輕商制冷設備技術發展現狀及趨勢.pdf

1、輕商制冷設備技術發展 現狀及趨勢 西安交通大學 晏剛 2023年4月8日 20232023年中國制冷展年中國制冷展 冷冷鏈裝備技術論壇鏈裝備技術論壇 內容提綱內容提綱 2022年產業環境總體分析 1 創新產品、技術及先進成果 2 對技術發展趨勢的一些思考 3 2 2 3 3 一、2022年產業環境總體分析政策標準 2022.4.7 2022.6.8 2022.5.9 2022.5.7 交通運輸部、國家郵政局 等 五部 門 聯 合 發 布關于加快推進冷鏈物流運輸高質量發展的實施意見：著力完善冷鏈運輸基礎設施，提升技術裝備水平 農業農村部辦公廳、財政部辦公廳發布關于做好2022年農產品產地冷藏保鮮

2、設施建設工作的通知:合理集中建設產地冷藏保鮮設施，提升技術裝備水平 國務院辦公廳印發“十四五”現代物流發展規劃:統籌謀劃物流設施建設、服務體系構建、技術裝備升級、業態模式創新 2021.11.26 國務院辦公廳印發“十四五”冷鏈物流發展規劃:到2025年，技術裝備水平和標準化、智慧化、綠色化水平明顯提高 農業農村部財政部關于做好2022年農業生產發展等項目實施工作的通知：重點支持建設通風貯藏設施、機械冷藏庫、氣調冷藏庫，以及預冷設施設備和其他配套設施設備 2022年來，國家對“冷鏈物流”扶持力度增大，冷鏈發展上升到國家戰略層面，明確提出需提高冷鏈技術裝備水平 4 4 一、2022年產業環境總體

3、分析冷鏈環節 冷卻裝置 凍結裝置 速凍裝置 冷藏冷凍庫 氣調庫 冰溫庫 自動化立體庫 鐵路冷藏車 冷藏汽車 冷藏船 低溫集裝箱 食品展示柜 飲料柜、紅酒柜 廚房冰箱 自動售貨機 家用冰箱 家用冷柜 生 產 貯 藏 運 輸 銷 售 消 費 5 5 2020年受疫情影響增速大幅收窄，2021年銷量增長達到近五年峰值；2022年，在國內消費市場低迷、國外貿易環境復雜的大背景下，疊加去年同期的高基數影響，輕商制冷產品近十年呈現首次下滑，但規模僅次于2021年，是近五年的第二高點；2022年除車載冰箱之外，其他產品均呈下滑態勢：和餐飲關聯度比較高的廚房冰箱、商用冰淇淋機和商用制冰機降幅都高于行業整體下滑

4、幅度；醫用冷柜產品由于前期的透支，降幅也比較明顯；傳統自動售貨機的降幅較大，智能售貨機實現了正向增長。1282 1489 1568 1870 1647 15.3%16.2%5.3%19.2%-11.9%-20.0%-10.0%0.0%10.0%20.0%30.0%05001000150020002018年 2019年 2020年 2021年 2022年 銷量（萬臺）同比增長 一、2022年產業環境總體分析市場變化 6 6 冰箱 7236（59.81%）廚房冰箱 196 (1.62%)商用 制冰機 36 (0.30%)冷柜 2714（22.44%）制冷 陳列柜 775(6.41%)冷庫用冷凝機組

5、 44（0.36%）飲水機 440（3.64%）車載冰箱 345（2.85%）冷藏集裝箱 14（0.12%）家用制冷 10390（85.88%）輕型商用 1647（13.61%）大型商用 61（0.51%）2022年制冷設備整體銷售量（萬臺/占比）冷藏車 4（0.03%）家用 商用 自動 售貨機 43(0.36%)其他 221（1.8%）醫用冷柜 16 (0.13%)商用 冰淇淋機 16 (0.12%)2022年制冷設備整體銷售量（萬臺/占比）雖然2022年輕商制冷設備市場規模同比下降，但是設備細分占比達到近年來的較高值13.61%（2019年-12.21%、2020年-10.74%）。一、2

6、022年產業環境總體分析設備細分 7 7 2023年，隨著一系列消費刺激政策的頒布、防疫政策的調整，再加上原材料價格的回落，輕型商用制冷產業市場復蘇已經成為大趨勢；在2022年的低基數背景下，預計2023年輕型商用制冷產品銷量將再次突破1800萬臺，保守預計同比增幅在10個點左右。一、2022年產業環境總體分析市場預測 8 8 制冷陳列柜 廚房冰箱 自動售貨機 醫用冷柜 類 型 自攜式、遠置式 敞開式、封閉式 立式、臥式 冷凍、冷藏 冰淇淋冷凍展示柜 商超陳列柜 速凍食品展示柜 冷鮮肉售賣柜 類 型 高身冷柜 臥式工作臺 廚房陳列柜 直冷、風冷 類 型 半制冷型 冷藏型 彈簧/履帶/推板貨道型

7、 S型堆積貨道/垂直貨道 帶升降云臺 XY尋址智能機器人 多門格子/掃碼開門自取 彈夾式 社區生鮮售賣、自提柜 智能柜 類 型 醫用冷藏柜（28）醫用冷藏冷凍柜（28、-26-10）醫用冷凍柜（-86-40）復疊式/自復疊式 斯特林制冷機 二、創新產品、技術和先進成果整機產品 9 9 類型 壓縮機制冷型 半導體制冷型 固態制冷型（薄膜制冷、磁制冷）葡萄酒儲藏柜 商用制冷機 類型 壓縮機制冷型 半導體制冷型 風冷型 水冷型 冰激凌機 類型 壓縮機制冷型 半導體制冷型 軟質、硬質 臺式、立式 冷飲機 類型 攪拌式 噴淋式 碳酸飲料 冰泥型雪融機 車載冰箱 類型 壓縮機制冷型 半導體制冷型 冷凍型

8、冷藏型 移動冷鏈箱 類型 壓縮機制冷型 半導體制冷型 冷凍型 冷藏型 二、創新產品、技術和先進成果整機產品 1010 高效環保變頻商用壓縮機 空氣動力學流體技術 材料表面處理技術 適用于冷凍柜、超市島柜、蛋糕柜、飲料柜等 普通及低溫制冷兩用 滿足熱氣融霜工況 制冷能力寬泛 滿足一機多用 適用于冷凍柜、超市島柜、飲料柜、-40-86醫療深冷柜、低溫存儲柜、海鮮柜等 適用于移動冷鏈箱等 直流變頻補氣壓縮機 低溫補氣直流變頻技術，蒸發溫度可降低至-40 中溫工況下COP大于2.91 二、創新產品、技術和先進成果零部件 1111 二、創新產品、技術和先進成果零部件 全鋁小管徑換熱器 冷媒多流通匯流換熱

9、器 電子膨脹閥 全鋁材料具有成本優勢 表面涂層處理，變翅片間距，延緩結霜 高壓氣態冷媒流經兩組換熱盤管進行一次氣液換熱、二次換熱，提高換熱效率 低內漏，小于1 mL/min 高耐壓，適用于CO2系統 1212 制取冷量環節 制冷系統及部件 保冷保溫環節 發泡、風幕及密封系統 運行調控環節 控制系統及執行器 低碳環保、提高系統COP與制冷量 提升溫度均勻性、降低箱體內外部熱負荷 搭載多傳感設備、高精度控制器、智能算法 二、創新產品、技術和先進成果技術環節 1313 制冷循環的改進（案例1-2：雙壓機聯控系統、噴射器增效雙溫與低溫制冷系統）采用雙壓縮機的并聯制冷循環系統，實現商用陳列柜冷藏、冷凍高

10、效切換，分級匹配外部熱負荷 采用噴射器增效5/18雙溫冰箱與-40、-86醫用冷柜制冷系統，有效回收節流損失，降低壓縮機壓比和耗功，減小系統耗電量 該技術也適用于廚房冰箱、制冷陳列柜等輕商設備。二、創新產品、技術和先進成果系統改進 1414 加熱方式的改進（案例3：冷凝熱回收型雙溫風幕柜）二、創新產品、技術和先進成果系統改進 R407C(1.7 kg)，22+kWh/24h 4050熱飲，510冷飲 三股氣流的立體風道 回收冷凝熱的風冷冷凝器結構 HFCHC的高冷凝壓力制冷系統設計 單制冷系統冷、熱變負荷調節方法 R290(0.25 kg)，11.3 kWh/24h 4050熱飲，010冷飲

11、能耗下降30%以上 1515 多參數優化（案例4：風幕柜多參數優化技術）二、創新產品、技術和先進成果系統改進 風幕柜結構及關鍵參數示意圖 各參數對風幕柜性能的相互影響結果 選取多個關鍵參數開展優化：背板開孔、冷通道擋風板寬度和高度、送回風口中心距離、蒸發溫度、風扇流量及環境溫度 通過參數間的分析，可以得到特定型號風幕柜各參數與性能間的關系，為風幕柜性能的優化及產品開發提供了新方法和思路 1616 制 冷 陳 列 柜 廚 房 冰 箱 飲 料 柜 葡 萄 酒 儲 藏 柜 自 動 售 貨 機 醫 用 冷 柜 冰 激 凌 機 R134a R404A R600a R290 R1234ze(E)R134a

12、 R600a R290 R22 R404A R290 R449A R454C CO2 R410A R404A R290 R134a R410A R290 R1234yf CO2 R23 R14 R290 R600a R600 R170 R32 R22 R290 R134a/R32 輕商制冷設備工質替代 開發配套自然工質壓縮機、系統控制方案 二、創新產品、技術和先進成果工質替代 1717 核心部件壓縮機發展趨勢 型式多樣化 產品專用化 工質自然化 變頻驅動化 體積小型化 低噪音化 直線壓縮機 細分產品專用 R600a，R290 節能，溫控精準 節約成本與空間 減振、降噪 連續調節轉速，精準控溫

13、二、創新產品、技術和先進成果部件優化 1818 關鍵部件換熱器發展趨勢與應用案例 翅片管冷凝器 小管徑翅片冷凝器 微通道冷凝器 翅片管蒸發器 翅片管換熱器 結構優化 內螺紋鋁管 小管徑化 流程優化 微通道換熱器 翅片優化 布置方向 流程優化 扁管、集流管 發展趨勢：小管徑、鋁代銅、微通道 應用案例 醫療冷柜復疊系統中應用的套管式蒸發冷卻器 R290深冷柜中應用的微通道冷凝器 翅片打孔的導風功能蒸發器 變管徑高效冷凝器 二、創新產品、技術和先進成果部件優化 1919 熱負荷來源 制冷陳列柜熱負荷分類 應雨錚,劉國強，晏剛*.商用冷柜熱負荷組成分析及其絕熱性能提高的研究進展J.制冷與空調,2021

14、.某封閉式玻璃門陳列柜熱負荷組成 某敞開式風幕陳列柜熱負荷組成 降低熱負荷：箱體保溫材料優化、玻璃門性能優化、門封性能優化、風幕性能優化及融霜策略優化 二、創新產品、技術和先進成果絕熱提升 2020 高絕熱材料 真空絕熱板 真空絕熱板截面結構 真空絕熱板與聚氨酯復合 VIP+PU復合與純PU在冷柜上的應用對比 冷柜種類 第一次測試箱內最高溫度/第二次測試箱內最高溫度/第一次測試耗電量/kWh/24h 第二次測試耗電量/kWh/24h 平均耗電量/kWh/24h 節電率/%10mmVIP+70mmPU復合-19.3-17.0 0.4741 0.4236 0.4456 13.9 80mm純PU-1

15、8.7-17.6 0.5333 0.5087 0.5176 真空絕熱板的應用優勢：導熱系數小，低至3.5 mW/(mK)以下 可減小保溫層厚度，增加柜體有效容積10%30%二、創新產品、技術和先進成果絕熱提升 2121 風幕優化設計 二、創新產品、技術和先進成果絕熱提升 風幕柜及其10數值模擬等值面圖 加裝各尺寸擋板后的風幕柜空氣域的10等值面（從左至右的檔板尺寸分別為40cmx2cm、40cmx4cm、40cmx6cm、40cmx8cm、40cmx10cm）對敞口進行有限遮蔽法：采用“擋板效率”定義擋板節能效果和展示負面影響，折中明確最佳的擋板尺寸和形式；對于某特定型號風幕柜，40cm10c

16、m擋板能將熱負荷下降33.8%，化霜水重量降低51.0%，耗電量降低30.1%。2222 密封結構優化 結構優化：設置波紋段、多氣囊、輔助飛邊、輔助氣囊、加強筋等 材料優化：推廣熱塑性彈性體(TPE),質地柔軟、高回彈性、高耐磨 二、創新產品、技術和先進成果絕熱提升 2323 先進霜層檢測&高效熱氣融霜 由光電傳感器和電容傳感器結合測量霜層厚度 測試工況下，與通常的盲目定期除霜控制策略相比，具有最佳除霜厚度的新型實時按需除霜技術使冰箱節能10%壓縮機M干燥過濾器儲液器蒸發器冷凝器電磁閥毛細管熱氣旁通管路傳統電加熱除霜效率僅為30%40%，利用壓縮機排氣口的高溫氣態制冷劑融化蒸發器表面霜層，除霜

17、效率可達80%以上，有效降低除霜能耗 控制旁通管路通斷 二、創新產品、技術和先進成果運行調控 2424 控制層級的升級 基本控制 集成控制 照明控制 溫度控制 除霜控制 電氣保護控制 聯網群控 協同控制 小范圍（商超、建筑）遠程集中控制 單 體 設 備 控 制 技 術 智能化 視覺識別 語音識別 重力感應 RFID識別 設 備 群 控 制 技 術 云平臺 數據挖掘與專家診斷 信息穩健性、安全性 大范圍（全國、全球）遠程集中控制 正在發展的趨勢 二、創新產品、技術和先進成果運行調控 2525 關鍵元件：電子膨脹閥 回轉式電子膨脹閥的底座、閥塊設計和流量控制模式 回轉式電子膨脹閥的典型流量曲線 適

18、用于小制冷設備需求，克服流量調節范圍小、控制不精準的問題，配合壓縮機排量對流量變化做出迅速有效的調節 蛋糕柜濕度控制器 醫用冷柜控制器 冷卻除濕，加濕器加濕 雙壓縮機復疊系統或混合工質自復疊系統，控制邏輯復雜 二、創新產品、技術和先進成果運行調控 2626 制冷陳列柜 制冷陳列柜物聯網監控系統 單體控制器逐步集成系統各部件的控制，配置有5G、WIFI通訊 基于集中監管平臺，實時采集各個店面的設備）運行數據、能源數據，提高設備管理效率 二、創新產品、技術和先進成果運行調控 2727 輕商領域智能化場景需求 智能冷鏈 無人零售 二、創新產品、技術和先進成果運行調控 2828 輕商領域智能化算法 Q

19、-learing 自學算法 深度神經網絡 控制器與環境數據交互，不斷嘗試，動態尋找最優目標點 通過人臉識別和商品識別算法，將人貨場中的“人”和“貨”在線化和數字化 二、創新產品、技術和先進成果運行調控 2929 單體輕商產品智能化系統架構（以智能醫用冰箱為例）硬件設備感應層、數據處理層、數據傳輸層、數據存儲層、用戶應用層 控制終端 溫度控制器、智能鎖、報警器、條碼閱讀器、臭氧控制器、重力傳感器、攝像頭、身份識別設備等 二、創新產品、技術和先進成果運行調控 3030 二、創新產品、技術和先進成果先進成果 混合制冷劑回收及分離技術 非共沸混合工質分凝式雙溫制冷循環技術 3131 二、創新產品、技術

20、和先進成果先進成果 應用多層組合式相變制冷模塊的醫藥冷藏箱 冷凍冷藏箱體密封件性能測量技術 3232 三、對技術發展趨勢的一些思考低碳環保 低碳與環保符合國家“雙碳”發展戰略 基加利修正案基加利修正案實施實施 2021.6.17，我國向聯合國正式交存基加利修正案接受文書，修正案將于今年9月15日起對我國生效。管控18種HFCs，如R32(冰激凌機等)、R134a(制冷陳列柜、自動售貨機等)、R23(醫用冷柜等)等；我國在內的發展中國家(圖中藍線)，對受控HFCs的生產和使用，2024年起凍結在基準線，2029、2035、2040、2045年起分別不超過基線的90%、70%、50%、20%；根據

21、科學評估，在本世紀末，每年可避免5687億噸CO2當量排放，最多可避免全球平均溫升0.4。3333 三、對技術發展趨勢的一些思考多溫需求 利用混合工質技術實現多溫與低溫需求 純工質 雙溫制冷循環 非共沸混合工質 雙溫/多溫制冷循環 非共沸混合工質 寬溫區制冷循環 純工質 單溫制冷循環 非共沸混合工質在冷凝和蒸發過程中存在溫度滑移，在傳統蒸氣壓縮制冷系統中可實現Lorenz-Meutzner循環，工質在定壓冷凝和蒸發過程中的溫度滑移降低了換熱溫差，可獲得良好的溫度匹配。3434 三、對技術發展趨勢的一些思考降成本 解決節能與降成本的矛盾 政策導向：碳達峰碳中和 市場需求：出口準入門檻 行業標準：

22、能效標識制度 用戶需求：降低運行費用 能效等級、碳排放、制冷量、降溫速度等指標 優化制冷系統：電機變頻、雙壓縮機聯動，循環改進等 增大絕熱能力：增加厚度、采用VIPs、多重風幕、多層中空等 提升控制水平：多傳感器、智能算法等 成本增大 實際產品開發過程，能耗與成本相互制肘，如何協調二者關系?以節能指標為約束條件，構建綜合經濟性最優模型，實現整機成本最優化設計 3535 三、對技術發展趨勢的一些思考智能化 智能化如何真正適應用戶實際需求 單體控制 集成控制 區域性云平臺 全國性云平臺 智能智能監管云平臺監管云平臺 如何貼近客戶實際需求，而不是營銷噱頭 如何挖掘云平臺海量數據，提供專家診斷 謝謝大家 西安交通大學 晏剛 2023年4月8日