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2024上海國際暖通空調與舒適系統展覽會

COMFORTECO CHINA 2024

2024年6月3-5日

上海 | 國家會展中心(虹橋)

距離開展

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淺談“減碳”目標下暖通空調行業發展方向

本文從“減碳”的角度對暖通空調行業的未來發展方向進行分析,總結出產品節能、綠色工廠、技術升級及循環利用等四方面將會是未來重點關注的方向,并分析了“減碳”過程中新的商業機會。

 

01產品節能減碳

 

根據國家統計局發布的數字,2020年我國空調器市場保有量約6.5億臺。根據IEA的預測,從2016年到2050年,空調器的市場保有量將從12億臺增加至45億臺。若不采取積極措施提升能效、降低排放,空調器的總排放將超過3億噸CO2當量。

 

2019年國家發展改革委等七部委出臺了《綠色高效制冷行動方案》,方案提出了到2022年及到2030年兩個階段性的節能減排目標,如表1所示。

 

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表1 制冷空調產品的節能目標要求

 

同時,2030年制冷產品總體能效水平較2021年提升25%;同期大型公共建設空調系統能效提升30%。綠色高效制冷產品市場占有率2022年較2021年提升20%,2030年較2021年提升40%。

 

產品節能減碳需要從研發階段就引入全生命周期低碳設計理念,基于這一理念,未來的空調行業將呈現3個特點。

 

1.1 空調更高效

 

從國家強制性標準來看,2021年7月1日起,《房間空氣調節器能效限定值及能效等級》緩沖期結束。表明新的家用空調市場能效準入門檻提高,定頻空調在能效分級能效上的優勢消失。

 

電子膨脹閥(圖1)在部分負荷及超負荷的工況下可以有效控制制冷劑流量,在提高安全性的同時提升能效。目前韓國、日本市場的房間空調器電子膨脹閥配套比例近乎100%,我國市場目前約為70%,可以預見接下來配套比例將不斷提升。

 

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圖1 電子膨脹閥

 

1.2 變頻更普及

 

變頻技術在多聯機、家用空調領域普及率高,但是在冷庫、冷凍冷藏運輸設備和冷柜等方面的應用有限。冷凍冷藏應用較空調應用工作環境更復雜、對于可靠性和售后服務的要求更高。變頻技術結合電子膨脹閥的應用可以實現快速降溫,運輸過程中的精確控溫,結合IT技術對全過程進行實時監控,在食物保鮮及延長儲存時間方面起到重要的作用。

 

由于核心零部件(壓縮機、電子膨脹閥和控制器等)價格高,導致變頻普及率很低,隨著主要核心零部件廠家在技術方面的不斷突破,價格合理的變頻壓縮機、控制器及低內漏電子膨脹閥都已經推向市場,預計變頻技術將在冷凍冷藏領域得到更普遍的應用。

 

1.3 制冷劑更環保

 

2021年6月17日,中國常駐聯合國代表團向聯合國秘書長交存了中國政府接受《〈關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書〉基加利修正案》的接受書。該修正案于2021年9月15日對我國生效。該修正案明確將HFC134、HFC134a、HFC143等18種氫氟碳化物(HFCs)列入受控物質清單。

 

根據《基加利修正案》設定的削減時間表,大部分發達國家將從2019年開始削減HFCs,到2036年在基線水平上削減85%;包括中國在內的絕大部分發展中國家將在2024年對HFCs生產和消費凍結,2029年在基線的水平上削減10%,到2045年削減80%。

 

基加利修正案明確了限制使用的制冷劑清單及不同國家的碳排放削減要求,其中包括目前在國內大量使用的R410A、R32等制冷劑。R32由于其弱可燃性及相對較低的全球變暖潛能值,將在國內空調領域制冷劑過渡階段扮演重要的角色。其它應用領域當前制冷劑產品及未來可能替代物情況可參考表2。

 

目前國外用HFO-1234yf和HFO-1234ze(E)替代R134a作為制冷劑的初步評估已經開始,但于HFO類制冷劑成本較高,且開發和部署新產品需要重大的投資要求,使新一代制冷劑的推廣困難重重。我國作為《蒙特利爾議定書》的第五條款國,按照該2016年基加利修正案的要求,將于2024年之前開展實質性削減HFCs的管控工作。

 

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表2 當前制冷劑產品及未來可能替代物情況

 

02 綠色生產減碳

 

綠色生產包含材料選擇、制造工藝、工程應用及可回收性等方面的綜合考慮。

 

材料方面:

 

不銹鋼由于其更高的抗拉強度、更好的耐腐蝕性、更長的使用壽命、更低廉的價格及更環保的焊接方式,將在流體控制元器件上替代一部分銅。目前不銹鋼四通閥和球閥等產品已經大批量應用于制冷空調市場,其中不銹鋼四通閥的銷售規模超過1000萬只。

 

工藝方面:

 

激光焊接由于其速度快、深度大、變形小和工藝環保等特點,應用領域將進一步拓展。在實際工程安裝過程中,免焊接的連接器(圖3)將成為一種趨勢。

 

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圖3 免焊接的連接器

 

03 技術升級減碳

 

“碳中和”目標某種程度上也在倒逼行業技術升級、思考更有效的解決方案,主要體現在冷熱一體、冷鏈升級和冷庫改造三個方面。

 

3.1 冷熱一體

 

目前大部分空氣源空調熱泵機組,其室外機一般會采用風冷換熱器,沒有安裝冷熱回收裝置,某種程度上也是一種“浪費”。由于制冷系統的兩端同時產生冷源或熱源,冷熱同時利用可以實現能源利用的最大化,將會成為未來的發展趨勢。諸如冷庫機組、空氣源冷熱水機組和機房空調等,如何同時高效利用兩側的能量是進一步研究的關鍵。

 

3.2 冷鏈升級

 

冷鏈物流是以冷凍及冷藏技術為基礎、制冷技術為措施,使物品在流通中各環節(生產、存儲、運輸和銷售)始終處于適宜的低溫環境下的食品冷藏運輸技術。冷鏈物流的目的是保證冷鏈物品質量,減少冷鏈物品損耗。冷鏈物流行業貫穿第一產業、第二產業和第三產業,有效銜接鄉村振興、促進消費升級的重要產業。根據相關數據顯示,2020年整體市場規模超4 000 億元。2015—2020年國內市場規模持續增長,其年均復合增長率約為17%。

 

3.3 冷庫改造

 

冷庫行業一直是我國在節能方面管理相對薄弱的應用環節,從冷庫設備生產企業競爭力看,市場集中度不高,存在“小而散、缺專人和缺資金”等問題。中小型冷庫因其施工標準不統一,安裝人員缺乏專業的培訓和指導,很多老舊制冷設備成為耗能大戶。隨著以變頻壓縮機、電子膨脹閥為代表的核心零部件技術不斷突破,節能技術將廣泛應用于新建冷凍冷藏設備,很多高能耗的老舊設備也將迎來升級換代的高峰。

 

04 循環利用減碳

 

環?;厥瞻▋蓚€層面的內容:

 

1)選材方面關注回收處理方法簡單、回收價值高的材料,從而達到資源消耗最低、環境污染最小的目的;

 

2)在制冷空調設備的維修及更換方面,要特別關注制冷劑的回收利用或環保處理。據了解,目前在設備維修及更換過程中,絕大多的操作都將系統中制冷劑直接排放到空氣中。這是目前在設備全生命周期中碳排放較高的環節,該方面的改善有賴于國家及行業層面出臺相關的技術規范,并對從事該工作的人員進行專門的培訓。

 

中國循環經濟協會于2020年12月批準發布《廢棄電器電子產品制冷劑回收技術規范》(T/CACE 023—2020)、《廢棄電冰箱處理技術規范》(T/CACE 024—2020)兩項團體標準,可以作為技術規范參考執行。

 

05 減碳過程中新的機遇

 

5.1 熱泵熱水器采暖

 

熱泵作為高效清潔供熱的有效手段,在民用、工業方面發揮了越來越重要的作用。作為連接電能和熱能的高效能量轉換技術,熱泵技術必將成為熱能供應的核心技術。隨著消費者對于生活質量及舒適性的高要求,地暖的市場占有率在不斷提升,目前最大比例為傳統的室內暖氣片供暖。傳統的供暖系統主要使用燃煤對鍋爐內的水進行加熱并分布至不同的供熱單元,大量的燃煤消耗是導致霧霾及高碳排放的主要原因之一。

 

隨著國家對于北方冬季采暖的清潔性、環保性的要求不斷提高,熱泵熱水機組作為冬天熱水加熱的高效設備,近年來在北方廣泛應用。根據IEA(International Energy Agency)發布的ETP(Energy Technologies Perspectives)預測,到2030年,市場保有量將達到目前的3倍,到2040年熱泵熱水器將成為主流建筑供暖及制冷設備。

 

5.2 電動汽車

 

交通領域用能是能源消耗重要的組成部分之一,交通領域實現降低碳排放最主要的途徑是電氣化。有數據顯示到2025年我國新生產的轎車滲透率將達到20%,到2035年將主要生產電動轎車。

 

電動轎車電池冷卻、電控系統冷卻、電驅系統冷卻和乘客艙冷卻將帶來汽車熱管理領域大量的業務機會。大量的充電樁會建設起來,充電樁冷卻市場同樣巨大。余熱利用熱泵系統與電加熱相比,根據不同的駕駛工況,可增加13%~15%的續航里程數。

 

5.4 風力發電變流器冷卻

 

海上風電起源于歐洲,目前在國內沿海地區有一定程度應用,預計接下來將迎來快速發展期。風電變流器發熱量大,工作環境多為高溫、高濕。目前10 kW以下設備變流器使用傳統風冷散熱及熱虹吸冷卻散熱技術較多;對于10 kW以上的設備,壓縮機氟泵雙循環冷卻散熱技術(圖4)有望得到廣泛應用。

 

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圖4 氟泵雙循環原理

 

5.5 數據中心冷卻

 

隨著社會經濟和科技的發展,數據中心等高熱流密度空間迅速增加。據中國信息通信研究院公開數據,2018年中國數據中心用電量為630×108kW·h,約占中國總用電量的0.9%,其中制冷能耗占總用電量的30%以上。

 

目前全球規模數據中心的數量已經超過42萬個,能耗已經約占全球發電量的3%。根據美國市場研究和咨詢公司的研究,2018年度數據中心的全球制冷市場規模為86億美金,到2025年將保持每年13.5%的增長。除了采用液體冷卻技術外,高效冷源是數據中心節能的主要方向,與清潔能源發電相結合的全年運行冷水機組將會成為實現高效冷卻的主要途徑之一。

 

來源:制冷空調換熱器

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