水式中央空调原理(中国水机中央空调“世纪突围”背后的故事)

Posted 2023-05-30

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水式中央空调原理(中国水机中央空调“世纪突围”背后的故事)

上世纪初，一名印刷厂工程师把冷水注入到加热盘管中，处理后由热变冷的空气从操作间不均匀地扩散开来，一台现代意义上的中央空调由此诞生。二十多年后，这项技术来到中国，并被应用到中国福利会少年宫的前身——上海延安西路164号嘉道理大理石大厦中，从此，水机中央空调在国内的应用逐渐展开。

究竟什么是水机中央空调，它是指将冷媒冷却或加热后的循环水送至风机盘管等末端，由新风或混合风在末端将冷源或热量送入指定区域实现制冷或制热的中央空调系统。按照气体压缩原理，冷水机组的压缩机形式分为容积型和速度型两大技术路线。容积型压缩机的代表是回转式螺杆压缩机，而速度型的代表则是离心式压缩机。一台空调要想制冷，需要通过压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四大组件实现冷媒的液态、气态循环。压缩机在冷媒循环中起压缩冷媒气体的作用，因此，被称为制冷系统的心脏。

1964年，重庆通用敢为人先，国产第一台离心机，在那个筚路蓝缕的年代，拉开了自主研发的大幕。在此之前中国并不具备生产离心式冷水机组的核心部件——压缩机的技术和能力。很长一段时间，国内都是从国外购买离心机组。这样导致了中国的军工、重工业往往在冷却核心设备上，必须采购外资品牌，中国的军工及重工业受制于国外设备的供应，难以自主发展。此外，在民用、商用水机中央空调市场，以外资为代表的四大家企业，也长期占据着中国市场绝大多数份额。

没有核心技术，我国的水机中央空调行业发展步履维艰。美的在中央空调领域的发展正映射了这一段艰难的起步历程。

1999年，美的楼宇科技的前身——美的中央空调成立。2004年，美的与重庆通用工业集团成立合资公司，依托重庆通用数十年在大型离心式冷水机组上的技术积累，相继推出了许多具有战略意义的离心式冷水机组新产品。在合资重组后，成立了重庆美的通用制冷设备公司，美的在水机中央空调领域也从重庆彻底走了出来，开始在全国市场开疆拓土。

虽然离心机领域的飞速成长，让美的水机中央空调业务开始走上了快速发展之路，不过在21世纪初，占据国内市场半壁江山的仍然是外资代表的国际巨头。

但水机中央空调产业终究还是崛起了，其中一个重要里程碑在于磁悬浮离心机组技术的突破。纵观中央空调行业压缩机的发展历程，经历了从活塞式（压缩过程为往复运动振动较大）再到螺杆式（压缩过程为螺杆旋转啮合冷量难以做大）最终到离心式（压缩过程为叶轮高速旋转压缩、转速高，冷量大）的过程。而磁悬浮离心压缩机由于转速很高，具备无摩擦、无油的特点，对压缩机材料、气动设计、磁悬浮变频控制等要求极为严苛。为此，美的专门成立了一个100余名专业工程师组成的研发团队，研发团队涵盖了电磁技术、电控传感、变频驱动、仿真算法、气动流体、机械材料等15个专业，硕博占比达80%以上。

历经5年的研究，在经历了“无法悬浮”、“一碰就掉”、“高速失稳”等多个阶段性失败之后，2019年，美的第一台磁悬浮离心机问世。相比传统采用齿轮增速的离心压缩机，整个机组不再需要润滑油对轴承进行润滑，减少了设备的供油和回油等管路，同时运转无摩擦能效更高。美的磁悬浮压缩机的磁轴承采用了轴承、传感器、备降轴承一体化集成设计，并以2万次/秒的轴位置检测系统，保证了磁轴承的运转精度和稳定，轴承位置精准度达到微米级别。从此，我国具备了自主研发和生产磁悬浮离心冷水机组核心部件的技术和能力。国产离心机真正开辟了新的纪元，而美的也给磁悬浮系列的离心机组取了一个中国化的名字——司南，以纪念中国水机中央空调这一里程碑技术的突破。

国产品牌在技术研发和投入方面付出的努力进一步得到了市场的认可。报告显示，2015年，传统四大外资的市场占有率有所下滑，而以美的为代表的国产品牌市场占有率快速提升。之后，2019年，国产品牌开始飞速发展。2021年，中国离心机产业迎来了一个里程碑式的事件——11月20日，美的楼宇科技当年离心机产销量突破1000台，总冷量超120万冷吨。至此，水机中央空调领域的离心机正式打破外资企业的垄断格局，也正式宣告了中国水机中央空调自主化的胜利。据艾肯网统计，到了2022年上半年，美的以高速的产品升级迭代，对中国应用场景和使用状况良好适应性等优势，市占率超过10%，和约克、开利站在第一梯队；其中磁悬浮离心机的增长率更是高达180%。国内市场，外资品牌的先发优势正在渐渐丧失。

水机中央空调自主品牌的崛起，对于行业来说意义非凡。

一是在维保成本大大降低。在磁悬浮变频离心压缩机等核心技术被少数国外企业所垄断的年代，当设备发生故障之后，我们不得不依赖外资企业进行维修。周期长，成本高。当我们掌握起核心技术之后，降低了运行费用，延长了机组使用寿命，机组售后维护成本大幅降低。

二是为我国工农生产、基础设施、建筑楼宇更好的能耗管理途径。据统计，我国社会碳排放总量有近40%来自于建筑。美的磁悬浮变频技术采用了双陶瓷备降轴承和自发电控制模式，在保障长时间安全可靠运行的同时，与普通定频离心机相比，节能率高达30%以上。特别是掌握了变频控制技术之后，大大拓宽了机组运行范围，单压缩机制冷负荷可低至10%，让机组可以适应更多样的工作环境。在碳中和成为国家战略目标的大背景下，楼宇科技的突破，能让我们在建筑暖通系统中实现节能、降碳。

三是增加楼宇建筑的运行效率、降低运营成本。目前国内多地的新基建规划都已出炉。水机中央空调作为新基建项目中暖通系统的核心，可以结合美的iBUILDING美的楼宇数字化平台，实现对现有建筑或新建建筑的能源分析、能源升级和能源管理，协助用户实现楼宇在整个生命周期内的最佳系统运行效率及成本效益。

四是可以推动冷水机组中国标准的诞生。目前冷水机组的标准一直用美国制冷空调与供暖协会AHRI标准。一定程度上成为了国内品牌的制约。在冷水机组实现全面自主化后，我们已经具备了拥有自己标准的能力和条件，可以进一步打破外资对水机中央空调的垄断格局。

中国水机中央空调的世纪突围，也是中国制造的一次世纪突围。未来，相信我们的芯片，我们的航空发动机，依旧也能在同一路径下逐步走向成熟，完成国际领先的最后一步。

所有曾经蹒跚学步的婴儿，最后也都会成为独当一面的大人。

伴随着产业一路成长的美的，正在以一种更自信的脚步，更坚定的步伐，调整着运营战略。不久之后，美的也将发布水机赛道的新品牌、新产品、新平台，重新定义水机行业的未来。

来源：光明网