Мировой рынок чиллеров и промышленных кондиционеров воздуха (Журнал «Мир климата» №94)

В 2014 году из-за замедления экономического развития в Китае — крупнейшем потребителе холодильных машин — темпы роста мирового рынка чиллеров резко упали.

Согласно данным Британской ассоциации маркетинговых исследований и информации в области строительства (BSRIA), в 2014 году мировой рынок чиллеров оценивался в 8,5 миллиарда долларов США, что всего на 0,6% больше, чем в 2013 году. При этом доля чиллеров центробежного типа составила 2,2 миллиарда долларов, а поршневых, спиральных и винтовых — 5,4 миллиарда долларов. Сегмент абсорбционных холодильных машин производительностью свыше 100 холодильных тонн оценивается в 974 миллиона долларов США.

Рынок систем воздухообработки по сравнению с 2013 годом вырос на 4,2%, его объем составил 7,1 миллиарда долларов США.

Мировой рынок чиллеров и промышленных кондиционеров воздуха

Если говорить о разделении по регионам, то азиатско-тихоокеанский рынок сохранил лидерство, он оценивается в 4,3 миллиарда долларов США. Объем европейского и американского рынков в 2014 году составил 1,6 и 1,4 миллиарда долларов соответственно.

Чиллеры центробежного типа

Диапазон холодопроизводительности чиллеров центробежного типа начинается, как правило, с 300 холодильных тонн, наиболее массовыми на рынке являются устройства мощностью 500–700 холодильных тонн. Максимальная холодопроизводительность чиллера с одним компрессором центробежного типа достигает 3000 холодильных тон. Мощность двухкомпрессорных систем — вдвое больше.

Увеличение масштабов городской застройки и рост числа промышленных предприятий сделали Китай основным потребителем холодильных машин центробежного типа. Объем китайского рынка этих устройств оценивался в 2014 году в 760,9 миллиона долларов США, что на 10% больше показателей 2013 года.

При этом Китай — еще и крупнейший производитель такого оборудования. Производители центробежных холодильных машин из США, Южной Кореи и Японии используют Китай как производственную базу, расширяя уже существующие заводы и строя новые. Новички в этом сегменте, чья доля в общем объеме производства пока невелика, строят свою стратегию, опираясь на внедрение новейших технологий при содействии зарубежных специалистов.

В США рынок чиллеров центробежного типа в 2014 году оценивался в 407,1 миллиона долларов. Рост по сравнению с предыдущим годом составил 1,4%. Благодаря развитой технологической базе и высокой узнаваемости брендов лидерство на рынке США удерживают York, Carrier, Daikin и Trane.

Экономика стран Ближнего Востока в 2014 году испытывала серьезные трудности, связанные с сокращением нефтедобычи и политической нестабильностью в регионе, переросшей в открытые вооруженные столкновения. Результатом стало сокращение местного рынка центробежных чиллеров на 25,4%.

В глобальном масштабе европейский рынок центробежных холодильных машин не слишком велик, его доля в структуре мирового потребления устройств этого типа — всего 10%. В 2014 году объем европейского рынка снизился на 10,5%, составив 154,7 миллиона долларов США. Основными потребителями центробежных чиллеров в Европе являются Великобритания, Германия и Швейцария, в сумме рынок этих стран оценивается в 20 миллионов долларов. Российский рынок, показавший в 2013 году впечатляющий рост, в 2014 году сократился почти вполовину — на 46,6%.

Центробежные чиллеры часто используются в системах кондиционирования крупных объектов, таких как офисные здания и производственные цеха, где крайне важна энергетическая эффективность установленного оборудования, позволяющая сократить расходы на эксплуатацию и уменьшить вред, наносимый окружающей среде. Вот почему многие производители сегодня стараются предложить заказчикам энергоэффективные модели. Среди способов повышения энергоэффективности — сокращение механических потерь на преодоление силы трения за счет использования магнитной подвески ротора или подшипников, смазываемых хладагентом, применение мощных электромоторов постоянного тока и высокопроизводительных рабочих колес.

Появление доступных по цене компактных систем магнитной подвески способствовало разработке и выходу на рынок безмасляных чиллеров центробежного типа. Раньше магнитная подвеска применялась только в моделях с водяным охлаждением, однако теперь эта технология используется и в воздухоохлаждаемых центробежных чиллерах.

Холодильные машины могут работать с современными хладагентами, такими как гидрофторолефины (ГФО), и использоваться в системах модульной компоновки.

Недавно был создан чиллер производительностью 1500 холодильных тонн, в конструкции которого используются два безмасляных центробежных компрессора на 700 холодильных тонн. Ожидается, что подобные агрегаты будут весьма востребованы на рынке.

Особенно быстро спрос на чиллеры с магнитной подвеской растет в США, Европе и Австралии. Увеличивается и количество производителей, предлагающих подобную продукцию. Одна из главных областей применения таких холодильных машин — центры обработки данных.

Недостатком центробежных чиллеров с магнитной подвеской является их высокая стоимость. Альтернатива такому решению — керамические подшипники, смазываемые хладагентом. Это простая конструкция безмасляной подвески, не требующая для функционирования никаких контроллеров. В 2013 году компания Trane выпустила на рынок чиллер центробежного типа с гибридными керамическими подшипниками.

Недавно о выпуске безмасляных чиллеров с подшипниками, использующими в качестве смазки газообразный хладагент, объявили Midea и LG.

Абсорбционные холодильные машины

Особенность абсорбционного чиллера — способность использовать различные источники энергии, такие как природный газ, мазут, тепло воды или грунта, солнечное излучение, а также бросовое тепло, выделяющееся в ходе процессов производства. Одна из последних разработок — технология солнечного охлаждения, объединяющая тригенерационную установку на базе абсорбционного чиллера и солнечные коллекторы.

Так как спрос на абсорбционные холодильные машины, работающие за счет непосредственного сжигания газообразного топлива, по-прежнему невелик, производители концентрируют усилия на разработке устройств, использующих бросовое тепло, и системах когенерации для холодоснабжения и энергообеспечения промышленных предприятий.

Кроме того, компании, выпускающие тепловые насосы на базе абсорбционных чиллеров, расширяют партнерство с поставщиками электроэнергии.

Общий спрос на абсорбционные холодильные машины в 2014 году упал на 7,8% по сравнению с предыдущим годом. Мировой рынок устройств этого типа оценивается в 914,6 миллиона долларов США. Основные потребители таких чиллеров — Китай, Япония и Южная Корея. При этом крупнейший рынок — китайский — сократился на 8,4%. В целом спрос на модели с непосредственным горением топлива подает сильнее, чем на модели с нагревом при помощи пара.

По данным Японской ассоциации индустрии холода и кондиционирования (JRAIA), в Японии за 2014 год было продано 1517 абсорбционных холодильных машин.

Объем южнокорейского рынка чиллеров этого типа остался неизменным по сравнению с 2013 годом. Основными поставщиками абсорбционных чиллеров в Южной Корее являются местные компании, большая часть которых имеет офисы продаж и производственные мощности в Китае. Некоторые южнокорейские производители абсорбционных чиллеров осваивают рынки Европы и Америки.

Сокращение индийского рынка абсорбционных чиллеров по сравнению с 2013 годом составило 12,5%, что было вызвано инфляцией и сокращением инвестиций, приведших к закрытию ряда проектов, в которых предполагалось использовать технологию когенерации.

Проблемы с газоснабжением стали причиной закрытия многих проектов, предполагавших использование абсорбционных чиллеров, в Пакистане и Бангладеш.

В ближневосточном регионе крупнейшим потребителем абсорбционных чиллеров является Иран, объем рынка которого немного уменьшился — главным образом из-за санкций, введенных западным странами.

Европейский рынок абсорбционных холодильных машин по-прежнему невелик. В 2014 году он оценивался в 61 миллион долларов США, это на 11,2% меньше показателей предыдущего года.

В США объем продаж абсорбционных чиллеров сократился более чем на треть, составив 52,5 миллиона долларов, в то время как рынки Латинской Америки демонстрируют устойчивый рост.

В Юго-Восточной Азии продажи абсорбционных холодильных машин сократились на 5,8%. Местный рынок привлекает многих производителей, среди которых Shuangliang и Broad из Китая, SunMax и Voltas из Индии, а также ряд японских компаний, в том числе — Panasonic и Ebara.

Винтовые чиллеры

Основные регионы-потребители винтовых чиллеров — Китай, Европа, США и Юго-Восточная Азия. Холодильные машины этого типа используются не только в кондиционировании воздуха, но и в холодильных системах, а также тепловых насосах. В последнее время эффективность винтовых компрессоров удалось увеличить за счет оптимизации формы ротора (речь, в частности, о разработке компрессора с тройным ротором). Кроме того, внедрение технологии переменного объема хладагента позволило добиться максимально эффективной работы чиллера как при полной, так и при частичной загрузке.

Основную массу продаваемых винтовых чиллеров в мире составляют устройства холодопроизводительностью 100–300 холодильных тонн с одним компрессором. При этом York, Trane и Carrier уже предлагают однокомпрессорные модели мощностью 500 холодильных тонн. Производственные мощности этих трех компаний расположены в Китае. Свои производители винтовых компрессоров имеются в Европе, на Тайване, в Японии, а также в США. Они выпускают компрессоры как для производства собственных холодильных машин, так и для продажи сторонним компаниям в качестве комплектующих.

Производители из Японии активно осваивают развивающиеся рынки Индии и Латинской Америки, параллельно с этим открывая торговые представительства и производственные линии в Европе. В Китае и странах Европы имеются и собственные небольшие компании по производству винтовых чиллеров.

Если говорить о разновидностях холодильных машин этого типа, то следует отметить, что в последнее время растет доля инверторных винтовых чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора. Ряд европейских компаний поставляет такие устройства на Ближний Восток.

Спиральные чиллеры

На рынке спиральных чиллеров конкурируют множество компаний. Помимо мировых лидеров чиллеры этого типа выпускают небольшие производители из Китая, стран Юго-Восточной Азии и Европы.

В Японии растет число инверторных спиральных чиллеров с воздушным охлаждением, модульная конструкция которых упрощает транспортировку и монтаж. Увеличение мощности спиральных компрессоров позволило повысить теплопроизводительность использующих их тепловых насосов.

В США ведущим производителем модульных чиллеров является компания Carrier.

Продажи модульных тепловых насосов на базе спиральных чиллеров в Китае и Японии весьма высоки, в то время как в странах Юго-Восточной Азии оборудование этого типа пока не получило существенного распространения. Тем не менее компактность, простота транспортировки и монтажа модульных конструкции, а также продолжающееся снижение их стоимости позволяют рассчитывать на рост популярности таких устройств и в этом регионе.

Поршневые чиллеры

В системах кондиционирования поршневые чиллеры уже не используются так широко, как раньше, сегодня их основная область применения — холодильное оборудование. Одно из преимуществ устройств поршневого типа — возможность работы с различными хладагентами, в том числе и с диоксидом углерода, отличающимся высоким рабочим давлением. Тепловые насосы на базе поршневых чиллеров модульного типа, помимо перечисленных преимуществ, отличаются компактностью, удобством транспортировки и простотой монтажа.

Области применения различных типов холодильных машин

В настоящее время винтовые и спиральные чиллеры продолжают вытеснять с рынка устройства поршневого типа. При этом винтовые чиллеры составляют серьезную конкуренцию центробежным холодильным машинам — прежде всего благодаря высокой эффективности и меньшей стоимости производства. В то же время в сегменте машин малой производительности сами винтовые чиллеры понемногу вытесняются модульными чиллерами спирального типа.

В торговых центрах, больницах, на фабриках и других крупных объектах широкое применение находят тепловые насосы на базе модульных чиллеров с воздушным охлаждением. Преимущество таких установок в их компактности, простоте монтажа и легкости обслуживания.

В Китае, Европе, США и Латинской Америке есть спрос на спиральные чиллеры большой производительности. Сегодня такие устройства с воздушным охлаждением конденсатора используются там, где традиционно применялись холодильные машины винтового типа.

После успеха линейки спиральных чиллеров мощностью от 4 до 12 холодильных тонн, компания Copeland представила на рынке устройства на базе компрессоров с двойной спиралью мощностью до 12 холодильных тонн для чиллеров с одним компрессором и до 25 — для моделей тандемной компоновки.

Диапазон холодопроизводительности от 80 холодильных тонн и выше традиционен для винтовых чиллеров с водяным охлаждением конденсатора. Спиральным же компрессорам пока не хватает мощности, чтобы занять эту нишу, и поэтому в сегменте устройств производительностью от 150 до 300–500 холодильных тонн у винтовых чиллеров нет серьезных конкурентов. Создание более мощных холодильных машин на базе винтовых компрессоров сопряжено с рядом технических сложностей, поэтому там, где требуется большая холодопроизводительность, выгоднее использовать чиллеры центробежного типа.

Конкуренцию между различными типами холодильных машин подстегнула разработка компрессоров со сдвоенным ротором мощностью 3 холодильные тонны. Воздушные тепловые насосы на базе модульных ротационных и спиральных чиллеров способны обогревать и охлаждать помещения, а также обеспечивать горячее водоснабжение. Мощность таких систем лежит в диапазоне, до недавнего времени считавшемся характерным для винтовых машин, — от 20 до 100 холодильных тонн.

Газовые тепловые насосы на базе чиллеров

В местах, испытывающих трудности с поставками электроэнергии, а также в регионах, располагающих значительными запасами природного газа, имеется большой спрос на тепловые насосы на базе чиллеров, компрессор которых приводится в движение за счет газа.

Помимо экономии электроэнергии к преимуществам подобных устройств следует отнести приспособленность к работе в холодном климате, низкие эксплуатационные расходы и возможность использования тепла, выделяемого двигателем, для нужд отопления и горячего водоснабжения.

Практически весь японский рынок таких тепловых насосов делят между собой компании Panasonic, Yanmar и Aisin. Они также активно продвигают эту продукцию и за пределами Японии —в Европе, Австралии, США и других регионах мира.

Тепловые насосы — расширение области применения

Ужесточение норм, регламентирующих экологическую безопасность и энергоэффективность оборудования, способствует все более широкому распространению тепловых насосов. Растут продажи тепловых насосов на базе чиллеров спирального и винтового типов. Чиллеры, работающие как воздушные тепловые насосы, уже стали обыденностью в Японии и Китае. В Китае и Южной Корее мощные тепловые насосы на основе компрессоров центробежного типа используются для теплоснабжения крупных предприятий и целых микрорайонов. В качестве источника тепловой энергии такие устройства среди прочего могут использовать речную воду или бросовое тепло, выделяющееся в ходе производства или отводимое из жилых домов.

Особый интерес представляют тепловые насосы на базе чиллеров центробежного типа, оснащенные рекуператорами тепловой энергии. Энергоэффективные и экологически безопасные центробежные тепловые насосы, работающие за счет энергии пара, могут использоваться в качестве замены отопительных котлов.

В сентябре 2014 года компания York приступила к производству тепловых насосов на базе чиллера с двухосевым центробежным компрессором, приводимым в движение энергией пара. Подобные устройства могут потеснить абсорбционные тепловые насосы в их традиционных областях применения.

Алюминиевые микроканальные теплообменники

Применение алюминиевых микроканальных теплообменников увеличивает экономический эффект от использования чиллеров, при этом уменьшая их габариты. Такие теплообменники обеспечивает существенную экономию хладагента.

Наиболее востребована эта технология в США и Китае. Кроме того, в Центральной и Южной Америке большинство спиральных чиллеров комплектуется именно такими теплообменниками. Ожидается, что алюминиевые микроканальные теплообменники найдут применение и в чиллерах винтового типа.

Проблема хладагентов

Чиллеры с компрессорами ротационного и спирального типов используют такие хладагенты, как ГХФУ 22, ГФУ 410А или ГФУ 407C. Многие холодильные машины центробежного и винтового типов работают на ГФУ 134a, в некоторых центробежных чиллерах применяются ГХФУ 123 или ГФУ 245fa.

Поскольку гидрофторуглеродные хладагенты (ГФУ), призванные заменить озоноразрушающие гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), как оказалось, обладают слишком большим парниковым воздействием, перед отраслью остро стоит вопрос выбора нового, энергетически эффективного и экологически безопасного хладагента.

В качестве перспективного хладагента для чиллеров центробежного типа рассматриваются гидрофторолефины (ГФО), разработчиками и поставщиками которых являются компании Honeywell и Chemours (в прошлом — подразделение DuPont).

Способность некоторых ГФО воспламеняться создает проблему обеспечения безопасности их использования, для решения которой необходима разработка соответствующих норм и стандартов.

Honeywell предлагает ГФО-хладагенты Solstice zd (ГФО 1233zd), Solstice ze (ГФО 1234ze) и смесь Solstice N 13 как выгодную и экологичную замену хладагентам с более высоким потенциалом глобального потепления (ПГП), использующимся в настоящее время в чиллерах центробежного типа.

Европейские производители, в свою очередь, уже выпустили винтовые холодильные машины для работы с ГФО. Кроме того, компания Danfoss приступила к серийному производству центробежных компрессоров Turbocor c магнитной подвеской, использующих ГФО-хладагенты. В Японии ведутся испытания, призванные дать оценку возможности применения ГФО 1234ze в чиллерах центробежного типа.

В 2014 году в Европе был выпущен центробежный чиллер, использующий ГФO 1233zd(E) — хладагент с низким рабочим давлением и ПГП, не превышающим 10, по своим термодинамическим свойствам весьма схожий с ГХФУ 123.

30 июля 2015 года компания Carrier объявила об окончании работ над первым в Европе винтовым чиллером с водяным охлаждением, использующим хладагент ГФО 1234ze. Этот хладагент разработан как замена ГФУ 134a, при этом его ПГП равен 7 и он полностью отвечает требованиям европейского регламента по фторсодержащим газам. К недостаткам ГФО 1234ze следует отнести его способность к воспламенению.

Chemours, в свою очередь, предлагает заменить ГХФУ 123 в чиллерах центробежного типа ГФО-хладагентом DR 2. В ассортименте компании есть и другие новые хладагенты для холодильных машин — в частности, XP 10 (R413A) и DR 55.

В августе 2015 года на 24-й конференции Международного института холода, проходившей в Японии, компания Trane представила прототип чиллера с воздушным охлаждением, использующего DR 55. Прототип представлял собой холодильную машину Trane AquaTrine на базе высокоэффективного герметичного спирального компрессора.

Помимо ГФО, в качестве экологически безопасных альтернатив рассматриваются такие хладагенты, как диоксид углерода (R744), аммиак (R717), пропан (R290) и др. На выставке Chillventa в 2014 году демонстрировался безмасляный чиллер, использующий в качестве хладагента воду, а также холодильная машина на пропане.

По материалам JARN