轻商制冷设备技术发展现状及趋势.pdf

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1、轻商制冷设备技术发展 现状及趋势 西安交通大学 晏刚 2023年4月8日 20232023年中国制冷展年中国制冷展 冷冷链装备技术论坛链装备技术论坛 内容提纲内容提纲 2022年产业环境总体分析 1 创新产品、技术及先进成果 2 对技术发展趋势的一些思考 3 2 2 3 3 一、2022年产业环境总体分析政策标准 2022.4.7 2022.6.8 2022.5.9 2022.5.7 交通运输部、国家邮政局 等 五部 门 联 合 发 布关于加快推进冷链物流运输高质量发展的实施意见：着力完善冷链运输基础设施，提升技术装备水平 农业农村部办公厅、财政部办公厅发布关于做好2022年农产品产地冷藏保鲜

2、设施建设工作的通知:合理集中建设产地冷藏保鲜设施，提升技术装备水平 国务院办公厅印发“十四五”现代物流发展规划:统筹谋划物流设施建设、服务体系构建、技术装备升级、业态模式创新 2021.11.26 国务院办公厅印发“十四五”冷链物流发展规划:到2025年，技术装备水平和标准化、智慧化、绿色化水平明显提高 农业农村部财政部关于做好2022年农业生产发展等项目实施工作的通知：重点支持建设通风贮藏设施、机械冷藏库、气调冷藏库，以及预冷设施设备和其他配套设施设备 2022年来，国家对“冷链物流”扶持力度增大，冷链发展上升到国家战略层面，明确提出需提高冷链技术装备水平 4 4 一、2022年产业环境总体

3、分析冷链环节 冷却装置 冻结装置 速冻装置 冷藏冷冻库 气调库 冰温库 自动化立体库 铁路冷藏车 冷藏汽车 冷藏船 低温集装箱 食品展示柜 饮料柜、红酒柜 厨房冰箱 自动售货机 家用冰箱 家用冷柜 生 产 贮 藏 运 输 销 售 消 费 5 5 2020年受疫情影响增速大幅收窄，2021年销量增长达到近五年峰值；2022年，在国内消费市场低迷、国外贸易环境复杂的大背景下，叠加去年同期的高基数影响，轻商制冷产品近十年呈现首次下滑，但规模仅次于2021年，是近五年的第二高点；2022年除车载冰箱之外，其他产品均呈下滑态势：和餐饮关联度比较高的厨房冰箱、商用冰淇淋机和商用制冰机降幅都高于行业整体下滑

4、幅度；医用冷柜产品由于前期的透支，降幅也比较明显；传统自动售货机的降幅较大，智能售货机实现了正向增长。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 销量（万台）同比增长 一、2022年产业环境总体分析市场变化 6 6 冰箱 7236（59.81%）厨房冰箱 196 (1.62%)商用 制冰机 36 (0.30%)冷柜 2714（22.44%）制冷 陈列柜 775(6.41%)冷库用冷凝机组

5、 44（0.36%）饮水机 440（3.64%）车载冰箱 345（2.85%）冷藏集装箱 14（0.12%）家用制冷 10390（85.88%）轻型商用 1647（13.61%）大型商用 61（0.51%）2022年制冷设备整体销售量（万台/占比）冷藏车 4（0.03%）家用 商用 自动 售货机 43(0.36%)其他 221（1.8%）医用冷柜 16 (0.13%)商用 冰淇淋机 16 (0.12%)2022年制冷设备整体销售量（万台/占比）虽然2022年轻商制冷设备市场规模同比下降，但是设备细分占比达到近年来的较高值13.61%（2019年-12.21%、2020年-10.74%）。一、2

6、022年产业环境总体分析设备细分 7 7 2023年，随着一系列消费刺激政策的颁布、防疫政策的调整，再加上原材料价格的回落，轻型商用制冷产业市场复苏已经成为大趋势；在2022年的低基数背景下，预计2023年轻型商用制冷产品销量将再次突破1800万台，保守预计同比增幅在10个点左右。一、2022年产业环境总体分析市场预测 8 8 制冷陈列柜 厨房冰箱 自动售货机 医用冷柜 类 型 自携式、远置式 敞开式、封闭式 立式、卧式 冷冻、冷藏 冰淇淋冷冻展示柜 商超陈列柜 速冻食品展示柜 冷鲜肉售卖柜 类 型 高身冷柜 卧式工作台 厨房陈列柜 直冷、风冷 类 型 半制冷型 冷藏型 弹簧/履带/推板货道型

7、 S型堆积货道/垂直货道 带升降云台 XY寻址智能机器人 多门格子/扫码开门自取 弹夹式 社区生鲜售卖、自提柜 智能柜 类 型 医用冷藏柜（28）医用冷藏冷冻柜（28、-26-10）医用冷冻柜（-86-40）复叠式/自复叠式 斯特林制冷机 二、创新产品、技术和先进成果整机产品 9 9 类型 压缩机制冷型 半导体制冷型 固态制冷型（薄膜制冷、磁制冷）葡萄酒储藏柜 商用制冷机 类型 压缩机制冷型 半导体制冷型 风冷型 水冷型 冰激凌机 类型 压缩机制冷型 半导体制冷型 软质、硬质 台式、立式 冷饮机 类型 搅拌式 喷淋式 碳酸饮料 冰泥型雪融机 车载冰箱 类型 压缩机制冷型 半导体制冷型 冷冻型

8、冷藏型 移动冷链箱 类型 压缩机制冷型 半导体制冷型 冷冻型 冷藏型 二、创新产品、技术和先进成果整机产品 1010 高效环保变频商用压缩机 空气动力学流体技术 材料表面处理技术 适用于冷冻柜、超市岛柜、蛋糕柜、饮料柜等 普通及低温制冷两用 满足热气融霜工况 制冷能力宽泛 满足一机多用 适用于冷冻柜、超市岛柜、饮料柜、-40-86医疗深冷柜、低温存储柜、海鲜柜等 适用于移动冷链箱等 直流变频补气压缩机 低温补气直流变频技术，蒸发温度可降低至-40 中温工况下COP大于2.91 二、创新产品、技术和先进成果零部件 1111 二、创新产品、技术和先进成果零部件 全铝小管径换热器 冷媒多流通汇流换热

9、器 电子膨胀阀 全铝材料具有成本优势 表面涂层处理，变翅片间距，延缓结霜 高压气态冷媒流经两组换热盘管进行一次气液换热、二次换热，提高换热效率 低内漏，小于1 mL/min 高耐压，适用于CO2系统 1212 制取冷量环节 制冷系统及部件 保冷保温环节 发泡、风幕及密封系统 运行调控环节 控制系统及执行器 低碳环保、提高系统COP与制冷量 提升温度均匀性、降低箱体内外部热负荷 搭载多传感设备、高精度控制器、智能算法 二、创新产品、技术和先进成果技术环节 1313 制冷循环的改进（案例1-2：双压机联控系统、喷射器增效双温与低温制冷系统）采用双压缩机的并联制冷循环系统，实现商用陈列柜冷藏、冷冻高

10、效切换，分级匹配外部热负荷 采用喷射器增效5/18双温冰箱与-40、-86医用冷柜制冷系统，有效回收节流损失，降低压缩机压比和耗功，减小系统耗电量 该技术也适用于厨房冰箱、制冷陈列柜等轻商设备。二、创新产品、技术和先进成果系统改进 1414 加热方式的改进（案例3：冷凝热回收型双温风幕柜）二、创新产品、技术和先进成果系统改进 R407C(1.7 kg)，22+kWh/24h 4050热饮，510冷饮 三股气流的立体风道 回收冷凝热的风冷冷凝器结构 HFCHC的高冷凝压力制冷系统设计 单制冷系统冷、热变负荷调节方法 R290(0.25 kg)，11.3 kWh/24h 4050热饮，010冷饮

11、能耗下降30%以上 1515 多参数优化（案例4：风幕柜多参数优化技术）二、创新产品、技术和先进成果系统改进 风幕柜结构及关键参数示意图 各参数对风幕柜性能的相互影响结果 选取多个关键参数开展优化：背板开孔、冷通道挡风板宽度和高度、送回风口中心距离、蒸发温度、风扇流量及环境温度 通过参数间的分析，可以得到特定型号风幕柜各参数与性能间的关系，为风幕柜性能的优化及产品开发提供了新方法和思路 1616 制 冷 陈 列 柜 厨 房 冰 箱 饮 料 柜 葡 萄 酒 储 藏 柜 自 动 售 货 机 医 用 冷 柜 冰 激 凌 机 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 轻商制冷设备工质替代 开发配套自然工质压缩机、系统控制方案 二、创新产品、技术和先进成果工质替代 1717 核心部件压缩机发展趋势 型式多样化 产品专用化 工质自然化 变频驱动化 体积小型化 低噪音化 直线压缩机 细分产品专用 R600a，R290 节能，温控精准 节约成本与空间 减振、降噪 连续调节转速，精准控温

13、二、创新产品、技术和先进成果部件优化 1818 关键部件换热器发展趋势与应用案例 翅片管冷凝器 小管径翅片冷凝器 微通道冷凝器 翅片管蒸发器 翅片管换热器 结构优化 内螺纹铝管 小管径化 流程优化 微通道换热器 翅片优化 布置方向 流程优化 扁管、集流管 发展趋势：小管径、铝代铜、微通道 应用案例 医疗冷柜复叠系统中应用的套管式蒸发冷却器 R290深冷柜中应用的微通道冷凝器 翅片打孔的导风功能蒸发器 变管径高效冷凝器 二、创新产品、技术和先进成果部件优化 1919 热负荷来源 制冷陈列柜热负荷分类 应雨铮,刘国强，晏刚*.商用冷柜热负荷组成分析及其绝热性能提高的研究进展J.制冷与空调,2021

14、.某封闭式玻璃门陈列柜热负荷组成 某敞开式风幕陈列柜热负荷组成 降低热负荷：箱体保温材料优化、玻璃门性能优化、门封性能优化、风幕性能优化及融霜策略优化 二、创新产品、技术和先进成果绝热提升 2020 高绝热材料 真空绝热板 真空绝热板截面结构 真空绝热板与聚氨酯复合 VIP+PU复合与纯PU在冷柜上的应用对比 冷柜种类 第一次测试箱内最高温度/第二次测试箱内最高温度/第一次测试耗电量/kWh/24h 第二次测试耗电量/kWh/24h 平均耗电量/kWh/24h 节电率/%10mmVIP+70mmPU复合-19.3-17.0 0.4741 0.4236 0.4456 13.9 80mm纯PU-1

15、8.7-17.6 0.5333 0.5087 0.5176 真空绝热板的应用优势：导热系数小，低至3.5 mW/(mK)以下 可减小保温层厚度，增加柜体有效容积10%30%二、创新产品、技术和先进成果绝热提升 2121 风幕优化设计 二、创新产品、技术和先进成果绝热提升 风幕柜及其10数值模拟等值面图 加装各尺寸挡板后的风幕柜空气域的10等值面（从左至右的档板尺寸分别为40cmx2cm、40cmx4cm、40cmx6cm、40cmx8cm、40cmx10cm）对敞口进行有限遮蔽法：采用“挡板效率”定义挡板节能效果和展示负面影响，折中明确最佳的挡板尺寸和形式；对于某特定型号风幕柜，40cm10c

16、m挡板能将热负荷下降33.8%，化霜水重量降低51.0%，耗电量降低30.1%。2222 密封结构优化 结构优化：设置波纹段、多气囊、辅助飞边、辅助气囊、加强筋等 材料优化：推广热塑性弹性体(TPE),质地柔软、高回弹性、高耐磨 二、创新产品、技术和先进成果绝热提升 2323 先进霜层检测&高效热气融霜 由光电传感器和电容传感器结合测量霜层厚度 测试工况下，与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实时按需除霜技术使冰箱节能10%压缩机M干燥过滤器储液器蒸发器冷凝器电磁阀毛细管热气旁通管路传统电加热除霜效率仅为30%40%，利用压缩机排气口的高温气态制冷剂融化蒸发器表面霜层，除霜

17、效率可达80%以上，有效降低除霜能耗 控制旁通管路通断 二、创新产品、技术和先进成果运行调控 2424 控制层级的升级 基本控制 集成控制 照明控制 温度控制 除霜控制 电气保护控制 联网群控 协同控制 小范围（商超、建筑）远程集中控制 单 体 设 备 控 制 技 术 智能化 视觉识别 语音识别 重力感应 RFID识别 设 备 群 控 制 技 术 云平台 数据挖掘与专家诊断 信息稳健性、安全性 大范围（全国、全球）远程集中控制 正在发展的趋势 二、创新产品、技术和先进成果运行调控 2525 关键元件：电子膨胀阀 回转式电子膨胀阀的底座、阀块设计和流量控制模式 回转式电子膨胀阀的典型流量曲线 适

18、用于小制冷设备需求，克服流量调节范围小、控制不精准的问题，配合压缩机排量对流量变化做出迅速有效的调节 蛋糕柜湿度控制器 医用冷柜控制器 冷却除湿，加湿器加湿 双压缩机复叠系统或混合工质自复叠系统，控制逻辑复杂 二、创新产品、技术和先进成果运行调控 2626 制冷陈列柜 制冷陈列柜物联网监控系统 单体控制器逐步集成系统各部件的控制，配置有5G、WIFI通讯 基于集中监管平台，实时采集各个店面的设备）运行数据、能源数据，提高设备管理效率 二、创新产品、技术和先进成果运行调控 2727 轻商领域智能化场景需求 智能冷链 无人零售 二、创新产品、技术和先进成果运行调控 2828 轻商领域智能化算法 Q

19、-learing 自学算法 深度神经网络 控制器与环境数据交互，不断尝试，动态寻找最优目标点 通过人脸识别和商品识别算法，将人货场中的“人”和“货”在线化和数字化 二、创新产品、技术和先进成果运行调控 2929 单体轻商产品智能化系统架构（以智能医用冰箱为例）硬件设备感应层、数据处理层、数据传输层、数据存储层、用户应用层 控制终端 温度控制器、智能锁、报警器、条码阅读器、臭氧控制器、重力传感器、摄像头、身份识别设备等 二、创新产品、技术和先进成果运行调控 3030 二、创新产品、技术和先进成果先进成果 混合制冷剂回收及分离技术 非共沸混合工质分凝式双温制冷循环技术 3131 二、创新产品、技术

20、和先进成果先进成果 应用多层组合式相变制冷模块的医药冷藏箱 冷冻冷藏箱体密封件性能测量技术 3232 三、对技术发展趋势的一些思考低碳环保 低碳与环保符合国家“双碳”发展战略 基加利修正案基加利修正案实施实施 2021.6.17，我国向联合国正式交存基加利修正案接受文书，修正案将于今年9月15日起对我国生效。管控18种HFCs，如R32(冰激凌机等)、R134a(制冷陈列柜、自动售货机等)、R23(医用冷柜等)等；我国在内的发展中国家(图中蓝线)，对受控HFCs的生产和使用，2024年起冻结在基准线，2029、2035、2040、2045年起分别不超过基线的90%、70%、50%、20%；根据

21、科学评估，在本世纪末，每年可避免5687亿吨CO2当量排放，最多可避免全球平均温升0.4。3333 三、对技术发展趋势的一些思考多温需求 利用混合工质技术实现多温与低温需求 纯工质 双温制冷循环 非共沸混合工质 双温/多温制冷循环 非共沸混合工质 宽温区制冷循环 纯工质 单温制冷循环 非共沸混合工质在冷凝和蒸发过程中存在温度滑移，在传统蒸气压缩制冷系统中可实现Lorenz-Meutzner循环，工质在定压冷凝和蒸发过程中的温度滑移降低了换热温差，可获得良好的温度匹配。3434 三、对技术发展趋势的一些思考降成本 解决节能与降成本的矛盾 政策导向：碳达峰碳中和 市场需求：出口准入门槛 行业标准：

22、能效标识制度 用户需求：降低运行费用 能效等级、碳排放、制冷量、降温速度等指标 优化制冷系统：电机变频、双压缩机联动，循环改进等 增大绝热能力：增加厚度、采用VIPs、多重风幕、多层中空等 提升控制水平：多传感器、智能算法等 成本增大 实际产品开发过程，能耗与成本相互制肘，如何协调二者关系?以节能指标为约束条件，构建综合经济性最优模型，实现整机成本最优化设计 3535 三、对技术发展趋势的一些思考智能化 智能化如何真正适应用户实际需求 单体控制 集成控制 区域性云平台 全国性云平台 智能智能监管云平台监管云平台 如何贴近客户实际需求，而不是营销噱头 如何挖掘云平台海量数据，提供专家诊断 谢谢大家 西安交通大学 晏刚 2023年4月8日