В климатической области вопрос энергосбережения имеет особую важность, я бы даже сказал, что это основное направление на котором постоянно работают производители климатического оборудования. Системы вентиляции и кондиционирования являются основными потребителями электроэнергии на любом объекте(здании). Сокращение энергоёмкости климатического оборудования всего на несколько процентов высвобождает такое количество электроэнергии, которое достаточно для питания какой – нибудь из смежных инженерных систем здания целиком.
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 и это можно назвать одним словом диспетчеризация, которая более подробно описана в предыдущей статье.
Технологии повышения энергоэффективности климатического оборудования:
Безмасляные технологии
Компрессоры, использующие безмасляные технологии, привлекают повышенное внимание рынка, так как отличаются более низкими расходами на эксплуатацию и обслуживание, а также меньшим энергопотреблением. Безмасляные компрессоры центробежного типа с магнитной подвеской применяются в настоящее время уже довольно широко. Холодопроизводительность таких устройств сегодня достигает 3500 киловатт. Помимо этого, рынок вновь проявляет интерес к керамическим подшипникам. Растет и число производителей, использующих технологию газовой смазки.
Тепловые насосы
Список видов оборудования, использующего компрессоры, обеспечивающие работу в режиме теплового насоса, уже включает бытовые и полупромышленные кондиционеры воздуха, VRF-системы и даже чиллеры. Кроме того, такие компрессоры активно применяются в водонагревателях. В Китае развитие рынка тепловых насосов стимулируется политикой перехода от угля на электричество. Бенефициарами такой политики стали производители ротационных и спиральных компрессоров. Многие компании предлагают тепловые насосы «воздух — вода» с компрессорами повышенной производительности, обеспечивающей возможность эксплуатации в холодном климате.
Эффективность на уровне программирования режимов работы
Ряд энергоэффективных решений построены на основе специально разработанных алгоритмов автоматизации, снижающих потребляемую мощность кондиционера в различных условиях.
Разнообразие алгоритмов велико. Среди них такие, как тихий энергосберегающий ночной режим, автоматический режим работы кондиционера по ощущаемой температуре, автоматическая подстройка кондиционера под число людей в помещении и другие. Каждый из них действительно несет в себе те или иные энергетические выгоды.
Но будущим пользователям стоит подумать, будут ли они их использовать и будут ли эти режимы по-настоящему удобны в применении.
Дело в том, что каждый из этих режимов, по сути, несет в себе некоторые ограничения.
Кроме того, если речь идет не о домашнем кондиционере, а о климатизации крупных объектов, сможет ли служба эксплуатации верно настроить оборудование ?
Изо дня в день происходит битва, одному слишком холодно и дует, другому жарко и душно. Первый выставляет с пульта +25 °C, через 10 минут второй меняет значение на +19 °C.
Уместно ли здесь говорить об экономии? Будут ли рассматриваемые коллеги использовать некий автоматический режим охлаждения?
Эффективность за счёт использования природных форм
Например: лопасти вентилятора в форме крыльев ласточки, микрорельеф поверхности, как у плавников дельфина… и если бы это имело решающий перевес с точки зрения энергоэффективности, он мгновенно был бы принят на вооружение всеми производителями климатического оборудование. Например, сегодня практически все производители перешли на инверторные компрессоры, работающие от постоянного тока.
Инверторные технологии
В целом ряде стран действуют весьма строгие нормативы по энергоэффективности машин и оборудования, распространяющиеся в том числе на кондиционеры воздуха и холодильные агрегаты. Соответствовать этим нормам помогает инверторное управление компрессором, которое было впервые применено на ротационных компрессорах и затем перешло на устройства спирального типа. Однако инверторные компрессоры до сих пор отличаются гораздо более высокой начальной ценой по сравнению с неинверторными устройствами. Ключевым фактором, способствующим их распространению, является возможность окупить начальную стоимость за счет снижения эксплуатационных расходов. Как правило, ранее инверторные контроллеры продавались отдельно от компрессоров, сейчас же растет доля компрессоров с уже встроенным инвертором. Еще одна интересная тенденция — появление электродвигателей постоянного тока, предназначенных для использования в компрессорах центробежного типа. Ранее такие моторы применялись в основном в маломощных воздушных кондиционерах.
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. Примеры: Инверторных сплит-систем. Новинки выделяются не только техническими характеристиками, но и современным внешним видом: внутренний блок элегантного белого цвета оснащен LED-дисплеем с неоновой индикацией.
Инверторные сплит-системы Toshiba для маленьких комнат:
В мае 2017 года на складах дистрибьюторов Toshiba появились сплит-системы серий BKV и BKVG новой линейки Mirai, что переводится с японского как «будущее». Впервые на российском рынке Toshiba предлагает инверторный кондиционер производительностью 1,5 киловатта, предназначенный для помещений малой площади.
Настенные кондиционеры с гладкой лицевой панелью лунно-белого цвета производятся на заводе Toshiba в Таиланде. Все модели оснащены инверторным управлением и имеют класс энергоэффективности «А». Потребляемая мощность в режиме охлаждения — от 410 ватт, в экономичном режиме обогрева — от 200 ватт. Уровень шума в ночном режиме — всего 22 децибела. Кроме стандартного пульта дистанционного управления, Toshiba предлагает для сплит-систем новой серии усовершенствованный пульт с недельным таймером, а также подсветкой клавиш и дисплея. Сплит-системы серии BKVG работают на хладагенте нового поколения R32. Его преимущества — повышенная эффективность и безвредность для окружающей среды. Серия BKV использует традиционный хладагент R410a. Внешний вид, размеры и набор функций обеих серий совпадают.
Carrier начал поставку новых сплит-систем:
Настенные сплиты-системы Carrier новых серий, поставки которых в Россию начались весной 2017 года, уже доступны на складах дистрибьюторов в Москве, Санкт-Петербурге и других регионах страны. Благодаря надежному компрессору с инверторным приводом постоянного тока энергоэффективность сплит-систем серии 42QHM соответствует классу «А». Новинка адаптирована к условиям российской зимы и гарантированно работает как на охлаждение, так и на обогрев при наружной температуре до —20°C. Кроме того, модели серии отличаются низким уровнем шума — от 21 децибела. Специально для новой серии разработан эргономичный пульт управления, имеются режимы «Сон», «Экономичный», «Максимальная мощность». Информация о температуре в помещении и режиме работы выводится на гладкую переднюю панель внутреннего блока. Дополнительно кондиционер можно оснастить оборудованием для управления по Wi-Fi. Сплит-система Carrier 42QHM имеет сертификат «Евровент», подтверждающий соответствие ее производительности и эффективности европейским и мировым стандартам. Серия недорогих неинверторных сплит-систем 42QHA представлена пятью моделями производительностью от 2 до 7 киловатт, работающими в режимах обогрева, охлаждения и осушения воздуха. Безотказность кондиционера обеспечивают функции самодиагностики и автоматической защиты. Для более точного поддержания заданных параметров микроклимата датчики температуры установлены и на внутреннем блоке, и на пульте. Плата управления и ряд других запчастей универсальны для всех моделей серии, что облегчает ремонт.
Умный инвертор от LEBERG:
В 2017 году компания LEBERG представила линейку инверторных сплит-систем Ocean, созданную специально для работы в условиях постоянных перепадов температур, характерных для российского климата. Разработчикам удалось добиться сочетания высокой энергоэффективности изделий, соответствующей классу «А», с компактностью и низким уровнем шума. Внутренний настенный блок мощностью 2,5 киловатта весит всего 6,9 килограмма, уровень шума наружного блока — 34 децибела. Верхняя граница рабочего диапазона температур при работе на охлаждение — +43°C, нижняя в режиме обогрева — —15°C. Антикоррозийное гидрофильное покрытие теплообменников обеспечивает возможность работы при высокой концентрации солей в воздухе. Длина магистрали может достигать 50 метров.
VRF-системы
Общие положения
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. 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.
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.
Принцип работы VRF-систем
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 ЭРК 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.
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.
EER и ESEER
Традиционно эффективность холодильного контура определяется холодильным коэффициентом EER (Energy Efficiency Ratio, коэффициент энергетической эффективности) — отношением холодопроизводительности кондиционера к потребляемой им мощности. Однако данный параметр носит расчетный характер и показывает эффективность работы оборудования при стандартных условиях (которых, надо сказать, не бывает практически никогда). Величина EER, как правило, колеблется в промежутке от 3,0 до 4,5 единиц и прописывается в каталогах в строке «Энергоэффективность». Однако в такой же строке другого производителя можно увидеть цифры порядка 7–8 единиц. И дело не в том, что данный кондиционер в 2 раза эффективнее первого. Скорее всего, во втором случае указан сезонный коэффициент эффективности.
Сезонных коэффициентов эффективности разработано несколько, но наибольшее распространение получил ESEER — European Season Energy Efficiency Ratio (Европейский сезонный коэффициент энергетической эффективности). Он учитывает работу кондиционера в течение года при разных наружных температурах, причем каждое зафиксированное значение температуры «действует» определенную часть года. В расчете коэффициента ESEER участвуют наружные температуры, меньшие, чем при расчете EER, поэтому величина ESEER всегда выше. Таким образом, не следует путать коэффициенты EER и ESEER и сравнивать их между собой. Если же в каталоге приведена эффективность без указания наименования коэффициента, рекомендуем вам самостоятельно вычислить EER, разделив холодильную мощностью на потребляемую. Также отметим, что величины холодильной и потребляемой мощностей должны быть указаны для конкретных условий эксплуатации (стандартно температура воздуха внутри помещения +27 °C, снаружи +35 °C).
В заключении следует отметить:
- Хороши те технологии, окупаемость которых не превышает 5 лет, а свыше не приносят ни прибыли, ни убытков.
- Каждый предварительно настроенный энергетически эффективный режим в большинстве случаев действительно способствует снижению энергопотребления кондиционера. Но не стоит рассчитывать на него как на основной режим работы кондиционера.
- Покупая технику, люди думают в первую очередь о собственном комфорте, а не о необходимости сберечь полкиловатта электроэнергии.