《中国空调行业铝应用研究白皮书》

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。

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。