中央空调在欧美市场已历经百余年,市场已进入成熟阶段。我国中央空调行业起步于20 世纪50年代,经历了从最初的仿制国外产品,到自行设计制造,引进技术的消化、吸收,直至目前的自主开发、创新等几个阶段。20世纪90年代起,我国中央空调行业进入蓬勃发展时期。随着我国城市化进程的加快、房地产业和建筑业的快速发展、工商业设施的不断新建以及人民生活质量的提高,对中央空调设备的需求日益增长,目前,我国已成为全球发展最迅速、最具有活力的中央空调市场。
中央空调设备广泛应用于各种工业制冷场所以及写字楼、商场、轨道交通、机场、医院等各类公共建筑,2019年整体市场规模达到约964亿元,市场空间巨大。近年来受益于国内经济的快速增长,以及人民生活水平提升带来的对生活居住环境舒适度要求的提高,我国中央空调市场保持着稳步增长。2019年,受宏观经济增速放缓、中美贸易摩擦等多重因素影响,中国中央空调市场逐渐显现增长压力,较2018年下滑了3.61%。2019年,国内品牌阵营依托本土优势和技术进步,不断提高市场地位和行业影响力,市场占有率已经超过47%。
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中央空调行业应用领域广泛,与国家经济形式、城镇化所处阶段和基本建设规模息息相关。随着国内航空装备、轨道交通、智能制造、生物医药等高端制造业的发展和工业转型升级的加快,以及我国城镇化水平的进一步提升,虽然中国中央空调市场各年度市场需求存在波动,但总体规模巨大,中央空调行业未来市场空间依然广阔。
中央空调设备行业整体技术含量较高,属热、机、电一体化产品,其研发、设计和制造过程中应用了制冷系统技术、暖通工程技术、有机化工、强化传热技术、高效节能技术、焊接技术、机械结构设计技术、自动控制技术、计算机仿真和电子信息技术、核心部件集成应用技术、产品检验检测技术、噪声与振动技术等众多技术,行业跨度大,涉及部门和学科多,具有较高的技术含量,对生产企业的研发、制造工艺、质量控制等能力均有较高要求。
近年来,中央空调设备行业在压缩机和换热器等关键核心部件、节能环保和净化等技术取得了较大进步,对于提高行业整体技术水平、降低工业能耗和建筑能耗、促进节能减排、改善冬季雾霾、提升室内空气净化程度作出了积极贡献。
提高冷凝器和蒸发器传热性能,是提高空调机组运行能效,降低资源和材料消耗的重要途径,近三年中央空调行业对下述技术进行了深入研究:
通过对齿型、片型、微通道的结构和传热优化,及新材料、新工艺的应用,小管径及微通道高效换热器的换热性能和可靠性得以持续提高,目前在热泵、冷冻冷藏、机房空调等各类产品已得到广泛应用,有效减少制冷剂充注量和材料的消耗,还可减少机组体积,使机组结构设计更为紧凑。
采用CFD软件对降膜蒸发器的分配器和换热管束、制冷剂流道的仿真优化,可有效提高制冷剂分配均匀性和换热效率,且可显著减少制冷剂充注量和静液柱传热损失,随着制冷剂替代进程的推进,该技术在螺杆式/离心式冷水机组的应用正逐步增加。
该技术通过采用磁浮或气浮轴承,使压缩机离心叶轮主轴以悬浮状态高速旋转来实现对低压气体制冷剂的压缩,可有效克服常规离心压缩机的轴承摩擦损耗,提高压缩机的机械效率和运行能效。同时,无油变频离心压缩技术可省却常规离心、螺杆压缩机复杂的供油系统和控制保护,有效提高压缩机可靠性,还可避免换热器换热管表面的油膜热阻,从而提高换热效率和机组制冷能效。
结合高效化设计路线,压缩机在部件材料性能、加工精度和装配工艺优化等方面取得突破,同时,采用补气、喷液、双级/多级压缩技术有效拓展了压缩机运行范围,提升压缩机在极端工况下的运行可靠性,为新型压缩机在低温空气源热泵、高温烘干热泵、废热源热泵、冷冻冷藏设备等产品的应用开辟了新通道。
低温空气源热泵技术日趋成熟,通过在常规空气源热泵基础上压缩机和空调厂商通过采用准双级压缩、双级压缩、压缩机性能和可靠性设计优化、系统匹配和控制优化等一系列技术,突破了低温、超低温环境下空气源热泵的性能和可靠性技术瓶颈,有效运用于北方煤改电工程,在大气雾霾环境改善和治理中发挥了重要作用。
持续性的生态环保需求推进了新型替代制冷剂的研究,与此同时,中央空调厂商亦通过对压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀件、管路和控制进行优化设计,以适应新型环保制冷剂的流量、承压、安全性、运行效率,及其与电机、密封、冷冻油等材料兼容性的要求。近年来,采用R32、CO2等新型替代制冷剂的模块机、螺杆冷水机组、空气源热泵热水机组等空调主机产品相继面世。
随着国民经济产业转型,城镇化建设、新型基础设施建设的推进,中央空调行业的应用领域已经从传统的室内降温,广泛延伸至医药、电子半导体、航天、化工、新能源等各行各业,为中央空调行业的发展创造了广阔的空间,同时也对行业的技术、模式等提出了更高的创新要求。中央空调行业未来发展趋势总体可概况为以下几个方面:
在提倡节能化趋势的背景下,预计未来中央空调以高效节能为核心的主旋律依然不会改变。中央空调行业将持续聚焦于新型高效压缩机技术、换热器强化传热技术、紧凑轻量化高效传热技术、新型制冷阀件和流量控制技术、变频控制技术、系统匹配技术等,从而提高空调设备的运行能效。
未来中央空调设备生产厂商将基于全生命周期管理理念,结合用户行业特点、全年冷热负荷特性、气温条件、功能需求、技术指标需求、用户预算、安装位置等众多因素,对空调设备类型、系统结构和控制方案进行深度定制化设计,致力于为用户提供高效节能、操作简便的中央空调设备,同时获取定制化产品的较高利润水平,符合用户和中央空调行业的长远发展利益。
由于高效一体化集成设备已集成了空调主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备,其智能控制系统可根据变工况变负载条件下不同运行方案的实测能效,对空调主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的流量、频率、温度、运行容量等参数进行耦合优化,制定最佳运行方案,提高集成设备的运行能效,降低运行成本。
物联网技术系空调设备、设备生产厂商、用户通过信息传感设备进行信息交换,实现智能化识别、跟踪、监控和管理。在此基础上,空调物联智能控制系统以高效、节能、舒适为理念,根据建筑物内设备及人员的分布,结合大数据、人工智能技术和云服务,优化中央空调系统的运行状态曲线,以达到降低能耗,提高利用效率,满足舒适性的目的。
目前,中央空调行业广泛采用的HCFC类制冷剂对臭氧层有破坏作用,为做好臭氧层保护工作,我国已正式启动了HCFC淘汰行动,逐年削减HCFC类制冷剂的产品。因此,绿色制冷剂的研究和开发已成为制冷行业的核心问题之一。制造对大气臭氧层零破坏、温室效应影响指标较低、无毒难燃、充注量少的环保型制冷剂的中央空调设备将是中央空调行业的未来发展方向。