在珠海格力電器的實(shí)驗(yàn)室里,一臺轉(zhuǎn)缸容積式制冷劑泵正以穩(wěn)定的頻率運(yùn)轉(zhuǎn)。它的外殼并不起眼,但內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻藏著行業(yè)的重大突破——這項(xiàng)被鑒定為“國際首創(chuàng)”的技術(shù),將數(shù)據(jù)中心空調(diào)的效率提升了1至5倍,讓北京的高效制冷時(shí)長從每年40%躍升至66%,更讓廣州這樣的高溫地區(qū)首次實(shí)現(xiàn)全年1/3時(shí)間的高效自然制冷。
距離這臺泵不遠(yuǎn)的測試臺上,另一臺壓縮機(jī)正在完成從1Hz到200Hz的頻率切換。在-15℃的模擬環(huán)境中,它的制熱量絲毫未減,室溫波動(dòng)被控制在±0.3℃以內(nèi)。這項(xiàng)多適應(yīng)寬頻高效轉(zhuǎn)子壓縮技術(shù),將全球制冷行業(yè)的頻率邊界拓寬了近一倍。
2025年7月27日,中國輕工業(yè)聯(lián)合會組織的鑒定會上,由中國工程院院士、中國機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司黨委常委、總工程師陳學(xué)東,中國工程院院士、清華大學(xué)教授江億,中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)教授何雅玲等11位行業(yè)權(quán)威專家組成的鑒定委員會一致認(rèn)定:這兩項(xiàng)技術(shù)均達(dá)到“國際領(lǐng)先”水平,其中轉(zhuǎn)缸容積式制冷劑泵為“國際首創(chuàng)”。他們認(rèn)為,這兩項(xiàng)科技成果創(chuàng)新性強(qiáng),擁有自主知識產(chǎn)權(quán),節(jié)能效果優(yōu)異,經(jīng)濟(jì)與社會效益顯著。
隨著這兩項(xiàng)技術(shù)被鑒定為國際領(lǐng)先,截至目前,格力已累計(jì)擁有50項(xiàng)“國際領(lǐng)先”技術(shù),于國際同行。
這不是偶然的技術(shù)突破。在全球制冷耗電量占總用電量20%、數(shù)據(jù)中心空調(diào)能耗占比達(dá)40%的產(chǎn)業(yè)背景下,格力的技術(shù)突破直指全球能源危機(jī)的核心痛點(diǎn)。從實(shí)驗(yàn)室里的千萬次試驗(yàn)到生產(chǎn)線的規(guī)�;瘧�(yīng)用,從專利圖紙到先進(jìn)產(chǎn)品,這兩項(xiàng)技術(shù)的背后,是中國制造業(yè)在核心技術(shù)領(lǐng)域長達(dá)數(shù)十年的蟄伏與突圍。
行業(yè)困局:全球制冷業(yè)的能耗焦慮
壓縮機(jī)被稱為制冷空調(diào)的“心臟”,但其技術(shù)演進(jìn)長期受限于兩大困局:效率瓶頸與場景適配性不足。
隨著AI、大數(shù)據(jù)技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心規(guī)模每年以10%以上的速度增加。數(shù)據(jù)中心是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的底座,但也是能耗大戶,傳統(tǒng)制冷技術(shù)已經(jīng)陷入瓶頸,如何讓機(jī)房空調(diào)更加節(jié)能,成為一個(gè)亟待攻克、刻不容緩的技術(shù)難題。
傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)采用蒸汽壓縮式制冷,即使在室外溫度極低時(shí),仍需壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),能源浪費(fèi)嚴(yán)重。制冷劑泵技術(shù)雖能利用自然冷源節(jié)能,但受限于環(huán)境溫度和空間覆蓋能力,普及率不足30%。
家用與商用制冷領(lǐng)域則面臨第二個(gè)困局。隨著全球氣候極端化,空調(diào)需在-30℃至50℃的超寬溫域運(yùn)行,但傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在-10℃以下環(huán)境,制熱能力衰減50%以上;而在50℃以上極限高溫下,空調(diào)耗電量驚人。轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)近5年全球總產(chǎn)量突破12億臺,其能耗問題已成為全球減碳的主要障礙之一。
國際巨頭的技術(shù)壟斷加劇了破局難度。在制冷壓縮機(jī)領(lǐng)域,日本、德國企業(yè)主導(dǎo)核心技術(shù)長達(dá)百年,中國企業(yè)雖為制造大國,但長期依賴技術(shù)引進(jìn)。這種被動(dòng)局面直接導(dǎo)致行業(yè)利潤空間被壓縮——一臺空調(diào)的成本中,壓縮機(jī)占比30%以上,且核心技術(shù)溢價(jià)被外方攫取。
格力的技術(shù)突破恰恰針對這些困局。轉(zhuǎn)缸式制冷劑泵直擊數(shù)據(jù)中心高能耗痛點(diǎn),寬頻壓縮機(jī)則重構(gòu)了制冷設(shè)備的全場景適配能力,兩者共同指向一個(gè)目標(biāo):用技術(shù)創(chuàng)新打破能耗困局。
轉(zhuǎn)缸容積式制冷劑泵:數(shù)據(jù)中心的節(jié)能革命
轉(zhuǎn)缸容積式制冷劑泵的誕生,源于一個(gè)看似簡單的問題:如何讓數(shù)據(jù)中心在更多時(shí)間里“免費(fèi)”制冷?
數(shù)據(jù)中心全年恒溫運(yùn)行,即使在冬季也需散熱。傳統(tǒng)做法是通過壓縮機(jī)強(qiáng)制制冷,但當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)時(shí),理論上可通過制冷劑自然循環(huán)散熱,無需消耗壓縮功率——這就是制冷劑泵技術(shù)的原理。但長期以來,這項(xiàng)技術(shù)被兩個(gè)難題困�。�
一是氣液兩相運(yùn)行難題。當(dāng)室外溫度升高,制冷劑易蒸發(fā)形成氣液混合態(tài),傳統(tǒng)離心泵會因“氣縛”現(xiàn)象失效,導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。
二是揚(yáng)程范圍窄。傳統(tǒng)離心泵揚(yáng)程僅0.2-0.4MPa,無法滿足大型數(shù)據(jù)中心的長管道、高落差需求。
“就像用吸管喝汽水,一旦有氣泡進(jìn)入,就吸不上來了。”格力轉(zhuǎn)缸泵研發(fā)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人解釋,“數(shù)據(jù)中心管道動(dòng)輒上百米,傳統(tǒng)泵根本‘推不動(dòng)’,更別說帶氣泡的情況了。”
格力的突破始于2014年。研發(fā)團(tuán)隊(duì)拆解了幾十種不同結(jié)構(gòu)的泵與壓縮機(jī),繪制了上百張結(jié)構(gòu)草圖,最終提出“轉(zhuǎn)缸容積式”新原理——通過曲軸帶動(dòng)滑塊偏心旋轉(zhuǎn),使工作腔產(chǎn)生周期性容積變化,實(shí)現(xiàn)液體輸送。
這種結(jié)構(gòu)無需氣閥,從根本上解決了氣液混合態(tài)運(yùn)行的問題,揚(yáng)程范圍拓寬至0.05-0.6MPa,覆蓋了從中小型機(jī)房到超大型數(shù)據(jù)中心的需求。
更重要的是,轉(zhuǎn)缸容積式泵具有零件數(shù)量少、體積小、重量輕、力矩波動(dòng)小等技術(shù)特點(diǎn),非常符合低振低噪的要求。相較于傳統(tǒng)泵,它的體積小40%,重量輕49%,力矩波動(dòng)僅3%,通過單級壓縮就可以實(shí)現(xiàn)大揚(yáng)程。如果將該技術(shù)運(yùn)用在機(jī)房空調(diào)上,全年綜合能效提升80%以上。
據(jù)格力電器機(jī)電技術(shù)研究院專家魏會軍介紹,“轉(zhuǎn)缸容積式泵的這種設(shè)計(jì)帶來三個(gè)突破:揚(yáng)程范圍拓寬至0.05-0.6MPa,直接解決大空間覆蓋難題;效率較傳統(tǒng)技術(shù)提升1至5倍;攻克氣液兩相運(yùn)行難題,將高效模式的運(yùn)行環(huán)境溫度上限從5℃提升至20℃。”
“這不是改進(jìn),是重構(gòu)。”鑒定專家、清華大學(xué)教授江億評價(jià),“從原理到結(jié)構(gòu)都是全新的,相當(dāng)于在制冷泵領(lǐng)域造了‘另一輛車’。”
實(shí)際應(yīng)用效果更具說服力。在環(huán)境溫度適應(yīng)性上,轉(zhuǎn)缸泵將高效制冷劑泵制冷模式的運(yùn)行環(huán)溫從5℃拓寬至20℃:北京地區(qū)全年可運(yùn)行時(shí)長從3644小時(shí)增至5668小時(shí),提升55%;廣州從0小時(shí)增至2925小時(shí),全年有1/3時(shí)間可啟用,實(shí)現(xiàn)了高溫地區(qū)的突破。
若中國三大運(yùn)營商新增數(shù)據(jù)中心全部采用該技術(shù),每年可節(jié)電2.4億度,相當(dāng)于北京市朝陽區(qū)全體居民1.5至2個(gè)月的用電量。
更深遠(yuǎn)的意義在于打破地域限制。以往,數(shù)據(jù)中心因制冷需求多建在北方低溫地區(qū),而轉(zhuǎn)缸泵技術(shù)讓華南、華東等高溫地區(qū)也能高效運(yùn)行,這將為“東數(shù)西算”工程提供了重要的技術(shù)支撐。“現(xiàn)在可以把數(shù)據(jù)中心建在更靠近用戶的地方,減少傳輸損耗,這是技術(shù)帶來的產(chǎn)業(yè)布局重構(gòu)。”某通信行業(yè)專家表示。
壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)主要有活塞結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、渦旋結(jié)構(gòu),一百多年來由國外所主導(dǎo)。如今,格力開辟了一個(gè)全新的壓縮機(jī)結(jié)構(gòu),一舉奠定了行業(yè)的領(lǐng)先地位。
如今,格力在轉(zhuǎn)缸泵技術(shù)上取得了歷史性的突破,擁有極其廣闊的市場。它不僅能應(yīng)用于換熱不換質(zhì)的場景,如數(shù)據(jù)中心、電信基站、工業(yè)柜機(jī)、電化學(xué)儲能等,而且在載冷劑泵領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用場景,如新能源汽車及充電樁、電池?zé)峁芾淼取?/p>
中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會會長李江這樣評價(jià)格力的轉(zhuǎn)缸泵技術(shù):“壓縮機(jī)和泵領(lǐng)域,中國多年來一直在國際發(fā)達(dá)國家后面追趕。格力的轉(zhuǎn)缸容積式制冷劑泵,實(shí)現(xiàn)了從跟跑到領(lǐng)跑的突破。”
多適應(yīng)寬頻壓縮機(jī):改寫極限溫度下的運(yùn)行規(guī)則
如果說轉(zhuǎn)缸泵是“從0到1”的創(chuàng)新,那么多適應(yīng)寬頻高效轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)則是“從1到N”的突破——將壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率從行業(yè)常規(guī)的15-120Hz拓寬至1-200Hz,看似簡單的數(shù)字跨越,背后是對機(jī)械極限的全面挑戰(zhàn)。
“頻率是壓縮機(jī)的‘速度’,但不是越快越好。”魏會軍解釋,“低頻時(shí)要穩(wěn),高頻時(shí)要抗造,全頻段要高效,這就像要求一輛車既能怠速爬陡坡,又能高速跑沙漠,還要全程省油。”
這一突破的核心在于四大技術(shù)創(chuàng)新:低摩耗壓縮結(jié)構(gòu)減少能量損耗;冷凍油主動(dòng)控制技術(shù)確保寬頻運(yùn)行時(shí)的潤滑穩(wěn)定性;變剛度排氣閥組解決高頻下閥片疲勞問題;驅(qū)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)控實(shí)現(xiàn)1Hz微頻調(diào)節(jié)。
高頻運(yùn)行的難點(diǎn)首先是可靠性。當(dāng)頻率從120Hz提升至200Hz,壓縮機(jī)內(nèi)部部件的運(yùn)動(dòng)速度增加67%,閥片每分鐘要承受200次沖擊,曲軸磨損風(fēng)險(xiǎn)呈指數(shù)級上升。格力研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了“變剛度排氣閥組”,通過材料改性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,將閥片壽命提升數(shù)倍;同時(shí)開發(fā)“冷凍油主動(dòng)控制技術(shù)”,確保高頻時(shí)潤滑油膜不破裂。
低頻運(yùn)行的核心是控溫精度。1Hz意味著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速低至60轉(zhuǎn)/分鐘,相當(dāng)于每分鐘僅完成一次完整壓縮循環(huán),此時(shí)冷量輸出需精確到“微瓦級”。通過“低摩耗壓縮結(jié)構(gòu)”和“驅(qū)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)控”技術(shù),格力將室溫波動(dòng)控制在±0.3℃,遠(yuǎn)優(yōu)于行業(yè)±1℃的平均水平,徹底解決了空調(diào)忽冷忽熱的問題。
北京工業(yè)大學(xué)教授、全國制冷標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員李紅旗說,“在制藥、半導(dǎo)體等對溫度敏感的領(lǐng)域,這種精度能直接提升產(chǎn)品合格率。”
技術(shù)突破帶來的效益是多維的:與國際先進(jìn)技術(shù)相比,全頻段能效提升5%,空調(diào)季節(jié)能效提升10%,低溫制熱量提升15%。在-15℃環(huán)境下,熱泵制熱量仍不衰減,在-30℃極限環(huán)境下,空調(diào)依然能穩(wěn)定運(yùn)行,解決了北方地區(qū)“空調(diào)冬天不制熱”的痛點(diǎn)。
國際制冷學(xué)會的數(shù)據(jù)顯示,制冷耗電量占全球總用電量的20%,且每年快速增長,而壓縮機(jī)能耗占空調(diào)總能耗的80%。若全球普及寬頻壓縮機(jī),預(yù)計(jì)每年可節(jié)電640億度。按標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電計(jì)算,節(jié)省的煤炭需用火車皮裝載,長度可繞赤道一周。
市場反饋同樣印證了技術(shù)價(jià)值。搭載該壓縮機(jī)的1-3HP熱泵空調(diào)已批量出口歐美,在加拿大的極寒地區(qū),多數(shù)空調(diào)無法穩(wěn)定制熱,而搭載格力寬頻壓縮機(jī)的熱泵產(chǎn)品因-30℃仍能可靠運(yùn)行,成為加拿大國家能源局推薦機(jī)型,被官方推薦為冬季清潔取暖方案。
在室外溫度動(dòng)輒高達(dá)50℃的中東市場,格力空調(diào)同樣經(jīng)受住了極限高溫的考驗(yàn),成為當(dāng)?shù)刈钍軞g迎的空調(diào)品牌,市場占有率突破25%,收獲了2000萬用戶,連續(xù)多年當(dāng)?shù)刂袞|市場第一品牌。
越是在極限溫度下,越考驗(yàn)著空調(diào)的技術(shù)水平;越是在這樣極端的環(huán)境下,格力就越能大顯身手。格力在極端環(huán)境下的領(lǐng)先優(yōu)勢,印證了技術(shù)突破的真正價(jià)值。
“以前我們?nèi)W洲參展,許多客戶第一句話就問‘你們的空調(diào)能在零下20℃低溫情況下使用嗎’,現(xiàn)在我們可以有底氣地大聲說‘零下30℃也沒問題’。”格力海外市場負(fù)責(zé)人表示。
格力路徑:從實(shí)驗(yàn)室到國際標(biāo)準(zhǔn)的二十年突圍
格力的技術(shù)突破并非一蹴而就,而是源于二十年如一日的自主創(chuàng)新積累。這種積累體現(xiàn)在三個(gè)維度:研發(fā)投入的持續(xù)性、技術(shù)路線的前瞻性、標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)性。
格力電器董事長董明珠曾說,“研發(fā)投入、上不封頂”。她的承諾并非虛言:公司擁有1411間實(shí)驗(yàn)室,若每天參觀一間,需4年才能看完;每年僅實(shí)驗(yàn)室電費(fèi)就達(dá)1億元。
這種投入轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)出——截至2025年,格力累計(jì)申請13萬項(xiàng)專利,其中發(fā)明專利超過7萬件,占比達(dá)40%,在制冷領(lǐng)域的專利數(shù)量連續(xù)10年全球第一。同時(shí),格力擁有50項(xiàng)國際領(lǐng)先的技術(shù),形成了難以復(fù)制的技術(shù)壁壘。
技術(shù)路線的前瞻性體現(xiàn)在長期主義。轉(zhuǎn)缸式制冷劑泵的研發(fā)始于2014年,團(tuán)隊(duì)剖析了往復(fù)式、轉(zhuǎn)子式等十余種結(jié)構(gòu),構(gòu)思數(shù)十種新方案,經(jīng)歷三次技術(shù)迭代才于2024年完成產(chǎn)品化。而寬頻壓縮機(jī)的突破則源于2010年的“1Hz技術(shù)”積累,該技術(shù)獲2012年國家科技進(jìn)步獎(jiǎng),為如今的1-200Hz的超寬頻運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。
從技術(shù)創(chuàng)新到標(biāo)準(zhǔn)制定,是格力突圍的關(guān)鍵一躍。2025年,格力牽頭制定的兩項(xiàng)壓縮機(jī)國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布,這是ISO制冷壓縮機(jī)分委會20年來首次推出國際新標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)制定需滿足三大嚴(yán)苛條件:超過2/3成員國同意、反對率不超過1/4、5個(gè)以上國家專家全程認(rèn)可。格力的突破,標(biāo)志著中國從技術(shù)輸出轉(zhuǎn)向規(guī)則輸出。
這種轉(zhuǎn)變的背后,是研發(fā)團(tuán)隊(duì)的“抽絲剝繭”式攻堅(jiān)。以轉(zhuǎn)缸式制冷劑泵為例,團(tuán)隊(duì)為解決氣液兩相運(yùn)行難題,在-30℃至50℃的環(huán)境中進(jìn)行了數(shù)千次試驗(yàn),采集近萬組數(shù)據(jù),最終通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化使氣液混合狀態(tài)下的運(yùn)行穩(wěn)定性大幅度提升。
更值得一提的是,格力的創(chuàng)新路徑呈現(xiàn)出鮮明的“問題導(dǎo)向”特征。轉(zhuǎn)缸泵針對數(shù)據(jù)中心高能耗,寬頻壓縮機(jī)瞄準(zhǔn)極端環(huán)境適應(yīng)性,雙級增焓技術(shù)解決北方制熱難題。這種“從市場中來,到市場中去”的研發(fā)模式,讓技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)需求形成良性循環(huán)。
創(chuàng)新密碼:自主創(chuàng)新顛覆世界認(rèn)知
長期以來,中國制造業(yè)面臨“大而不強(qiáng)”的困境,核心部件依賴進(jìn)口是主要瓶頸。格力通過壓縮機(jī)領(lǐng)域的突破證明:自主創(chuàng)新不僅能打破壟斷,還能創(chuàng)造溢價(jià)——搭載其寬頻壓縮機(jī)的空調(diào)產(chǎn)品,在歐美市場售價(jià)較同類產(chǎn)品高15%,仍能保持較高速度增長。
對“雙碳”目標(biāo)而言,技術(shù)創(chuàng)新的節(jié)能貢獻(xiàn)更為直接。中國承諾2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和,制冷行業(yè)是重點(diǎn)領(lǐng)域。如果格力兩項(xiàng)技術(shù)在全球推廣,預(yù)計(jì)到2030年可累計(jì)節(jié)電4800億度,減少碳排放4.8億噸。
格力兩項(xiàng)壓縮機(jī)技術(shù)獲“國際領(lǐng)先”鑒定,本質(zhì)上是一場關(guān)于創(chuàng)新話語權(quán)的爭奪戰(zhàn)。從2004年格力自主研發(fā)出第一臺壓縮機(jī),到2025年主導(dǎo)國際標(biāo)準(zhǔn)制定,二十年時(shí)間,中國企業(yè)在這個(gè)被稱為“制冷業(yè)心臟”的領(lǐng)域,完成了從技術(shù)追隨者到規(guī)則制定者的蛻變。
這場突圍的意義,遠(yuǎn)超一個(gè)企業(yè)或一個(gè)行業(yè)。在全球產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)的背景下,核心技術(shù)的自主可控已成為國家競爭力的關(guān)鍵。中國制造的升級,不能依賴低端復(fù)制,而需扎根核心領(lǐng)域,以長期主義的研發(fā)投入,實(shí)現(xiàn)從量變到質(zhì)變的突破。
董明珠說,“當(dāng)全球都在追求‘雙碳’目標(biāo)時(shí),誰掌握了空調(diào)的核心技術(shù),誰能為世界節(jié)能減排做出貢獻(xiàn),誰就掌握了產(chǎn)業(yè)話語權(quán)。”
“讓世界愛上中國造”的承諾,正在一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)突破中落地。當(dāng)轉(zhuǎn)缸式制冷劑泵在全球數(shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)寬頻壓縮機(jī)為千萬家庭調(diào)節(jié)溫度,中國制造的價(jià)值,已不再是單純的經(jīng)濟(jì)效益,而是在踐行“讓天空更藍(lán)、大地更綠”的使命。
這或許是格力兩項(xiàng)技術(shù)獲國際認(rèn)可的深層啟示——在自主創(chuàng)新的道路上,每一步突破都在重塑世界對中國造的認(rèn)知。
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