题亟待解决。

在“双碳”目标和消费升级提速的双重推动下,空调行业在绿色、节能等方面呼唤新技术突围的声量日益加大。与此同时,伴随着空调生产规模的增加以及国际市场竞争加剧,单一依赖铜资源带来的制造成本增加、产业链不稳等弊端日益凸显,加快研发替代材料已经势在必行。而空调铝应用正是这样一个值得持续研究推进的解决方案。


经过长期的准备,由中国家用电器研究院主编、中国空调行业铝应用研究工作组联合编制的《中国空调行业铝应用研究白皮书》(以下简称“白皮书”)已于2023年上半年正式发布。“白皮书”从多个维度对空调铝应用的价值进行探讨,对行业技术推广以及消费者认知提升均具有重要意义。


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空调铝应用有望弥补现有技术短板


铝是常见金属中导热系数仅次于铜的材料,非常适合用在制冷系统中作为换热器及各种连接管路。铝材用于换热器制作,有望为在空调换热器性能衰减放缓方面带来新潜力。白皮书指出,无论是铝管换热器还是铜管换热器,在长期使用后,换热性能都会衰减,但铝材经过技术优化后可以明显改善。目前,业内主要有适当合金铝材和应用涂层两种优化方式。比如,全铝微通道换热器中集流管、扁管及翅片采用几种不同铝合金及配合一定的涂层,材料的属性相似,极大地降低了电化学反应造成腐蚀的速率。此外,涂层使用,使得铝管和翅片只有涂层在完全腐蚀后,才会有腐蚀发生,进一步减缓了因为腐蚀造成的换热损失,在长期应用上具有明显的节能优势。


此外,现有的铜管翅片换热器在潮湿环境中容易产生蚁穴腐蚀,导致制冷剂泄漏,影响使用。但这种腐蚀基本不会出现在铝表面。这是因为铝与外面空气接触的表面能形成一层致密的氧化膜,可隔绝内部的铝与外部腐蚀性物质接触,从而使其具备良好的抗蚁穴腐蚀性能。因此,在北美和加拿大等蚁穴腐蚀多发区,生产企业会选择使用铝制换热器。


空调铝应用能为行业绿色升级带来新方向


铝材的导热系数虽然不到铜的一半,但铝材用于制作换热器,在经过结构优化设计后,不仅可以克服其导热系数低于铜的影响,更能带来明显的效率提升。例如,与传统的铜管翅片换热器相比,全铝微通道换热器的换热效率更高。有研究表明,额定工况下测试,微通道换热器效率提高按ε-NTU方法进行分析,一般可提高30%。换热效率的提升将大幅提升空调节能效率。


在提高换热效率的同时,空调铝应用还为环保制冷剂的选择和替代带来了新可能。众所周知,空调制冷剂的大量使用,大气中氢氯氟烃(HCFCs)浓度越来越高,对环境影响也越来越大,并产生臭氧空洞、温室效应等大气环境问题。为最大限度降低空调制冷剂使用对环境造成的负面影响,空调行业一直在努力,而随着绿色可持续发展理念的深入人心,形势更为迫切。


零ODP(臭氧消耗潜值)和低GWP(全球变暖潜能值)是国际社会公认的环保制冷剂选择和替代标准。然而,制冷剂低GWP与可燃性并存,安全起见,需要控制使用充注量。白皮书显示,有应用表明,铝制微通道或采用小直径内螺纹管等方式,可有效减少制冷剂充注量。以全铝微通道换热器为例,室内机和室外机均替换的情况下,可以减少最高50%的制冷剂充注量。


另外,因为铝材本身密度小,重量轻,十分有利于空调轻量化发展。2021年10月,家用电器绿色产品评价标准——GB/T 39761.1-2021《绿色产品评价家用电器》正式实施。该标准划分了资源属性、能源属性、环境属性和品质属性4个一级指标,其中资源属性中将空调器的冷重比(空调器额定制冷量与室外机净重的比值)作为衡量其是否属于绿色家电的指标。这也就意味着,空调产品想要有更好地绿色表现,在努力提高其能源效率的同时,还要积极推动空调外机的轻量化设计。而铝材的应用及结构优化为空调外机的轻量升级提供了新的空间。


空调铝应用有助于空调产业供应链强链、稳链


当前,铜是空调制造中不可或缺的原材料,而我国是一个贫铜国家。白皮书中数据显示,中国铜精矿的对外依存度将长期保持在80%左右。特别是近年来,受金融资本入市、资源国政治事件和政策变化以及中美长期性博弈、地缘政治复杂性等因素影响,全球铜供应链频繁震荡,让我国铜资源面临了更为严峻的安全形势。持续攀升的铜价让竞争本就激烈的空调产业更加艰难。


可以说,铝材应用带来的新选择,对整个产业的供应链稳定至关重要。与铜资源匮乏形成鲜明对比的是,我国是铝工业大国,产量和消费量连续多年位居世界第一。在错综复杂的国内外环境下,加大空调铝应用,对维护产业链安全与提升抗风险能力,增强空调产业国际竞争力,具有重要意义。


在实现空调制造用材多元化的基础上,铝应用还能提高资源利用率。由于铝金属的抗腐蚀性强,除某些铝制的化工容器和装置外,铝在使用期间几乎不被腐蚀,损失极少,可以多次重复循环利用。而且,铝的熔点低,再生简单,在废弃处理时也无公害,有利于环保。空调用铝后,整体回收优势会十分明显。


目前,空调的换热器大多数是铜管铝翅片设计,其主要包括铜管、铝翅片、端板(钢材质),在回收过程中需要将铜管、翅片、端板分别拆下。由于胀接紧密,在回收中,铝、铜材料分离过程复杂,需要花费大量人力和物力,从而导致了回收效率低下,造成了资源浪费。而全铝换热器推广开来,在回收过程中,铝换热器和铝翅片不用分离,可以直接回收利用,更加有优势。


在国家鼓励节能低碳的大背景下,绿色成为空调行业高质量发展的重要方向。白皮书认为,铝在空调应用所带动的环保制冷剂的普及提速、节能减排以及产业链安全保障等方面,正是行业发展所迫切需要的。铝在空调中应用是大势所趋。但就目前而言,空调铝应用尚处于起步阶段,有诸多问题亟待解决。白皮书建议,行业上下游应共同努力,通过制定统一标准、完善相关技术,维护消费者权益的同时,更规范行业发展,降低生产企业风险。


自2021年起,中国家用电器研究院作为牵头单位,联合相关政府部门、高校、企业,已经连续六次召开“空调行业铝应用研究”研讨会。而白皮书的正式发布,标志着中国空调产业在铝应用研究方面取得了初步成果。面向未来,空调铝应用工作组工作人员表示,空调行业铝应用研究任重道远,需要行业协力攻坚,而工作组将继续与大家携手并进,继续探索空调铝应用技术发展的更多可能。

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