Отопление и кондиционеры. Часть 1. Сплит-системы

Данной статьей мы начинаем цикл статей, посвященных применению климатического оборудования в системах отопления и горячего водоснабжения (ГВС).

Введение

На нашем отечественном климатическом рынке в глазах потребителей за кондиционерами прочно утвердилась репутация устройств, которые покупают исключительно для охлаждения воздуха в помещениях. При этом функция обогрева, и то в редких случаях, рассматривается как дополнительная. Однако во всем мире отношение к современным сплит-системам совсем другое. В некоторых странах, таких как Великобритания, Норвегия, Швеция, Германия и других, большинство покупок кондиционеров совершается в основном из-за функции обогрева. Современные сплит-системы, работающие в режиме теплового насоса (Heat Pump), могут работать не только на нагрев воздуха в помещении, но и применяться в системах ГВС для приготовления горячей воды.

В данной статье мы постараемся простым языком в доступной для потребителя форме рассказать о применении кондиционеров для отопления помещений. Мы не будем вдаваться в технически сложные для потребителя дебри описания работы тепловых насосов, а в простой форме попытаемся донести до него рассказ о тех подводных камнях, которые существуют в данной области применения кондиционеров, а также о принципах выбора моделей. Надеемся, что данная статья будет полезна покупателям, и они будут довольны тем выбором, который сделают после прочтения данной статьи.

Реверсивный режим работы кондиционера

В принципе, заставить работать кондиционер на тепло не очень сложно - достаточно просто изменить направление протекания термодинамического цикла. Кондиционеры, способные работать как на холод, так и на тепло, называют реверсивными. Кондиционер, работающий на обогрев, забирает тепло извне помещения: при этом функции наружного и внутреннего блока как бы меняются местами. Соответственно, тепло получается не за счет прямого преобразования электроэнергии в тепловую, а за счет термодинамического цикла. Данный способ преобразования экономически выгоден, так как на киловатт затраченной электроэнергии вырабатывается более 3 кВт тепловой (у некоторых производителей данный показатель уже давно перешел рубеж в 4,5кВт тепловой энергии на 1 кВт электроэнергии). Данный класс оборудования во всем мире принято называть тепловыми насосами (Heat pumps).

Рис. 1. Mitsubishi Electric MSZ-FD VA/MUZ-FD VABH Zubadan

Реверсивные модели кондиционеров, которые помимо функции охлаждения, обладают возможностью работы в режиме отопления, уже давно перестали быть редкостью на рынке. Более того, сейчас практически все модели, выпускаемые производителями, являются реверсивными. Разница в цене сплит-систем, которые могут работать на обогрев, и кондиционерами, которые такой функцией не обладают, стала такой несущественной, что многие производители исключили из производства так называемые «холодные модели».

Проблемы работы кондиционеров при отрицательных температурах

1. Обычно при температуре наружного воздуха ниже -5°С, для хладагента R22, и -10°C, для хладагента R410a, включение кондиционера уже не рекомендуется: изменяются физические характеристики фреона и компрессорного масла. При более низких температурах компрессорное масло уже перестает растворяться в хладагенте, что приводит к так называемому «сухому» старту компрессора, что может вызвать выход из строя компрессора при старте. Но и в том случае, когда компрессор не ломается, до тех пор, пока масло не растворится в хладагенте, износ компрессора будет повышен, что приведет к уменьшению срока службы компрессора.

2. При отрицательных температурах происходит обморожение теплообменника наружного блока с последующим включением кондиционером режима разморозки теплообменника. При включении режима разморозки кондиционер начинает поднимать температуру теплообменника до положительных температур. Происходит стаивание наледи. При этом температура воды, которая попадает в поддон наружного блока, составляет 0-1°C. Далее вода, которая попала в поддон, естественным путем стекает в дренажные отверстия. Однако часть воды не успевает стечь из дренажного поддона и замерзает в нем. Это представляет угрозу нормальному функционированию сплит-системы, так как наросший лед стопорит работу вентилятора, что, как правило, приводит к выходу из строя электродвигателя вентилятора. Образование льда в поддоне наружного блока также приводит к деформации нижней части теплообменника (в некоторых случаях происходит даже разгерметизация теплообменника и выход хладагента в атмосферу).

3. Следующая проблема состоит в том, что при падении температуры воздуха на улице начинают изменяться характеристики работы кондиционера в режиме обогрева. Так как теплосодержание воздуха при падении температуры начинает падать, тепловую энергию из воздуха кондиционеру становится все труднее и труднее забирать. Это приводит к падению производительности и соответственно увеличению потребления электроэнергии. В климатической отрасли у всех производителей принято в каталожных данных давать мощность режима обогрева при температуре воздуха на улице +7°С. При выборе модели следует учитывать этот факт и требовать от поставщика технические характеристики кондиционера именно при тех температурах, при которых Вы собираетесь эксплуатировать кондиционер.

Пути решения проблем низкотемпературной эксплуатации кондиционеров

Ранее мы говорили, что существуют определенные проблемы при работе кондиционеров в режиме обогрева при отрицательных температурах. И, конечно же, если бы производители не преодолели их, кондиционеры так и продолжали бы покупать в основном только из-за режима охлаждения, лишь изредка включая их на обогрев в межсезонье. Далее мы расскажем, какие технические решения позволили кондиционерам стать полноценными обогревательными приборами.

1. Низкотемпературный запуск. Мы уже говорили, что при определенных температурах компрессорное масло перестает растворяться в хладагенте, и данную проблему очень легко решить. Первый путь состоит в установке на нижнюю часть компрессора подогревателя картера, который запускается при отрицательных температурах. При этом в картере компрессора всегда будет присутствовать смесь из масла и хладагента, и не будет происходить «холодного» старта компрессора. Данное решение не очень энергоэффективное и широко применяется только для неинверторных, так называемых старт-стопных (On-Off) кондиционеров. Данное решение позволяет опустить нижнюю границу старта кондиционера до уровня -15°C. В основном такое решение применяют китайские производители климатической техники. Дело в том, что цены на старт-стопные кондиционеры достаточно низкие и полными хозяевами на рынке эконом класса являются китайцы. Так же данное решение широко применяется в ОЕМ-марках кондиционеров, которые широко поставляются на наш рынок и производятся теми же китайскими производителями. К слову сказать, данное техническое решение настолько простое, что его можно реализовать на практически любых моделях кондиционеров. Любая монтажная климатическая компания в своих предложениях имеет так называемые низкотемпературные комплекты для «апгрейда» кондиционера на низкотемпературный старт. Основные брендированные производители сконцентрированы на более энергоэффективном оборудовании - инверторах.

Рассмотрим теперь инверторные модели кондиционеров (Inverter). Данный класс техники выпускается в основном японскими и американскими компаниями. Дело в том, что инверторы потребляют, как в режиме охлаждения, так и в режиме обогрева минимум на 30% меньше электроэнергии, чем неинверторные кондиционеры. Это достаточно технически сложная и дорогая техника. И конечно для инверторных кондиционеров ведущие производители выдумали более энергоэффективное решение, которое позволяет быстро и малыми затратами электроэнергии поднять температуру в картере компрессора. Дело в том, что инверторы постоянного тока по команде процессора могут регулировать ток, который подается на обмотки компрессора. Если на обмотки компрессора подать ток недостаточный для запуска, то тепло выделяемое на обмотках будет повышать температуру в картере компрессора, а старта компрессора не произойдет. По достижении определенной температуры, когда масло уже начало растворяться в хладагенте, процессор подает на компрессор ток большей величины и запускает его. Для инверторных кондиционеров, в зависимости от настроек у тех или иных моделей, удалось опустить нижнюю границу до -15°C...-20°C, а на некоторых образцах до -25°C.

Рис. 2. Toshiba SKVP2-EE Daiseikai Nordic

2. Образование наледи в наружном блоке кондиционера. Данная проблема как очень опасна, так и легко предотвратима. Дело в том, что практически все модели кондиционеров, которые предназначены производителями для низкотемпературного обогрева, не оснащены защитой от образования наледи в поддоне наружного блока. Почему так происходит, мы не знаем. Автору данной статьи на момент публикации известны только две модели сплит-систем, которые сейчас поставляются на рынок и оснащаются подогревами поддона еще на заводе: Mitsubishi Electric MSZ-FD VA/MUZ-FD VABH Zubadan и Toshiba SKVP2-EE Daiseikai Nordic. Естественно, при приобретении в неспециализированном месте продаж, а попросту в супермаркете, или у «дикой» монтажной бригады, или просто у фирмы с низким уровнем квалификации персонала клиенту «забывают» сказать о необходимости установки подогрева дренажного поддона наружного блока. Некоторые производители выпускают опциональные низкотемпературные комплекты для некоторых моделей, некоторые отдают данную тему на откуп монтажным организациям. Однако и покупателям, которые рассчитывают эксплуатировать свои кондиционеры при отрицательных температурах не стоит забывать о подогреве дренажного поддона и при необходимости напоминать продавцу об обязательном монтаже данной опции.

3. Падение производительности с падением температуры воздуха. Как уже писалось выше, все технические данные, которые публикуют производители в отношении режима обогрева, даются при температуре воздуха на улице +7°С. Такой уж принят стандарт. Однако условия эксплуатации всегда далеки от тестовых. При температурах на улице в районе -20°С производительность современных кондиционеров падает примерно в два раза. И это данные для хороших инверторных кондиционеров ведущих производителей. Для китайской техники этот параметр еще ниже. Так как в нашей стране зимой очень часто наблюдаются такие низкие температуры, то следует обратить внимание на параметры теплопроизводительности кондиционера в диапазоне вплоть до этой температуры. Также хотелось бы обратить внимание покупателей на то, что, как и в любой технике, в кондиционерах нет никакого волшебства и действуют только законы физики. А потому наилучшие показатели тут имеют те модели, на которые производителями установлены большие теплообменники, соответственно увеличена площадь теплообмена и кондиционеру легче забирать тепловую энергию из окружающего воздуха. Поэтому при выборе кондиционера руководствуйтесь правилом: чем больше и тяжелее наружный блок - тем лучше. Кондиционеры с маленьким наружным блоком имеют низкие показатели энергоэффективности при работе на тепло при низких температурах. Кстати это же верно и для работы кондиционера в режиме охлаждения при экстремально высоких температурах наружного воздуха.

Наш рассказ был бы не полным, не упомяни мы о достаточно уникальном предложении на рынке, предотвращающее падение производительности кондиционера при низких температурах. В настоящий момент компания Mitsubishi Electric выпускает кондиционеры с уникальной технологией ZubaDan (в переводе с японского языка - супер обогрев). Не вдаваясь в технические подробности, скажем, что применение технологии ZubaDan позволяет кондиционерам не терять своей производительности вплоть до -15°С. При температуре -20°С производительность кондиционеров Zubadan минимум в два раза превышает производительность всего, что выпускает рынок. В силу высочайшего спроса со стороны европейских и американских потребителей на сплит-системы Mitsubishi Electric Zubadan другие производители (Daikin/McQuay, Sanyo и Toshiba) в настоящий момент занялись разработкой собственных технологий, которые позволят кондиционерам не терять производительности при понижении температуры на улице.

Выводы

Из первой части статьи видно, что современный кондиционер является отличным отопительным прибором, лишенным многих недостатков, которые были присущи моделям предыдущих поколений. Современный кондиционер уже не рассматривается специалистами, как резервный источник тепла. Он вполне способен стать основным, а при грамотном подборе, и единственным источником тепла для отопления помещений. Первая часть статьи была посвящена исключительно сплит-системам. В продолжениях мы расскажем о применении в режиме отопление еще большого класса оборудования: мульти-сплит систем, мультизональных систем кондиционирования и системах приготовления горячей воды. И конечно расскажем о таком методе экономии электроэнергии, как рекуперация. Следите за нашими анонсами.

Автор: Гарбулинский Владислав Вячеславович, ООО «Планета Климата», 31.10.2011 год

Правила использования материалов сайта