在“雙碳”目標和消費升級提速的雙重推動下，空調(diào)行業(yè)在綠色、節(jié)能等方面呼喚新技術突圍的聲量日益加大。與此同時，伴隨著空調(diào)生產(chǎn)規(guī)模的增加以及國際市場競爭加劇，單一依賴銅資源帶來的制造成本增加、產(chǎn)業(yè)鏈不穩(wěn)等弊端日益凸顯，加快研發(fā)替代材料已經(jīng)勢在必行。而空調(diào)鋁應用正是這樣一個值得持續(xù)研究推進的解決方案。
經(jīng)過長期的準備，由中國家用電器研究院主編、中國空調(diào)行業(yè)鋁應用研究工作組聯(lián)合編制的《中國空調(diào)行業(yè)鋁應用研究白皮書》（以下簡稱“白皮書”）已于2023年上半年正式發(fā)布?！鞍灼睆亩鄠€維度對空調(diào)鋁應用的價值進行探討，對行業(yè)技術推廣以及消費者認知提升均具有重要意義。
空調(diào)鋁應用有望彌補現(xiàn)有技術短板
鋁是常見金屬中導熱系數(shù)僅次于銅的材料，非常適合用在制冷系統(tǒng)中作為換熱器及各種連接管路。鋁材用于換熱器制作，有望為在空調(diào)換熱器性能衰減放緩方面帶來新潛力。白皮書指出，無論是鋁管換熱器還是銅管換熱器，在長期使用后，換熱性能都會衰減，但鋁材經(jīng)過技術優(yōu)化后可以明顯改善。目前，業(yè)內(nèi)主要有適當合金鋁材和應用涂層兩種優(yōu)化方式。比如，全鋁微通道換熱器中集流管、扁管及翅片采用幾種不同鋁合金及配合一定的涂層，材料的屬性相似，極大地降低了電化學反應造成腐蝕的速率。此外，涂層使用，使得鋁管和翅片只有涂層在完全腐蝕后，才會有腐蝕發(fā)生，進一步減緩了因為腐蝕造成的換熱損失，在長期應用上具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。
此外，現(xiàn)有的銅管翅片換熱器在潮濕環(huán)境中容易產(chǎn)生蟻穴腐蝕，導致制冷劑泄漏，影響使用。但這種腐蝕基本不會出現(xiàn)在鋁表面。這是因為鋁與外面空氣接觸的表面能形成一層致密的氧化膜，可隔絕內(nèi)部的鋁與外部腐蝕性物質(zhì)接觸，從而使其具備良好的抗蟻穴腐蝕性能。因此，在北美和加拿大等蟻穴腐蝕多發(fā)區(qū)，生產(chǎn)企業(yè)會選擇使用鋁制換熱器。
空調(diào)鋁應用能為行業(yè)綠色升級帶來新方向
鋁材的導熱系數(shù)雖然不到銅的一半，但鋁材用于制作換熱器，在經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計后，不僅可以克服其導熱系數(shù)低于銅的影響，更能帶來明顯的效率提升。例如，與傳統(tǒng)的銅管翅片換熱器相比，全鋁微通道換熱器的換熱效率更高。有研究表明，額定工況下測試，微通道換熱器效率提高按ε-NTU方法進行分析，一般可提高30%。換熱效率的提升將大幅提升空調(diào)節(jié)能效率。
在提高換熱效率的同時，空調(diào)鋁應用還為環(huán)保制冷劑的選擇和替代帶來了新可能。眾所周知，空調(diào)制冷劑的大量使用，大氣中氫氯氟烴（HCFCs）濃度越來越高，對環(huán)境影響也越來越大，并產(chǎn)生臭氧空洞、溫室效應等大氣環(huán)境問題。為最大限度降低空調(diào)制冷劑使用對環(huán)境造成的負面影響，空調(diào)行業(yè)一直在努力，而隨著綠色可持續(xù)發(fā)展理念的深入人心，形勢更為迫切。
零ODP（臭氧消耗潛值）和低GWP（全球變暖潛能值）是國際社會公認的環(huán)保制冷劑選擇和替代標準。然而，制冷劑低GWP與可燃性并存，安全起見，需要控制使用充注量。白皮書顯示，有應用表明，鋁制微通道或采用小直徑內(nèi)螺紋管等方式，可有效減少制冷劑充注量。以全鋁微通道換熱器為例，室內(nèi)機和室外機均替換的情況下，可以減少最高50%的制冷劑充注量。
另外，因為鋁材本身密度小，重量輕，十分有利于空調(diào)輕量化發(fā)展。2021年10月，家用電器綠色產(chǎn)品評價標準——GB/T 39761.1-2021《綠色產(chǎn)品評價家用電器》正式實施。該標準劃分了資源屬性、能源屬性、環(huán)境屬性和品質(zhì)屬性4個一級指標，其中資源屬性中將空調(diào)器的冷重比(空調(diào)器額定制冷量與室外機凈重的比值)作為衡量其是否屬于綠色家電的指標。這也就意味著，空調(diào)產(chǎn)品想要有更好地綠色表現(xiàn)，在努力提高其能源效率的同時，還要積極推動空調(diào)外機的輕量化設計。而鋁材的應用及結(jié)構(gòu)優(yōu)化為空調(diào)外機的輕量升級提供了新的空間。
空調(diào)鋁應用有助于空調(diào)產(chǎn)業(yè)供應鏈強鏈、穩(wěn)鏈
當前，銅是空調(diào)制造中不可或缺的原材料，而我國是一個貧銅國家。白皮書中數(shù)據(jù)顯示，中國銅精礦的對外依存度將長期保持在80%左右。特別是近年來，受金融資本入市、資源國政治事件和政策變化以及中美長期性博弈、地緣政治復雜性等因素影響，全球銅供應鏈頻繁震蕩，讓我國銅資源面臨了更為嚴峻的安全形勢。持續(xù)攀升的銅價讓競爭本就激烈的空調(diào)產(chǎn)業(yè)更加艱難。
可以說，鋁材應用帶來的新選擇，對整個產(chǎn)業(yè)的供應鏈穩(wěn)定至關重要。與銅資源匱乏形成鮮明對比的是，我國是鋁工業(yè)大國，產(chǎn)量和消費量連續(xù)多年位居世界第一。在錯綜復雜的國內(nèi)外環(huán)境下，加大空調(diào)鋁應用，對維護產(chǎn)業(yè)鏈安全與提升抗風險能力，增強空調(diào)產(chǎn)業(yè)國際競爭力，具有重要意義。
在實現(xiàn)空調(diào)制造用材多元化的基礎上，鋁應用還能提高資源利用率。由于鋁金屬的抗腐蝕性強，除某些鋁制的化工容器和裝置外，鋁在使用期間幾乎不被腐蝕，損失極少，可以多次重復循環(huán)利用。而且，鋁的熔點低，再生簡單，在廢棄處理時也無公害，有利于環(huán)保。空調(diào)用鋁后，整體回收優(yōu)勢會十分明顯。
目前，空調(diào)的換熱器大多數(shù)是銅管鋁翅片設計，其主要包括銅管、鋁翅片、端板（鋼材質(zhì)），在回收過程中需要將銅管、翅片、端板分別拆下。由于脹接緊密，在回收中，鋁、銅材料分離過程復雜，需要花費大量人力和物力，從而導致了回收效率低下，造成了資源浪費。而全鋁換熱器推廣開來，在回收過程中，鋁換熱器和鋁翅片不用分離，可以直接回收利用，更加有優(yōu)勢。
在國家鼓勵節(jié)能低碳的大背景下，綠色成為空調(diào)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向。白皮書認為，鋁在空調(diào)應用所帶動的環(huán)保制冷劑的普及提速、節(jié)能減排以及產(chǎn)業(yè)鏈安全保障等方面，正是行業(yè)發(fā)展所迫切需要的。鋁在空調(diào)中應用是大勢所趨。但就目前而言，空調(diào)鋁應用尚處于起步階段，有諸多問題亟待解決。白皮書建議，行業(yè)上下游應共同努力，通過制定統(tǒng)一標準、完善相關技術，維護消費者權益的同時，更規(guī)范行業(yè)發(fā)展，降低生產(chǎn)企業(yè)風險。
自2021年起，中國家用電器研究院作為牽頭單位，聯(lián)合相關政府部門、高校、企業(yè)，已經(jīng)連續(xù)六次召開“空調(diào)行業(yè)鋁應用研究”研討會。而白皮書的正式發(fā)布，標志著中國空調(diào)產(chǎn)業(yè)在鋁應用研究方面取得了初步成果。面向未來，空調(diào)鋁應用工作組工作人員表示，空調(diào)行業(yè)鋁應用研究任重道遠，需要行業(yè)協(xié)力攻堅，而工作組將繼續(xù)與大家攜手并進，繼續(xù)探索空調(diào)鋁應用技術發(fā)展的更多可能。
