上世紀初,一名印刷廠工程師把冷水注入到加熱盤管中,處理后由熱變冷的空氣從操作間不均勻地擴散開來,一臺現代意義上的中央空調由此誕生。二十多年后,這項技術來到中國,并被應用到中國福利會少年宮的前身——上海延安西路164號嘉道理大理石大廈中,從此,水機中央空調在國內的應用逐漸展開。
究竟什么是水機中央空調,它是指將冷媒冷卻或加熱后的循環水送至風機盤管等末端,由新風或混合風在末端將冷源或熱量送入指定區域實現制冷或制熱的中央空調系統。按照氣體壓縮原理,冷水機組的壓縮機形式分為容積型和速度型兩大技術路線。容積型壓縮機的代表是回轉式螺桿壓縮機,而速度型的代表則是離心式壓縮機。一臺空調要想制冷,需要通過壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流閥四大組件實現冷媒的液態、氣態循環。壓縮機在冷媒循環中起壓縮冷媒氣體的作用,因此,被稱為制冷系統的心臟。
1964年,重慶通用敢為人先,國產第一臺離心機,在那個篳路藍縷的年代,拉開了自主研發的大幕。在此之前中國并不具備生產離心式冷水機組的核心部件——壓縮機的技術和能力。很長一段時間,國內都是從國外購買離心機組。這樣導致了中國的軍工、重工業往往在冷卻核心設備上,必須采購外資品牌,中國的軍工及重工業受制于國外設備的供應,難以自主發展。此外,在民用、商用水機中央空調市場,以外資為代表的四大家企業,也長期占據著中國市場絕大多數份額。
沒有核心技術,我國的水機中央空調行業發展步履維艱。美的在中央空調領域的發展正映射了這一段艱難的起步歷程。
1999年,美的樓宇科技的前身——美的中央空調成立。2004年,美的與重慶通用工業集團成立合資公司,依托重慶通用數十年在大型離心式冷水機組上的技術積累,相繼推出了許多具有戰略意義的離心式冷水機組新產品。在合資重組后,成立了重慶美的通用制冷設備公司,美的在水機中央空調領域也從重慶徹底走了出來,開始在全國市場開疆拓土。
雖然離心機領域的飛速成長,讓美的水機中央空調業務開始走上了快速發展之路,不過在21世紀初,占據國內市場半壁江山的仍然是外資代表的國際巨頭。
但水機中央空調產業終究還是崛起了,其中一個重要里程在于磁懸浮離心機組技術的突破。縱觀中央空調行業壓縮機的發展歷程,經歷了從活塞式(壓縮過程為往復運動振動較大)再到螺桿式(壓縮過程為螺桿旋轉嚙合冷量難以做大)最終到離心式(壓縮過程為葉輪高速旋轉壓縮、轉速高,冷量大)的過程。而磁懸浮離心壓縮機由于轉速很高,具備無摩擦、無油的特點,對壓縮機材料、氣動設計、磁懸浮變頻控制等要求極為嚴苛。為此,美的專門成立了一個100余名專業工程師組成的研發團隊,研發團隊涵蓋了電磁技術、電控傳感、變頻驅動、仿真算法、氣動流體、機械材料等15個專業,碩博占比達80%以上。
歷經5年的研究,在經歷了“無法懸浮”、“一碰就掉”、“高速失穩”等多個階段性失敗之后,2019年,美的第一臺磁懸浮離心機問世。相比傳統采用齒輪增速的離心壓縮機,整個機組不再需要潤滑油對軸承進行潤滑,減少了設備的供油和回油等管路,同時運轉無摩擦能效更高。美的磁懸浮壓縮機的磁軸承采用了軸承、傳感器、備降軸承一體化集成設計,并以2萬次/秒的軸位置檢測系統,保證了磁軸承的運轉精度和穩定,軸承位置精準度達到微米級別。從此,我國具備了自主研發和生產磁懸浮離心冷水機組核心部件的技術和能力。國產離心機真正開辟了新的紀元,而美的也給磁懸浮系列的離心機組取了一個中國化的名字——司南,以紀念中國水機中央空調這一里程碑技術的突破。
國產品牌在技術研發和投入方面付出的努力進一步得到了市場的認可。根據艾肯空調制冷網發布的《年度中國中央空調市場報告》中顯示,2015年,傳統四大外資的市場占有率有所下滑,而以美的為代表的國產品牌市場占有率快速提升。之后,2019年,國產品牌開始飛速發展。2021年,中國離心機產業迎來了一個里程碑式的事件——11月20日,美的樓宇科技當年離心機產銷量突破1000臺,總冷量超120萬冷噸。至此,水機中央空調領域的離心機正式打破外資企業的壟斷格局,也正式宣告了中國水機中央空調自主化的勝利。據艾肯網統計,到了2022年上半年,美的以高速的產品升級迭代,對中國應用場景和使用狀況良好適應性等優勢,市占率超過10%,和約克、開利站在第一梯隊;其中磁懸浮離心機的增長率更是高達180%。國內市場,外資品牌的先發優勢正在漸漸喪失。
水機中央空調自主品牌的崛起,對于行業來說意義非凡。
一是在維保成本大大降低。在磁懸浮變頻離心壓縮機等核心技術被少數國外企業所壟斷的年代,當設備發生故障之后,我們不得不依賴外資企業進行維修。周期長,成本高。當我們掌握起核心技術之后,降低了運行費用,延長了機組使用壽命,機組售后維護成本大幅降低。
二是為我國工農生產、基礎設施、建筑樓宇更好的能耗管理途徑。據統計,我國社會碳排放總量有近40%來自于建筑。美的磁懸浮變頻技術采用了雙陶瓷備降軸承和自發電控制模式,在保障長時間安全可靠運行的同時,與普通定頻離心機相比,節能率高達30%以上。特別是掌握了變頻控制技術之后,大大拓寬了機組運行范圍,單壓縮機制冷負荷可低至10%,讓機組可以適應更多樣的工作環境。在碳中和成為國家戰略的大背景下,樓宇科技的突破,能讓我們在建筑暖通系統中實現節能、降碳。
三是增加樓宇建筑的運行效率、降低運營成本。目前國內多地的新基建規劃都已出爐。水機中央空調作為新基建項目中暖通系統的核心,可以結合美的iBUILDING美的樓宇數字化平臺,實現對現有建筑或新建建筑的能源分析、能源升級和能源管理,協助用戶實現樓宇在整個生命周期內的最佳系統運行效率及成本效益。
四是可以推動冷水機組中國標準的誕生。目前冷水機組的標準一直用美國制冷空調與供暖協會AHRI標準。一定程度上成為了國內品牌的制約。在冷水機組實現全面自主化后,我們已經具備了擁有自己標準的能力和條件,可以進一步打破外資對水機中央空調的壟斷格局。
中國水機中央空調的世紀突圍,也是中國制造的一次世紀突圍。未來,相信我們的芯片,我們的航空發動機,依舊也能在同一路徑下逐步走向成熟,完成國際領先的最后一步。
所有曾經蹣跚學步的嬰兒,最后也都會成為獨擋一面的大人。
伴隨著產業一路成長的美的,正在以一種更自信的腳步,更堅定的步伐,調整著運營戰略。不久之后,美的也將發布水機賽道的新品牌、新產品、新平臺,重新定義水機行業的未來。
