Технологии переменного потока хладагента (VRF), появившейся в Японии и распространившейся по всему миру, исполнилось уже 30 лет. Несмотря на экономический спад и неблагоприятные климатические условия в последние несколько лет, ежегодный рост мирового рынка VRF-систем в процентах по-прежнему выражается двузначными числами. Эта технология, позволяющая индивидуально управлять микроклиматом в каждом помещении, становится все более популярной, в том числе благодаря высоким показателям по энергоэффективности. Изначально VRF-системы разрабатывались для кондиционирования небольших объектов коммерческой недвижимости, но постепенно «захватили» как бытовой сегмент, так и сектор полупромышленного оборудования. Сегодня область их применения чрезвычайно широка. VRF-системы присутствуют в настоящее время в линейках практически всех крупных компаний, которые занимаются производством систем кондиционирования воздуха. Даже в США, где позиции канальных систем кондиционирования до недавнего времени казались незыблемыми, технология VRF постепенно отвоевывает себе место под солнцем.
Данный обзор охватывает сегменты VRF- и мини-VRF-систем, мульти-сплит-систем, а также тепловых насосов с газовым приводом. При количественной оценке объемов рынка учитывается число наружных блоков.
Описание систем
Технология переменного расхода хладагента позволяет индивидуально управлять климатом в обслуживаемых помещениях и предполагает, что в каждый момент времени в системе циркулирует минимально необходимое количество хладагента. Как правило, современная VRF-система состоит из одного наружного блока на базе компрессора с инверторным управлением и нескольких внутренних блоков. Инверторное управление обеспечивает эффективную работу компрессора при частичной нагрузке. Иногда для получения большой производительности в одном наружном блоке объединяют несколько компрессоров. К наружному блоку могут подключаться более 60 внутренних блоков. Их холодильная мощность обычно находится в диапазоне от 1,5 до 28 киловатт.
Точную грань между обычными VRF-системами и мини-VRF провести достаточно трудно. Ряд производителей относит к «мини» классу только те системы, вентилятор наружного блока которых формирует воздушный поток в горизонтальном направлении. Как правило, такие блоки компактнее, чем формирующие вертикальный воздушный поток.
Другие производители используют классификацию, основанную на мощности и области применения оборудования. К мини-VRF они относят системы производительностью менее 9 киловатт, предназначенные для кондиционирования жилых помещений и небольших объектов коммерческой недвижимости.
Существует класс систем кондиционирования, похожий на мини-VRF — мульти-сплит-системы. Однако, в отличие от VRF, там конструктивно присутствуют несколько контуров хладагента.
Ситуация на рынке
По данным JARN, в 2016 году объем мирового рынка VRF-систем составил приблизительно 1,5 миллиона единиц, что на 21,9% больше показателей 2015 года. Тройку лидеров возглавляет Китай, на долю которого приходится свыше 60% продаж, следом идут Япония и Южная Корея.
Спрос на VRF и мини-VRF-системы в значительной степени подвержен влиянию экономических факторов. Кроме того, продажи мини-VRF (как и бытовых кондиционеров) напрямую зависят от погоды. Способствует продажам и введение в ряде стран жестких норм энергоэффективности инженерного оборудования для строящихся зданий.
Китай привлекает к себе внимание как наиболее крупный потребитель VRF-систем. Если говорить о структуре продаж, то 60% данного сегмента китайского рынка приходятся на мини-VRF. Огромный потенциал роста спроса на этот вид оборудования сохраняется в центральных, северных и западных областях страны. Чтобы удовлетворить растущие потребности, многие китайские компании, специализировавшиеся ранее исключительно на изготовлении чиллеров, приступают к выпуску VRF-систем.
Почти половина спроса на VRF-системы в Японии приходится на замену устаревшего оборудования. Южнокорейский рынок определяют местные производители, хотя в последнее время здесь отмечается присутствие и китайских брендов.
В Юго-Восточной Азии наиболее перспективны с точки зрения роста спроса на VRF-системы Вьетнам, а также Таиланд и Малайзия, где расположены значительные производственные мощности, ориентированные на выпуск VRF-систем.
В Европе необходимость замены устаревшего оборудования — также заметный фактор, обеспечивающий стабильный спроса на VRF-системы. Ожидается, что на спрос положительно повлияет улучшение экономической ситуации в Турции, Великобритании, Франции, Италии и Испании.
Ужесточение стандартов энергоэффективности в Австралии способствует росту популярности VRF-систем с возможностью рекуперации тепла. На долю таких устройств в 2016 году пришлось 18% всех продаж VRF-систем в стране.
В США продажи VRF еще невелики, однако этот сегмент обладает огромным потенциалом роста. С местными производителями начинают активно сотрудничать азиатские компании, ежегодно увеличивающие инвестиции в американский рынок.
Расширение областей применения
Сегодня VRF-системы используются для кондиционирования объектов жилой и коммерческой недвижимости.
В Китае строится все больше роскошного жилья для людей с высоким уровнем дохода, что способствует росту спроса на мини-VRF. Установка мини-VRF вместо сплит-систем делает дома не только более уютными и эстетичными, но и увеличивает их стоимость. Кроме того, такое решение значительно упрощает учет энергопотребления. В домах с площадью свыше 500 квадратных метров устанавливают уже не мини, а полноценные VRF-системы.
Кроме того, мини-VRF, для размещения наружных блоков которых не требуется много места, становятся весьма популярными среди владельцев небольших магазинов, расположенных в городских районах с плотной застройкой.
В коммерческом сегменте растет спрос на высокопроизводительные и модульные VRF-системы. Набирают популярность модели с водяным охлаждением.
Способы распространения
Каналы продаж VRF-систем значительно различаются от страны к стране.
В Японии основная масса продаж осуществляется через генеральных подрядчиков. Так как подрядчики полностью контролируют процесс строительства, включая проектирование и монтаж инженерного оборудования, конечные потребители не могут самостоятельно приобретать VRF-системы у производителей.
В Китае VRF-систему для установки в жилом посещении можно купить в обычном крупном розничном магазине, не говоря уже о компаниях, специализирующихся на торговле климатической техникой.
Для коммерческих VRF-систем в Китае существуют три канала распространения: продажи через специализированные магазины, поставки строительным компаниям и госзакупки.
В США производители, как правило, действуют через своих представителей, берущих на себя всю работу по продвижению продукции. Так как все крупнейшие представители уже связаны контрактами с присутствующими на рынке компаниями, новым производителям, в частности азиатским, проникнуть на американский рынок очень сложно.
Во многих странах застройщики планируют установку VRF-систем еще на стадии проектирования. Часто квартиры в новостройках продаются с уже смонтированным климатическим оборудованием. В такой ситуации для производителей очень важно установить стратегическое партнерство со строительными компаниями.
В борьбе за потребителя сегмент VRF-систем стали осваивать не только производители чиллеров, но и компании, специализирующиеся на котельном оборудовании. Рост числа игроков на рынке привел к обострению ценовой конкуренции.
Китайские и южнокорейские компании изо всех сил стремятся обойти своих японских коллег. В США «большая тройка» (Trane, York и Carrier), совместно с азиатскими производителями, выпускает VRF-системы на условиях OEM для продажи по собственным каналам распространения. В ближайшем будущем ожидается интенсификация процесса слияний и поглощений с участием компаний из Азии.
Важную роль в повышении энергоэффективности объектов строительства играют системы управления энергопотреблением здания (BEMS). И здесь налицо объединение усилий производителей климатического оборудования и систем автоматики с целью организации централизованного управления всем инженерным оборудованием зданий и сооружений.
Управление тепло- и холодопроизводительностью систем кондиционирования
Тепловая нагрузка на кондиционер складывается из разницы наружной и внутренней температур, тепловыделений в помещении и тепловой энергии, получаемой с солнечным излучением. Сумма этих величин непостоянна, при этом мощность системы кондиционирования должна быть выше нее.
В устройствах с постоянной скоростью вращения (неинверторных) избыток мощности компенсируется путем периодического выключения компрессора в зависимости от показаний термостата. Холодильная (тепловая) мощность таких систем определяется как произведение паспортной холодо- или теплопроизводительности на время, в течение которого компрессор был включен. Аналогично энергопотребление неинверторного кондиционера будет равно его паспортной потребляемой мощности, умноженной на время работы.
В свою очередь производительность высокоэффективных инверторных систем кондиционирования, непрерывно изменяется в зависимости от тепловой нагрузки. Этой разницей в алгоритме работы объясняются три принципиальных отличия инверторных систем от неинверторных.
Первое отличие — стабильность поддерживаемой температуры. В режиме охлаждения неинверторный кондиционер останавливается, когда температура в помещении опускается ниже заданного значения. Затем воздух в помещении снова нагревается, и когда его температура превышает установленную величину, кондиционер опять включается. Команды на включение и выключение термостат дает при разных значениях температуры. Кроме того, на равномерное распределение теплого или холодного воздуха требуется время. Таким образом, колебания температуры в помещении при работе неинверторного кондиционера оказываются больше разницы между значениями температур, при которых термостат включает и выключает компрессор.
Инверторная же система, охладив (или же, наоборот, нагрев) помещение до заданного значения, снижает свою производительность. Температура воздуха на выходе из кондиционера при этом приближается к температуре воздуха в помещении. Устанавливается режим работы, при котором холодильная мощность системы кондиционирования оказывается равной тепловой нагрузке. Колебания температуры приближаются к нулю.
Второе отличие — производительность осушения. Когда термостат неинверторного кондиционера дает команду остановить компрессор, поверхность теплообменника внутреннего блока начинает теплеть, и сконденсировавшаяся на нем влага, испаряясь, вновь попадает в помещение. Производительность осушения при этом падает.
В случае с инверторной системой конденсация на теплообменнике внутреннего блока идет непрерывно, не позволяя влаге вновь попасть в помещение. Таким образом, производительность осушения всегда остается на заданном уровне.
Третье отличие, являющееся производной от первых двух, — энергосберегающий эффект. Непрерывно включаясь и выключаясь, неинверторный кондиционер работает в том же режиме, что и автомобиль, водитель которого постоянно жмет то на газ, то на тормоз. Запуск двигателя после остановки требует дополнительных энергозатрат. Инверторное управление частотой вращения компрессора избавляет от этого недостатка.
Все сказанное выше справедливо для систем с одним наружным и одним внутренним блоком.
В случае VRF-систем холодильная мощность может меняться в зависимости от количества работающих в данный момент внутренних блоков. Режим работы каждого внутреннего блока задается индивидуально. Если внутренний блок выключить, шаговый двигатель вентиля перекроет поток хладагента, производительность теплообмена упадет. При этом уменьшится и количество хладагента, циркулирующего в системе, соответственно снизятся и энергозатраты на кондиционирование.
Теперь рассмотрим VRF-систему с инверторным управлением. Холодильная мощность, вырабатываемая такой системой, будет изменяться в соответствии с тепловой нагрузкой на каждый из множества внутренних блоков. Регулирование потока хладагента при помощи вентиля, управляемого шаговым двигателем, меняет коэффициент сжатия и давление испарения.
Однако даже если ЭРВ всех внутренних блоков будут закрыты на одинаковую величину и коэффициент сжатия в системе упадет, в целом к некоторым блокам будет подаваться больше хладагента, чем к остальным. Другими словами, поддерживать минимально необходимую тепло- или холодопроизводительность каждого внутреннего блока будет очень сложно.
В результате блок будет работать с большей производительностью, чем требуется, и выключится по команде термостата по достижении заданной температуры, а затем включится вновь, когда в помещении вновь станет слишком жарко (или, при работе на обогрев, холодно). То есть режим работы внутреннего блока будет таким же, как и в неинверторной системе. Чтобы VRF-система могла в полной мере реализовать все преимущества инверторного управления, необходимы сложные алгоритмы управления, учитывающие приведенные выше соображения.
Взлет цен на ГФУ
В Европе растут цены на гидрофторуглероды, такие как R404A. Химическая компания Chemours объявила о повышении стоимости хладагентов с высоким ПГП на 30% с 1 мая 2017 года. Ранее этот производитель уже повысил цену на R404A и R507 на 25%.
В ближайшем будущем цены на R134a, R410A, R407A, R407C вырастут еще на 10%.
Другие производители также объявляют об аналогичных и даже более значительных повышениях цен.
В апреле компания Honeywell сообщила о решении прекратить c 2018 года продажи R404A и R507 в Европе. В качестве замены этих хладагентов производитель рекомендует использовать R407A и R407F.
Согласно графику, предусмотренному европейским Регламентом по фторсодержащим газам, в ближайший год Евросоюз планирует сократить количество использующихся ГФУ на 37% (в пересчете на CO₂-эквивалент). Это стимулирует производителей и потребителей переходить на хладагенты с меньшим ПГП.
Цены на ГФУ продолжат расти, кроме того, из-за ограничения их количества на рынке самой большой проблемой может стать даже не стоимость, а их доступность.
Лучший выход в такой ситуации — переход на альтернативные хладагенты. В большинстве новых супермаркетов с самого начала ставится холодильное оборудование, работающее на диоксиде углерода. В действующих системах R404A заменяется на хладагенты с меньшим ПГП — R448A и R449А.
Исследование альтернативных
хладагентов, проведенное Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST)
Последние несколько лет Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) проводил исследование, стараясь найти наиболее перспективный хладагент для использования в системах кондиционирования будущего. В ходе изучения более 60 миллионов различных веществ было найдено 27 хладагентов, способных заменить R410А, не нанося значительного ущерба окружающей среде. Однако все эти вещества оказались горючими.
В результате ни одно из них не может быть допущено к использованию из-за несоответствия требованиям стандартов безопасности. Большинство из выявленных альтернатив умеренно горючи, а некоторые даже легковоспламеняемы.
Объектом исследования, проведенного NIST, были в основном однокомпонентные хладагенты (чистые вещества), но ученые согласны, что разработка смесевых хладагентов может решить проблему безопасности, однако за снижение горючести придется заплатить увеличением ПГП.
Хладагент
R514А
На выставке AHR Expo, проходившей в январе 2017 года в Лас-Вегасе, компания Trane представила чиллеры CenTraVac серии S c компрессорами центробежного типа, использующие новый хладагент R514A.
Согласно предоставленной компанией информации, R514FA — это негорючая малотоксичная азеотропная смесь хладагентов R1336mzz(Z) и R1130(E) c ПГП менее 2.
— R514А схож по характеристикам с ГХФУ R123, однако превосходит его по эффективности, — заявил Стив Куджак, директор отдела исследований хладагентов нового поколения компании Ingersoll Rand.
По материалам JARN
Ассоциация Предприятий Индустрии Климата (АПИК) была создана в 1997 г. В настоящий момент АПИК объединяет около 100 профессиональных климатических компаний России.
Основная цель АПИК – совместное решение проблем российского климатического бизнеса, утверждение цивилизованных форм работы и принципов здоровой конкуренции, пропаганда передовой техники и технологий, защита интересов российских поставщиков климатической техники и услуг.
Выставка «МИР КЛИМАТА ЭКСПО» — главное событие климатической индустрии Производители, заводы, дистрибьюторы и оптовые поставщики климатического оборудования на выставке представляют рынку новинки кондиционирования, отопления, вентиляции, промышленного холода.
Присоединяйтесь к главному событию климатической индустрии и приходите на выставку «МИР КЛИМАТА ЭКСПО».
Единственное учебное заведение, после которого специалисты сразу могут успешно работать в климатических компаниях.
Обучение происходит на производственной базе, оснащенная учебными стендами и климатическими установками: центральные системы кондиционирования, бытовые и полупромышленные кондиционеры, тепловое оборудование.
