“铝代铜”的可行性探索之家电制冷

　　“铝代铜”技术是指以铝或铝合金材料替代传统铜材，主要应用于需导电、导热或结构支撑的领域。当前该技术主要应用于‌家电、‌输配电系统及新能源汽车领域。尽管目前铝代铜技术在推广过程中仍面临一些技术挑战和舆论压力，但其在降低成本、提升能效和推动绿色低碳发展方面的潜力不容忽视。

　　随着全球经济的快速发展和科技的不断进步，铜作为一种重要的战略资源，其需求量持续攀升。然而，阿拉丁（ALD）通过相关资料了解，2024年我国铜矿砂及其精矿进口量达2811.4万吨，同比增长2.12%，全口径铜资源（铜精矿、精炼铜、废铜等）对外依存度高达80%，我国铜资源的有限性和价格的波动性给许多行业带来了巨大的成本压力，尤其是在空调制造领域。

图1 铜矿砂及其精矿进口数量（万吨）

数据来源：国家统计局

　　空调作为现代生活中不可或缺的家电产品，其生产过程中对铜的依赖程度极高，铜管和铜制换热器是空调的核心部件之一，空调行业每年消耗铜约8.5亿kg，几乎占我国铜总需求量的21%。然而，铜价的持续上涨和供应的不稳定性，促使空调行业积极探索替代材料，以降低生产成本并确保供应链的稳定性。从环保角度看，铝的回收能耗较低，符合绿色制造和循环经济理念。铝的生产和加工过程中的碳排放量也相对较低，有助于减少制冷空调行业的碳足迹。

图2 铜铝现货价格

数据来源：阿拉丁（ALD）

在这一背景下，铝代铜技术应运而生。铝作为一种轻质、耐腐蚀且价格相对低廉的金属，逐渐成为替代铜的潜在选择。铝的导热性能虽然略低于铜，但价格低廉（比铜低近三分之一）。更重要的是，“铝代铜”减少了我国对稀缺资源铜的依赖，确保了材料的可持续供应，在铝加工方面也具备较强的竞争力。因此，理论上铝代铜技术不仅能够有效缓解铜资源短缺带来的压力，还能降低空调生产的原材料成本，提升产业链的稳定性和抗风险能力。

表1铜、铝材料性能对比

内容来源：阿拉丁（ALD）

表1显示出同为Φ7圆管（ф表示管道外径、"7"表示直径为7毫米‌），铝管的单位长度质量远低于铜管，同等尺寸的蒸发器，铝管质量更轻，成本优势明显。

第一，在机械性能方面，虽然铝管的抗拉强度明显弱于铜管，但其具有更好的屈服强度。结合蒸发器工作的实际环境，抗拉强度的减弱对其使用性能影响不大。换热器包括蒸发器和冷凝器。换热器的主要功能是通过热交换来转移热量，无论是从气体到液体，还是从液体到气体‌。

表2蒸发器与冷凝器

内容来源：阿拉丁（ALD）

如表１所示，铝的导热系数不足铜的一半。对比铜铝换热效果和如何提高铝换热效果的研究成为中外学者的研究热点。国内相关实验研究，通过对比铜管和铝管蒸发器的性能，在相同的系统上进行额定制冷量、高温制冷量和额定制热量的测试，在不同情况下进行试验对比，测试结果表明，两者的性能差异很小，换热效率的差值不超过1.5％，在实际应用中，理论上可以通过其他方法来弥补这种性能差异，例如增加风量、增加散热面积，从而实现铝代铜的替换应用。

近年来，铝代铜技术在空调行业中的应用逐渐从理论走向实践。从室内外机连接管到换热器，铝材料的应用范围不断扩大。尤其是在微通道换热器、铝管蒸发器等关键部件的研发中，铝代铜技术已经取得了显著的进展。传统的换热器是铜管铝翅片式，目前微通道换热器成为铝代铜关键技术，广泛应用于空调、冰箱等家用电器领域。微通道换热器的通道当量直径在10μm至1000μm之间，扁平管内有数十条细微流道，这些流道在扁平管的两端与圆形集管相连，集管内设置隔板，将换热器流道分隔成数个流程‌。相比之下，传统换热器的结构通常较大，流道直径也较大。

表3微通道换热器与传统换热器对比

内容来源：阿拉丁（ALD）

此外，另一实验结果显示：在不同的入口风速下，铝管翅片换热器的换热量和换热系数，分别比具有相同结构的铜管翅片换热器低4％～12％；铝换热器在成本仅增加8％的情况下，实现了比铜铝换热器高67％的换热量。

第二，我们从耐腐蚀性的角度出发，阿拉丁（ALD）查阅大量文献，通过浸渍实验和循环腐蚀实验分别模拟管道内部和外部环境，结果表明，铝和铜合金在制冷剂和冷冻机油中均未出现明显腐蚀，表现出良好的化学稳定性。在外部环境腐蚀测试中，铝合金的腐蚀深度在工业允许范围内，且其耐候性与铜合金相当。铝合金可作为铜合金的替代材料用于制冷剂管道，特别是在内陆地区，其耐久性可达20年以上。

第三，在加工性能方面，在窗机空调的生产领域，普遍采用直排设计，焊点大多可自动焊接。而分体式空调的室内机蒸发器由于其结构的特殊性，多采用三折设计，自动焊接率有所下降，但数量有限，对生产影响不大。焊接问题还可以通过优化端板设计或更换不锈钢材质进行解决。

第四，应用层面。

① 冰箱通过采用铝制换热器、微通道技术和铝制管路，实现了轻量化、高效换热和成本效益。国内如海尔冰箱已广泛应用铝材，其超薄零嵌冰箱采用铝制发泡技术，提升了空间利用率和节能效果。国外市场如欧美和日本，铝制换热器在冰箱中普及率较高，显著提升了换热效率和环保性能。

据阿拉丁（ALD）铝消费数据显示，2024年我国冰箱用铝量同比增长16.91%，预计2025年增幅将持续扩大。铝材的轻量化、低成本和高回收率使其成为冰箱行业的理想选择。

② 国外全铝空调的应用已取得显著进展，尤其在欧美和日本市场，铝制换热器和微通道技术已广泛应用于家用和商用空调中。例如，美国的室内机和商用空调室外机已普遍采用铝管和微通道换热器，显著提升了换热效率和节能效果。

日本企业如大金、松下和三菱电机也在加速铝材应用，计划大幅减少铜使用量，以降低成本并提升环保性能。但由于面临技术瓶颈和市场接受度等挑战，铝代铜在国内的家用和商用制冷设备中推进缓慢。

以美的、海信、格力等企业为代表，铝制换热器和微通道技术已在家用和商用空调中实现部分应用。例如，美的在北美市场推出了全铝微通道换热器的屋顶机系列，海信则在分体式挂机中采用了铝制零部件。

据阿拉丁（ALD）铝消费数据显示，2024年我国空调用铝量同比增长16.41%，其中家用空调同比增长19.5%。随着技术进步和政策支持，铝代铜有望在未来实现更广泛的应用，推动行业向绿色低碳方向发展。

③ 除此之外，微通道换热器在热泵、干衣机等领域也得到了广泛应用；铝代铜已成中低端燃气具、热水器等产品的标准配置，通过合金化提升铝材耐腐蚀性与强度；空调送风电机实现铝线化，排水泵企业掌握铝漆包线替代铜的核心专利等。

图3 家用电器铝消费变化

数据来源：阿拉丁（ALD）

据阿拉丁（ALD）调研下游加工企业及消费者了解到，尽管铝代铜在制冷空调行业中展现出显著的优势，但其推广和应用仍面临诸多挑战，这些挑战主要集中在技术瓶颈、工艺难度、市场接受度及标准规范等方面。

铝的导热性虽然较好，但不到铜的一半，这在某些高性能制冷空调系统中可能导致换热效率的下降，需要通过复杂的设计优化（如增加散热面积或改进流道结构）来弥补这一差距，这不仅增加了设计难度，也可能提高制造成本。铝的焊接和加工工艺与传统铜材料存在较大差异，铝的焊接容易产生氧化层和气孔，影响接头的强度和密封性，这对制造工艺提出了更高的要求，需要引入新的技术和设备，增加了生产复杂性和成本。

此外，家电制冷行业长期以来依赖铜材料，形成了成熟的技术体系、供应链和市场习惯，铝代铜的推广需要克服行业对铜材料的惯性依赖，这涉及市场教育、用户接受度及供应链调整等多方面问题。

另一个重要挑战是现有行业标准多基于铜材料，铝代铜需要制定新的标准和规范，以确保其安全性、可靠性和兼容性，这一过程可能需要较长时间，并需要行业各方的共同努力。同时，铝材料在某些极端环境下的耐腐蚀性和耐久性仍需进一步验证，尤其是在高温、高湿或腐蚀性气体环境中，铝的性能可能不如铜稳定，这限制了其应用范围。

最后，尽管全球铝的资源储备丰富，但国内铝土矿额供给及产业链下游生产过程中的能耗和环境影响仍然不可忽视，尤其是在电解铝生产阶段，如何进一步降低铝生产的碳排放和能源消耗，也是铝代铜推广过程中需要解决的问题。

综上所述，阿拉丁（ALD）认为铝代铜在制冷空调行业中的推广虽然具有广阔的前景，但仍需克服技术、工艺、市场、标准及环境等多方面的挑战，这需要行业、科研机构及政策制定者的共同努力，通过技术创新、工艺改进和标准完善，逐步推动铝代铜的广泛应用。