近年来,随着全球对节能减排和绿色低碳发展的高度重视,空调行业正经历一场深刻的技术变革。传统压缩机制冷技术虽然在过去的几十年中占据主导地位,但其高能耗、使用氟利昂类制冷剂带来的环境问题逐渐成为制约行业可持续发展的瓶颈。在此背景下,以格力、美的、海尔等为代表的国内空调头部企业纷纷加码研发固态制冷技术,力图通过技术创新引领下一代制冷革命。
固态制冷,又称热电制冷或半导体制冷,是一种基于帕尔贴效应的新型制冷方式。与传统压缩机制冷不同,它无需制冷剂,也不依赖机械压缩部件,而是通过电流在两种不同导体组成的回路中产生温差,实现热量的定向转移。这一技术具有无噪音、体积小、响应快、环保性强等显著优势,被认为是未来制冷领域的重要发展方向之一。
目前,多家头部企业在固态制冷领域的布局已初见成效。格力电器早在2020年便成立了专门的热电材料研究实验室,并联合清华大学、中国科学院等科研机构开展基础材料攻关。据悉,格力已成功开发出适用于小型家电的微型固态制冷模块,并在部分高端除湿机和车载冰箱产品中实现试用。公司相关负责人表示:“固态制冷是格力‘双碳’战略中的关键技术路径之一,未来将逐步拓展至家用空调、商用制冷等多个应用场景。”
美的集团则采取“内外协同”的研发策略,一方面加大自有研发团队投入,另一方面积极投资国内外先进的热电材料初创企业。2023年,美的通过旗下投资平台参股美国热电技术公司Marlow Industries,并与其建立联合研发中心,重点突破高效热电转换材料的稳定性与成本控制难题。与此同时,美的中央研究院已搭建起完整的固态制冷测试平台,计划在未来三年内推出首款搭载固态制冷技术的家用空调原型机。
海尔智家则更注重系统集成与用户体验的结合。其推出的“生态制冷”概念,强调将固态制冷与智能温控、空气质量管理等技术深度融合。例如,在其最新发布的智慧卧室解决方案中,已尝试将微型固态制冷单元嵌入床头设备,实现局部降温,提升睡眠舒适度。海尔技术研发负责人指出:“固态制冷的优势在于精准控温和快速响应,特别适合个性化、分布式制冷需求,这与我们打造场景化智慧生活的战略高度契合。”
尽管前景广阔,固态制冷技术的大规模商业化仍面临诸多挑战。首先是能效问题。当前主流热电材料的制冷效率(COP)普遍低于传统压缩机制冷,尤其在大功率制冷场景下表现不佳。其次是成本高昂,高性能热电材料如碲化铋等原材料稀缺,制造工艺复杂,导致单位制冷成本远高于传统方案。此外,散热管理、长期稳定性以及大规模生产的一致性也是亟待解决的技术瓶颈。
为突破这些障碍,行业正从多个维度协同推进。在材料层面,研究人员正在探索新型低维热电材料、复合结构材料以及钙钛矿基材料,以提升塞贝克系数、降低热导率,从而提高整体转换效率。在结构设计上,企业开始采用多级级联、热管辅助散热、相变材料储能等手段优化系统性能。同时,国家层面也加大了政策支持,科技部已将“高效热电转换材料与器件”列入“十四五”重点研发计划,鼓励产学研深度融合。
值得注意的是,固态制冷并非要完全取代传统压缩机制冷,而是在特定场景下形成互补。例如,在数据中心局部冷却、医疗设备恒温控制、可穿戴降温装置等领域,固态制冷的独特优势将更加凸显。随着技术成熟和成本下降,预计到2030年,固态制冷将在特种制冷市场占据重要份额,并逐步向家用空调领域渗透。
可以预见,未来空调行业的竞争将不再局限于能效比、静音效果等传统指标,而是延伸至核心技术的自主创新与绿色转型能力。头部企业加码固态制冷研发,不仅是应对环保法规趋严的必然选择,更是抢占未来技术制高点的战略布局。在这场静悄悄的技术革命中,谁能在材料、工艺与系统集成上率先取得突破,谁就有可能重新定义“制冷”的边界,引领下一个时代的空调产业变革。

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