中国空调行业铝应用研究白皮书

中国家用电器研究院

2023年2月

目录

前言27

一、行业概况27

1.1 我国空调行业发展现状 27

1.1.1 规模现状：整体市场规模震荡，规模依然可观 27

1.1.2 铜、铝原材料应用现状 28

1.2 空调行业的发展要求 28

1.2.1 绿色发展要求 28

1.2.2 供应链强链、稳链要求 29

二、铝在空调行业中应用的价值29

2.1 推动环保制冷剂的选择和替代，助力我国实现“双碳”目标29

2.2 优化空调性能，助力产业升级30

2.2.1 结构优化后，铝换热器换热性能提升30

2.2.2 技术优化后，铝换热器换热性能衰减程度放缓30

2.2.3 铝换热器和铝管的抗蚁穴腐蚀性提升30

2.3 易回收循环利用，能源强度下降30

2.3.1 铝材易回收30

2.3.2 铝材提升资源利用效率，控制能源消费总量31

2.4 铝材密度低，可实现空调轻量化31

2.5 铝材易加工，便于产业化制造31

2.6 铝资源配置合理，有助于增强国际竞争力31

2.6.1 我国铝资源丰富31

2.6.2 推动铝材的应用，提升抗风险能力31

三、铝在空调行业中应用的挑战32

3.1 电解铝加工过程中能耗控制的挑战32

3.2 制造工艺的挑战32

3.3 恶劣工况下易腐蚀、易积灰的挑战32

3.4 全铝微通道用于热泵型家用空调制热时结霜快的挑战33

3.5 铝管翅片换热器换热率的挑战33

3.6 消费者认知与接受程度的挑战33

四、国外空调行业铝应用现状33

五、铝在其他制冷行业的成功应用案例34

5.1 铝材在汽车空调的应用34

5.2 铝材在冰箱行业的应用34

六、未来展望：空调铝应用大有可为，统一行业标准制定至关重要35

编委会

主 编 单 位 ：中国家用电器研究院

参 编 单 位 ：中国制冷学会小型制冷机低温生物医学专业委员会、西安交通大学、海信（山东）空调有限公司、广东美的暖通设备有限公司、青岛海尔空调器有限公司、杭州三花微通道换热器有限公司、海德鲁铝业（苏州）有限公司、宁波奥克斯电气股份有限公司、TCL空调器（中山）有限公司、四川长虹空调有限公司、江苏科菱库精工科技有限公司、大金（中国）投资有限公司上海分公司、广州松下空调器有限公司、浙江英特科技股份有限公司、江苏兴荣高新科技股份有限公司、浙江新锐焊接科技股份有限公司、亚太轻合金（南通）科技有限公司

前言

2020年9月，中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。而据国际能源署数据，在80种潜在减排路径中，制冷在减排中贡献率可达9%。空调是制冷产业的主力军，“双碳”目标战略的提出，为其绿色低碳发展按下了加速键。

与此同时，新型制冷剂的迭代也已经逐渐加快速度。2021年9月15日，《〈蒙特利尔议定书〉基加利修正案》对我国正式生效（暂不适用于香港特别行政区）。这也就意味着，中国作为全球最大的氢氟碳化物（HFCs）生产国、出口国，将对相关化学品进行管控，从2024年开始冻结HFCs制冷剂的生产和消费，2029年开始逐步削减HFC制冷剂，2045年将排放量降低至历史最高水平的20%以下。对空调企业来说，推动低碳环保的新型制冷剂在空调行业的应用已经刻不容缓。

“双碳”目标以及新型制冷剂的应用推广，给空调带来革命性的挑战与机遇，势必将给全产业链带来革新和重构。通过技术创新，提升产品和系统能效，实现空调全生命周期的节能减排，是未来行业技术开发的重要方向。

另一方面，我国作为全球最大的制冷空调设备制造和消费国，中国空调产业在勇担国家节能减排义务的同时，还需面临原材料波动带来的影响。铜是空调制造的重要原材料，而我国却是贫铜国家，铜的存储量不高，大量的铜精矿需求只能依靠进口才能满足。近年来，铜价格的持续大幅上涨导致了生产成本压力的激增，严重影响了空调产业链的稳定性。寻找其他材料代替铜材，构建更加多元化的原材料架构，也成为了行业研发的重要议题。

铝作为常见金属中导热系数仅次于铜的材料，非常适合应用在制冷系统中作为换热器及各种连接管路等。并且，铝材料本身还具有轻量化、可回收性好等优势。铝材的这些优势对空调制冷技术升级、减少生命周期内的碳排放具有重要意义。同时，我国铝资源丰富，推广铝材应用，对强化和稳定产业链、供应链有积极作用。

因此，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，自2021年至今，连续多次召开“空调行业铝应用研究”研讨会，为空调行业铝应用的可行性进行研讨，并号召行业协力制定空调铝应用白皮书，旨在深入研讨空调铝应用技术在绿色环保、产业链安全等方面的表现，探索关键技术、关键部件的创新之路，优化、强化产业链布局和发展，为我国空调行业的长远发展指明方向。

一、行业概况

1.1 我国空调行业发展现状

1.1.1 规模现状：整体市场规模震荡，规模依然可观

家用空调器已经广泛进入消费者家庭，且一户多机的安装习惯促使空调的百户保有量要高于冰箱和洗衣机产品的百户保有量。国家统计局2021年《中国统计年鉴》显示，截止到2020年12月31日，2020年底家用空调百户保有量为117.7台，全国的家用空调保有量约为6.7亿台。

我国空调市场原来活跃着众多的空调品牌。全国家用电器工业信息中心线下监测数据显示，2005年在销的空调品牌有110个，到2015年还有63个，而到2022年9月份，线下市场监测到的空调在销品牌仅有58个。

虽然行业整体品牌数量在精简，但整体产量依然可观。2017年至2021年，我国空调生产规模小幅波动但整体仍呈现持续增长趋势（见表1）。虽然2020年受疫情影响，生产规模略有降低，达到21035.3万台，同比减少3.80%。但在复工复产政策下，2021年空调产量达21835.7万台，基本恢复到2019年产量。

表1：我国空调生产年度规模及同比变化

目前空调市场的整体产品结构变化不大，线下市场销售数据显示，柜机产品的零售量维持在20%的比例，挂机市场维持在80%的比例。但是从挂机规格分布分析，产品的规格向1.5匹集中，2匹及以上的大制冷量挂机也出现了微扩张。截止到2022年9月，空调线下市场中，1.5匹挂机的零售量份额较2021年同期增近5个百分点，达到57%（见表2）。从市场均价也能找到消费者倾向购买1.5匹空调的原因，线下市场均价显示，一匹挂机和1.5匹挂机价格仅仅相差200～300元，同时在市场销售人员“空调产品买大不买小”的话术引导下，消费者选购1.5匹空调的倾向性增加。

表2：2016～2022年9月空调分品类结构变化情况（零售量）

1.1.2 铜、铝原材料应用现状

空调用铜，主要是紫铜和黄铜，其中，紫铜主要用于内部管道，黄铜主要用于阀件。每年用于空调生产的铜金属是一个非常巨大的数字。以2022年9月空调铜用量为例，据Mysteel调研，中国主要品牌空调9月份总用铜量为10.6万吨，其中紫铜管总用铜量7.02万吨，黄铜总用铜量3.58万吨；家用空调紫铜管用量4.84万吨，家用空调黄铜用铜量2.9万吨；商用紫铜管用量2.18万吨，商用黄铜用铜量0.68万吨。自2020年6月起，铜材价格持续上涨，给空调制造业带来了不小的成本压力。

空调用铝，目前主要是铝箔形式，用于制作空调冷凝器和蒸发器翅片。铝箔大规模用于生产空调换热片在我国已有20多年历史，近10年更得到了高速发展，现今的厚度仅在0.09～0.15 mm之间。根据中国有色金属加工工业协会与北京安泰科信息股份有限公司联合发布的2020年中国铜铝加工材产量，我国2020年铝箔材共产415万吨，其中空调铝箔产量为95万吨，约占铝箔总产量的22.89%。从空调铝箔的产销情况来看，2016～2020年我国空调铝箔产销比呈现震荡上升趋势，2020年空调铝箔的产销比约为69.5%，供过于求的现象依然存在。

1.2 空调行业的发展要求

1.2.1 绿色发展要求

制冷空调设备是我国的能源消耗大户。据相关机构统计测算，目前各类在用的制冷空调设备耗电量占全社会发电总量的20%以上。同时，因为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。

臭氧空洞指的是因空气污染物质，特别是氧化氮和卤化代烃等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气臭氧层被破坏和减少的现象。臭氧有吸收太阳紫外辐射的特性，一旦形成空洞，将会使人类受到过量的太阳紫外辐射，导致皮肤癌等疾病的发病率显著增加。因此国际上使用臭氧消耗潜值（ozone depletion potential，ODP）用于考察物质的气体散逸到大气中对臭氧破坏的潜在影响程度。

温室效应指因温室气体增加而导致的全球变暖。气候变暖会导致一系列气象灾害，比如，导致海平面上升引发海水倒灌；影响农业和自然系统，影响粮食生产；加剧洪涝、干旱等自然灾害。人类对气象灾害的适应能力比较脆弱，必须及时采取行动，避免温室效应的产生。因为二氧化碳对全球变暖影响最大，其被作为参照气体，国际上使用全球变暖潜能值（Global Warming Potential，GWP）用于考量各种温室气体的温室效应。

本着为全人类社会持续发展的诉求，选择对全球气候变化影响最低的环保型制冷剂，实现环境效益最大化，已经成为了国际社会的共识。中国是当今全球最大的制冷剂消费国。生态环境部数据显示，2020年我国HFCs总产能168.3万吨，实际产量81.1万吨。产量巨大的同时，用量也非常可观。中国制冷空调工业协会数据显示，中国各类制冷剂（含维修服务领域，HCFCs、HFCs、天然工质等）的年消费量超过35万吨，折合CO2当量超过5.5亿吨。要实现“双碳”目标，空调行业就必须进行绿色变革，能效提升以及新型制冷剂替代都已经刻不容缓。

为了推动家用电器产品的绿色设计，全国家用电器标准化技术委员会组织制定了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》，该标准已于 2021年10月正式实施。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的绿色表现，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。而铝材料的应用以及结构创新减轻空调室外机重量成为整个行业重要的研发议题。

1.2.2 供应链强链、稳链要求

当前，铜是空调制造中不可或缺的原材料。一旦铜材供应链出现问题，将会影响整个空调行业的运转。但与之相对应的是，我国是一个铜资源非常紧缺的国家。有数据显示，中国铜精矿的对外依存度将长期保持在80%左右。而近年来，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，全球铜供应链震荡，让中国铜资源面临更为严峻的安全形势。整个2021年，伦敦金属交易所(LME)、上海期货交易所(ShFE)和芝加哥商品交易所(CME)3家交易所的铜库存减少了7.3万吨库存，连续第4年出现下降。

为保产业链供应链稳定，用新型材料替代铜或者减少铜用量，已经成为多个行业的研发议题。据国际铜业协会数据，2021年，铜终端应用已通过材料替代和小型化减少了45.9万吨（1.6%）铜用量。空调制造行业与社会经济、全民生活紧密相关，实现产业链供应链的稳定，补强薄弱环节，对国家、社会和行业来讲均意义重大，因此新材料（目前看主要是铝）在空调行业中的应用已经迫在眉睫。

小结：

无论是为了强化产业链结构，提升产业链安全性，还是要为实现国家“双碳”目标做出贡献，加快研发替代材料解决铜资源短缺问题都势在必行。空调铝应用就是一个值得持续研究推进的解决方案。

二、铝在空调行业中应用的价值

2.1 推动环保制冷剂的选择和替代，助力我国实现“双碳”目标

空调铝应用研究对加速双碳目标实施具有重要意义。我国政府明确提出，2030年前碳达峰，2060年前碳中和。从相对减排到绝对减排，从碳达峰到碳中和，实现绿色发展，在推动高质量发展中是大势所趋。目前，家电行业虽未进入“双碳”的重点领域，但作为市场化程度最高、消费者影响力最大的产品之一，家电行业如何根据国家的“双碳”发展目标研究自身实现“双碳”的路径，也是未来的工作重点。而这，同样也是中国空调行业的发展趋势。

为了最大限度降低空调制冷剂使用对环境造成的负面影响，为人类社会可持续发展贡献力量，中国空调行业一直在积极行动。

中国空调行业一直以来都在尽力开展《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》履约工作，降低氢氯氟烃（HCFCs）产量，加速消耗臭氧层物质的淘汰，同时，按照《〈关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书〉基加利修正案》的要求，开展氟制冷剂（HFCs）削减活动，减少温室气体排放。目前，我国正处于三代氟制冷剂（HFCs）对二代氟制冷剂（HCFCs）的更替阶段，四代氟制冷剂（HFOs）发展的初期。

零ODP和低GWP是国际社会公认的环保制冷剂选择和替代标准。但是，制冷剂低GWP与可燃性并存，一般而言，GWP越低，可燃性越高，为保证安全，需要控制使用充注量。因此，必须开发出适用的技术和装备，以保证新型替代产品的安全推广使用。而有应用表明，铝制微通道或采用小直径内螺纹管等方式，不仅可有效减少制冷剂充注量，提高安全性，还能在产品全生命周期内减少碳排放。

以全铝微通道换热器应用为例。全铝微通道换热器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行热传递的三维结构单元，目前较为通行、直观的定义是水力当量直径小于1 mm的换热器。由于其内容积比翅片管换热器小60%～70%，所以需要的制冷剂充注量会少很多。室内机和室外机均替换可以减少最高50%的制冷剂充注量。额定工况下测试，某品牌空调，1匹单冷机家用空调，采用全铝微通道替换冷凝器后，制冷剂充注量可减少17%，能效提升8.7%；2匹冷暖机家用空调，采用全铝微通道替换冷凝器后，制冷剂充注量可减少32%，能效提升1%～5%。

数据测算显示，中国每年新增空调需求约为8000万套，均为翅管换热器的情况下，核算制冷剂充注量约为7.3万吨，可导致二氧化碳直接排放1亿吨，间接排放10.7亿吨。未来若70%机组应用全铝微通道，以单台平均50%的制冷剂减少量（按室内机和室外机均替换时制冷剂最高减少量测算），最多可减少制冷剂充注2.6万吨，进而减少3417万吨二氧化碳直接排放；以单台全年能源消耗效率平均提高2%测算，可间接减少二氧化碳排放1953万吨。全周期气候性能减排5370万吨。

2.2 优化空调性能，助力产业升级

2.2.1 结构优化后，铝换热器换热性能提升

对于换热器，其材料的导热系数对换热能力有至关重要的影响，在其他条件相同的情况下，导热系数越大，换热能力越强。铝作为除铜以外导热系数最高的常见金属，虽然其导热系数不到铜的一半，但通过优化结构设计，不仅可以完全克服其导热系数带来的影响，更能带来换热效率的明显提升。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。这是因为微通道换热器管内水力直径小，管外的翅片扰动强，所以换热性能实现大幅提升。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%。

2.2.2 技术优化后，铝换热器换热性能衰减程度放缓

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，但铝管的衰减程度明显低于铜管。这是因为铜翅片管换热器的铜管与铝翅片之间容易发生电化学反应,使得铝翅片表面氧化，造成铜管与铝翅片接触不良，增大换热器传热热阻，影响换热器乃至整个空调系统的性能。对铜翅片管换热器分别进行48 h和96 h的盐雾腐蚀实验，然后对腐蚀前后的实验样件测试其传热及压降特性，结果表明，铜翅片管蒸发器经盐雾腐蚀以后，其风阻变化在5 Pa以内，而换热量最多会降低12.5%，总的传热系数最多会减少16.6%。传热热阻最多会增加 20%。

采用经过技术优化的全铝材料后上述情况会大大降低。目前，业内主要有选择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。

2.2.3 铝换热器和铝管的抗蚁穴腐蚀性提升

蚁穴腐蚀多发于铜管翅片换热器。引起腐蚀的主要腐蚀剂有蚁酸（即甲酸）、醋酸等，腐蚀发生后会在空调制冷铜管上出现一种表面用放大镜看起来像蚂蚁巢穴一样的微小泄漏通道。但这种腐蚀基本不会出现在铝表面。铝与外部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。

实验室环境下，对无氧铜管和铝管进行耐腐蚀性测试。实验中，将无氧铜管和铝管同时浸泡在浓度为5000 ppm的甲酸中，持续观察发现，无氧铜管在浸泡446小时后出现泄漏，而铝管则持续123天未出现泄漏（见表3）。由此可以看出，铝管在以甲酸为代表的酸性环境中，耐腐蚀性明显优于无氧铜管。

表3：无氧铜和铝管进行甲酸耐腐蚀实验结果对比

2.3 易回收循环利用，能源强度下降

2.3.1 铝材易回收

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。因此，铝具有很强的可回收性。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。

对空调而言，促进铝的应用，在整体回收上优势也十分明显。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。

2.3.2 铝材提升资源利用效率，控制能源消费总量

提高废弃产品回收利用率，在产品全生命周期中最大限度提升资源利用效率，将助力中国实现能源强度下降和能源消费总量控制目标。而使用回收的废铝生产铝合金，比用原铝生产具有显著的经济优势。

铝生产方式主要是电解，生产过程中需要消耗大量能源，排放也较为严重。根据中国有色金属工业协会数据，生产1吨电解铝，需消耗5吨铝土矿、550千克阳极材料、9.6吨标准煤，排放二氧化碳 12吨。与生产等量的原铝相比，再生铝生产过程中的能耗仅为前者的 3%～5%，生产1吨再生铝可节约3.4吨标准煤，14吨水，减少固体废弃物排放20 吨。

在能源日益紧张，环境治理成本日益提高的当下，铝材的高效回收再利用，对节约资源、减少对外资源依赖、降低环保成本等具有重大的意义。

2.4 铝材密度低，可实现空调轻量化

基于绿色发展的需要，空调器的轻量化是空调企业技术研究的一个重要方向。一台家用空调中，换热器是占用空间及重量较大的部件，据测算，其总重量占到整机重量的45%左右。减轻换热器的重量对空调整机的轻量化具有十分重要的作用。

纯铝的密度为2.7 g/cm3，是铜密度的1/3，铝制产品的重量要比铜制产品轻许多。一旦空调采用全铝换热器替代传统铜制换热器，其整体重量会明显下降。有研究数据显示，以某品牌1.5匹空调为例，室内双排蒸发器采用铝圆管翅片换热器后，与传统的铜铝翅片换热器相比，重量减轻达到19%；3匹空调，室内双排蒸发器采用全铝微通道换热器，与传统的铜铝翅片换热器相比，重量可减轻23.8%。

空调整机重量的减轻可在一定程度上降低安装难度，并提高安装过程中的安全性。空调外机需要安装在房屋的承重墙外面，对于一些老旧房屋，墙体承重能力有限，加上在室外环境中长时间使用后，空调安装支架难免老化生锈，机身重量越大，潜在风险就越高。因此，空调外机重量的减轻，不仅在一定程度上放宽了安装环境要求，更提高了应用安全系数。此外，空调室外机重量减轻后，搬运过程会轻松很多，既降低了安装维修的难度，也有利于保障安装维修人员的安全。

2.5 铝材易加工，便于产业化制造

铝材可用任何一种铸造方法铸造。由于可塑性好，可轧成薄板和箔，拉成各种管材和细丝，挤压成各种型材，锻造成各种零件，适宜各种冷热塑成型。而且，它可高速进行车、铣、镗、刨等机械加工，在加工过程中，不需要特殊的保护措施，大大降低了时间成本和工艺成本。空调全铝换热器生产，可实现自动焊接、一体化成型，更利于自动化制造。

2.6 铝资源配置合理，有助于增强国际竞争力

2.6.1 我国铝资源丰富

中国铜资源极度匮乏，铜矿原材料自给率非常低，对外依赖度较大。与此对应的，中国是铝工业大国，产量和消费量连续多年位居世界第一。国家统计局数据显示，2022年10月铝材产量525.4万吨，同比增长6.2%；1～10月累计产量5087.4万吨。10月铝合金产量108.6万吨，同比增长25.5%；1～10月累计产量1015.2万吨。同时，随着我国铝材加工技术的不断进步，中国也已经成为铝材的出口大国。据海关总署数据显示，2022年1～8月，我国出口未锻轧铝及铝材470.1万吨，同比增长31.5%；出口额为1238.4亿元，同比增长63.6%。

2.6.2 推动铝材的应用，提升抗风险能力

在错综复杂的国内外环境下，空调行业对铝的应用研究有利于增强我国产业链供应链自主可控能力。

在我国，铜资源是刚需。随着我国经济的迅猛发展，国内铜需求量逐年增多，只能依赖大量对外进口。而铜是国际定价，正是因为我国铜消费的快速增长以及全球铜资源的高度垄断，导致了铜价居高不下。国家统计局公布的数据显示，2022年12月下旬，电解铜价格为66319.3元/吨，较12月中旬上涨219.3元/吨，涨0.3%。从国家战略资源储备来看，适当降低铜消费，加速其与以铝为代表的优势资源互补，不仅有利于铜产业的持续稳定发展，更是为整个制造产业供应链稳定提供保障。

目前，我国已经成为全球的空调生产基地，产量占到全球总产量的80%以上。在空调行业加大铝应用，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。

三、铝在空调行业中应用的挑战

3.1 电解铝加工过程中能耗控制的挑战

电解铝生产是高能耗产业。有数据统计显示，2019～2020年，国内电解铝耗电量在全国耗电量中占比在6%以上。目前，中国原铝生产电力结构为火电86%，水电10%，核电1%。非清洁能源的火电比例明显过高。而电解铝行业的碳排放主要在能源消耗和电解过程中产生。

据安泰科数据，用火电生产一吨电解铝的碳排放总量约为13吨，其中发电环节碳排放11.2吨，电解环节碳排放1.8吨。而用水电生产电解铝时，单吨排放量仅为1.8吨，其中发电环节无碳排放，仅有电解环节产生1.8吨的二氧化碳。水电铝碳排放量较火电铝减少86%。因为以火电厂为主，我国电解铝生产过程中会进行大量碳排放。依据碳交易所披露数来看，2020年电解铝行业二氧化碳总排放量约为4.26亿吨，约占全社会二氧化碳净排放总量5%。

助力“双碳”目标实现，国家有关部门研究了《有色金属行业碳达峰实施方案》，正在征求行业协会和企业的意见。方案初步提出：到2025有色金属行业力争率先实现碳达峰，2040年力争实现减碳40%。电解铝行业节能减排提速成为必然。

无论是从地方政府考核层面，还是从优惠电价取消以及碳排放市场化交易层面，均对火电铝的存量和新增产能构成明显压制，未来我国电解铝产能将进一步向西南地区等具备水电优势的区域转移。随着清洁能源使用占比提升，电解铝行业的能源结构也必将进一步优化。届时，电解铝将有望摆脱高能耗、高污染生产。而上游产业的绿色低碳发展，将为空调铝应用的推广提供强力支撑。

3.2 制造工艺的挑战

从制造工艺上来说，铝材质软，熔点低，胀管时发热，铝容易粘在胀球上，摩擦系数大于铜管，这导致胀管阻力大，不仅导致磨损增加影响换热性能，更会导致折管、变形。不过，这些问题已经通过调整工艺参数、更新设备得到了一定的改善。比如，普通胀头胀管后齿高磨损量在30%左右，导致铝换热性能不足的问题，铝胀管成型工艺采用特制铝圆管无收缩胀管机设备，避免胀管时导致的墩管及变形不良，同时采用特制DLC耐磨处理胀头减少胀管挤压产生的阻力，使其齿高磨损量≤20%，保证换热效率；针对折管、变形问题，采用专用铝管模具及DLC耐磨万向芯轴，减小弯管弯曲阻力避免弯裂及扁管等不良。

全铝换热器制造的关键在于自动焊接工艺。这是因为铝钎料及铝弯头熔点仅差60℃左右，导致焊接易过烧或虚焊。不过这个问题随着钎焊材料厂家、钎焊自动化设备厂家、全铝换热器制造厂家的持续研究和焊接实践，取得了一定进展。

钎焊材料厂家通过优化铝钎剂活性、焊环结构等，减少了虚焊。钎焊自动化设备厂家通过优化火焰稳定性、加热角度等，减少了过烧和虚焊。全铝换热器制造厂家通过结合铝换热器焊接难点、优化铝换热器的结构设计，如，减少薄壁三通应用、提高半圆管壁厚、优化半圆管布局等，实现了从单列到多列的铝换热器批量稳定生产。

3.3 恶劣工况下易腐蚀、易积灰的挑战

在潮湿大气中，铝的耐腐蚀性能下降。特别是在海边等大气环境中，由于氯离子能破坏铝合金表面的氧化膜，使其耐腐蚀能力下降。在酸性、碱性介质中，由于氧化膜溶解，腐蚀速度也会加快。换热器的加工过程中以及空调制冷系统长期与制冷剂、冷冻机油接触运行过程中，都可能出现上述问题。

另外，在一些工业环境中，会产生一些金属或化合物粉尘，在微通道使用过程中也容易积聚在铝换热器表面，在维护清洗不及时或者不能有效清洗的部位，也容易造成局部的电化学腐蚀或晶间腐蚀，引起泄漏发生。

全铝换热器最严重的腐蚀类型是点状腐蚀和电化学腐蚀，主要诱因是铝材和杂质。通过在铝材中降低铜、铁含量和细化晶粒，可提高铝合金耐腐蚀性。同时，钎焊温度尽可能低，保温时间尽可能短，减小组织的不均匀性，也可提升抗腐蚀性能。此外，通过铝材表面渗锌以及铝圆管和微通道不同形制采用不同铝合金系列，也能有效提高抗腐蚀性。

3.4 全铝微通道用于热泵型家用空调制热时结霜快的挑战

热泵空调运行在低温高湿情况下，会出现冷凝水冻结现象，结霜和除霜问题在各类换热器上都会发生。但是，全铝的微通道换热器应用于热泵型家用空调制热时结霜更快，是由于全铝微通道换热器排水不畅及表面相对粗糙，表面残留的膜状或珠状水滴形成了结霜所需的核心，使其更易结霜。另外，全铝微通道换热器化霜排水不畅，导致换热器残留水更容易结霜，严重的会出现结冰现象。由此也导致整机运行时需要频繁化霜，影响舒适性和能耗表现。目前，降低翅片的密度或者采用亲水涂层，是全铝微通道换热器有效延缓结霜衰减的手段。

3.5 铝管翅片换热器换热效率的挑战

换热器的换热效率由蒸发器的蒸发能力和冷凝器的冷凝能力共同决定。研究表明，铝管翅片换热器和铜管翅片换热器的冷凝能力几乎相当，但蒸发能力衰减较大，从而影响了铝管翅片换热器的整体换热效率。提升铝管翅片换热器的换热效率，就是要减少其蒸发能力衰减。目前，降低蒸发能力衰减的主要手段是增加换热面积以及管型设计，其他零部件的性能提升弥补也在研究当中。

3.6 消费者认知与接受程度的挑战

目前，消费者对铝的应用认知不足，存在不少误区，亟待正确的科普引导。

曾经业内的舆论纷争，让不少消费者对空调铝应用的效果产生质疑。比如，铝管的换热效果和铜管相比差很多，所以铝管空调的制冷效果没有铜管好；铝的膨胀系数比铜高，耐压性差，制冷过程中，铝管容易破损，使得空调的整体使用寿命缩短；铝管和铜管连接处可能焊接不牢固，容易造成制冷剂泄漏，甚至引发爆炸，等等。基于上述质疑，“铜铝连接管”一度被认为是使用“黑心管”。虽然有空调企业一再澄清，但由于制造成本不透明，且铜价明显高于铝，并没能得到消费者认可。

如今，想要重新获得消费者认可，必须建立科学、规范的性能评价体系，真正提升消费者的应用体验，用事实说话，提振消费信心。

小结：

上述研究表明，铝制换热器在能效、绿色等方面的诸多优势，是空调铝应用技术普及价值的最好证明。行业、企业应持续加大科研投入力度，攻克技术短板，提高应用体验，在成熟技术、相关政策引导和支持下，转变消费观念、应用理念，获得更广泛的认可。

四、国外空调行业铝应用现状

目前，全球能源转型下，国内外铝材已广泛应用于汽车、建筑、飞机、通讯等各个领域，如汽车散热器、冰箱换热器、空调换热器、燃气热水器换热器等。在欧美国家，汽车空调在40年前就开始实现铝的应用了。欧美空调行业已经有15年以上历史了，目前在室内机、大型商用空调和直冷设备上使用了铝管以及微通道换热器。北美在热泵室外机上也普及了铝管管翅式换热器。

据了解，欧美日在制冷空调能效提升和制冷剂替代方面领先于全世界，制定了领先的能效标准以及制冷剂替代方案和计划，这些对于铝微通道换热器的应用是个很大的促进，因此微通道的应用率要比发展中国家更高。美国的室内机已经采用了微通道换热器，商用空调室外机也已经广泛采用了微通道换热器；日本部分领军企业商用空调室外机已经采用了微通道换热器；欧洲的商用空调的冷凝器也已经使用了微通道换热器。

不过，铝换热器在上述市场，也有一定的质疑声。比如，容易因为杂质管控不佳引起电化学腐蚀。因此，铝制换热器的使用会给制造企业带来大量的保修问题，而企业如果不想冒故障风险，就不会选择铝制换热器。这直接导致了在室内或商用空调领域，铝制换热器的推广速度放缓。但整体基调比较积极，随着铝制换热器技术的发展，短板被补齐，替代速度有望进一步加快。

例如，在日本，空调企业就在加紧行动。大金工业宣布，到2023年度将把日本国内的铜使用量减少6成，热交换器及电机线圈使用的铜将换成铝；松下考虑增加空调核心零部件的材料由铜换成铝的机型，对于现有商品可以把铜的使用量削减大约4成；三菱电机对家用空调的马达线圈和热交换器使用的铜，已经做出了对新产品和现行款上均减少铜使用量的举措。

五、铝在其他制冷行业的成功应用案例

铝的密度小，质地比较软，可制成各种铝合金。目前，中国铝加工型材约有300种合金、1500个品种，是世界上产品品种最丰富的国家之一。这些铝合金型材凭借一次挤压成型就能够得到较高的机械物理性能、良好的导热性能及较高的比强度等优点，被广泛应用于多个领域。汽车空调、家用电器领域均包含其中。

5.1 铝材在汽车空调的应用

铝材在汽车空调中的应用已经有30多年的历史。汽车空调冷凝器、蒸发器等很早以前就开始采用铝材，而散热器则是从上世纪80年代开始向铝材转移，以满足汽车轻量化设计的需求。在上世纪90年代保护臭氧层行动R134a替代R12时，由于R134a的冷凝压力高于相同冷凝温度下R12的冷凝压力，为了在相同工况下获得与R12系统相近的制冷效率，R134a系统需要换热效率更高、压力损失更小的换热器。采用钎焊的微通道换热器换热效率比翅片管高30%，且平行流冷凝器制冷剂压降低，因此在R134a汽车空调中得到了应用，并成为了主流的汽车空调换热器应用形式。

在我国，汽车轻量化和节能降耗的要求成为推动汽车空调换热器100%铝化的重要推手。目前，汽车空调的换热器，包括冷凝器、蒸发器、暖风以及接管等都使用了铝，实现了100%铝应用。换热器中少量扁管使用纯铝，主流还是铝合金，其他的换热器部件（翅片，集流管，冲压板等）都是铝合金。在汽车空调中，开发3种级别以上的铝扁管合金基本可以满足大多数场景的应用要求。新一代的折叠管技术可以进一步达到降低重量、提升耐腐蚀能力的效果。铝扁管主要用在汽车空调微通道管，还有一些铝圆管主要用在空调系统内部件之间的连接。

对于广泛应用于传统燃油汽车空调的斜盘式压缩机，铝合金材料一般应用于要求重量轻、硬度低、耐磨性较高的零件中，如压缩机壳体、活塞、斜盘；应用于电动汽车空调的电动涡旋压缩机，其主要部件机壳、静盘、动盘均采用铝合金材料。

以轻量化、绿色低碳驱动，汽车空调铝应用研究仍在提速。当前，研发阶段对铝制换热器的研发方向是提高其换热性能、产品结构紧凑化、整体轻量化等方向。性能的提升，一方面是自身换热能力提升，另一方面对于电动汽车，在热泵空调运行时，提升其低温环境下的制热能力，这是提升电动车续航里程的一个关键；另外，从结构、材料、工艺方面，应用新设计、新材料、新技术来实现减重、结构紧凑、性能高效等方向；同时向自动化、智能化制造方向发展。

5.2 铝材在冰箱行业的应用

针对全球铜资源即将枯竭，制冷管系统中使用铝材的研究被提出。冰箱是家电中较早尝试的品类。自上世纪80年代开始，“铜铝管”（中间铝两头铜）就开始在冰箱应用，但当时并没能成为焦点。2004年，由于铜原材料价格大幅上涨，冰箱企业开始关注“铜铝管”。虽然当时饱受争议，随着竞争加剧、技术进步，铝管替代铜管逐渐在冰箱行业迅速铺展开来。

就冰箱而言，铝是替代铜的首选方案。铝的导热系数是铜的55%左右，比热是铜的2.33倍，通过优化换热器设计，完全能达到与铜材相当的换热性能。而且，铝的加工性能良好，储量大，国内电解铝产能过剩，价格低，使得“铝应用”有了明显的成本优势。

据国际KFB调查报告，在2007年，中国冰箱冷凝器与蒸发器铝使用率就达到了80%。而目前，主流冰箱企业的冰箱产品中铝使用率达到了90%以上。制冷管路以铜管为主的局面已经改为铜铝结合为主，压缩机连接管、回气管、蒸发器基本都是铝材料，毛细管以及部分连接部位还保留了铜材质。连接部位保留铜材质主要是因为铜的焊接性能优于铝。而毛细管保留铜材质，则是因为铜的延展性极佳，成型能力好，可以做成极细的管状。不过，随着焊接技术和新型连接密封工艺的进步，毛细管“铝代铜”解决方案已经提上了日程，企业已经在积极进行研究推广，铝在冰箱产品中的全面应用正在加快进程。

铝在冰箱产品中的制造应用已经基本成熟。国内外应用状况基本趋同。不过，对于铝材应用的研发升级仍在继续。从技术层面来说，铝材的主要升级方向是异型管（椭圆型、D型）升级、内齿管、螺纹管的研究与应用、抗腐蚀低内漏管材的开发。技术的升级有望带动冰箱铝应用率的进一步提高。目前，冰箱中的换热器正逐步从自然散热的丝管换热器向高效的微通道换热器发展。

小结：

有数据统计显示，在我国现有的124个产业中，与铝相关的产业有113个。“以铝代铜”“以铝节木”“以铝代塑”也得到了越多越多的认可。面向未来，铝材应用仍有更多可能亟待发掘。大量的成功应用案例将为空调铝应用提供宝贵的经验。

六、未来展望：空调铝应用大有可为，统一行业标准制定至关重要

2022年《政府工作报告》提出，加快形成绿色低碳生产生活方式。国家发展改革委等部门印发的《促进绿色消费实施方案》更提出具体目标：到2025年，绿色低碳循环发展的消费体系初步形成；到2030年，绿色消费方式成为公众自觉选择，绿色低碳产品成为市场主流，重点领域消费绿色低碳发展模式基本形成，绿色消费制度政策体系和体制机制基本健全。培育绿色理念，促进绿色消费，不仅是消费领域的一场深刻变革，更是生产生活方式的全面绿色转型。

空调作为现代化家庭必备家电产品，历来被视为家庭“高能耗”存在，其绿色低碳发展，对引领全社会绿色消费至关重要。全行业应积极行动，加大气候友好型替代技术研发和产品市场化力度，提升企业综合竞争实力，并为全球应对气候变化贡献中国智慧。空调行业铝应用技术研究，是行业高质量发展的内在要求，更是中国空调企业勇于担当、积极作为的正能量体现。

随着技术的日趋成熟，铝在空调中的应用，有望在抗腐蚀能力、热交换效率等指标进一步提高的情况下，让空调整机产品在高效节能等方面更具竞争优势。与此同时，在国家鼓励节能低碳的大背景下，铝在空调中的应用所带动的环保制冷剂的普及提速、空调绿色低碳生产、空调产业链安全保障等方面，也正是行业高质量发展迫切需要的。可以说，铝在空调中的应用已经是大势所趋。

不过，铝在空调中的应用，不仅需要技术的持续完善，更需要统一的行业标准制定。政府、行业机构、上下游企业需勠力同心，制定统一的加工工艺、检验方法、规范标准，提高产品质量，维护消费者权益，以及规范行业发展，降低生产企业的风险。

未来，可通过成立产业联盟整合全行业力量，针对提升腐蚀性能、改进加工工艺等行业研究课题进行联合开发和推广。同时，行业应大力引导下游制冷空调设备加速向绿色节能、低碳化方向发展，加速相关标准制定，以标准引领，加速空调铝应用产业的发展。此外，面向消费者也要加强消费引导。一方面，整合行业力量，加大空调铝应用的科学宣传，让消费者正确认识到空调铝应用的优劣势，纠正选购误区；另一方面，建议国家有关部门出台相关惠民政策，以切实的优惠激发消费者的购买热情，以产品为纽带，最终实现供需关系的良性互动。