Эпоха инверторных кондиционеров воздуха
Энергосберегающая инверторная технология предусматривает плавную регулировку скорости вращения компрессора в зависимости от тепловой нагрузки, обеспечивая тем самым экономичную и эффективную работу систем кондиционирования. Применение инверторов считается одним из действенных способов снижения выбросов CO2, а значит, борьбы с глобальным потеплением. Эта технология находит все более широкое применение. 30% всех бытовых кондиционеров, проданных в мире в 2012 году, были инверторными.
Первые бытовые инверторные кондиционеры появились в Японии в начале 1980-х. И вот спустя примерно 30 лет на японском рынке остались только модели с инверторным управлением.
В Западной Европе, за счет экспорта из Японии, доля инверторных систем достигает 80%, тогда как в Европе в целом она составляет 50%. Инверторы используются и в воздушных тепловых насосах (кондиционерах, способных работать как на охлаждение, так и на обогрев), и в тепловых насосах «воздух — вода».
В Австралии, известной своим передовым природоохранным законодательством, существуют самые строгие требования к энергоэффективности используемого оборудования. Как результат — 90% бытовых кондиционеров там инверторные.
Широкое распространение кондиционеров воздуха в Китае во второй половине 2000-х привело к резкому увеличению потребления электроэнергии, что, в свою очередь, породило спрос на экономичное климатическое оборудование. Японские производители, стремясь воспользоваться ситуацией, попытались вывести на китайский рынок свои модели инверторных кондиционеров, однако эта попытка не увенчалась успехом. Тогда ведущие японские производители климатической техники пошли по пути создания совместных с китайцами предприятий по выпуску инверторных моделей кондиционеров.
Первый произведенный в Китае инверторный кондиционер сошел с конвейера в 2008 году. До этого момента рынок инверторов в Китае демонстрировал прирост в среднем на 7% в год. После 2008 года темпы роста увеличились до 25% в год. Спрос подстегнули и принятые в КНР жесткие стандарты энергоэффективности. В результате в 2012 году доля инверторных моделей среди всех бытовых кондиционеров, продаваемых в стране, составила 50%.
Рис. 1. Первый в мире инверторный кондиционер Tokyo Shibaura Electric.
В то же время на таком большом рынке, как США, инверторные технологии практически не представлены. Жилье в Соединенных Штатах, как правило, кондиционируется при помощи неинверторных моноблочных (агрегатированных) или оконных устройств. Доля инверторов среди моноблочных кондиционеров — менее 3%.
|
Краткая история инверторов
История инверторных кондиционеров началась в декабре 1980 года, когда компания Tokyo Shibaura Electric (сейчас известная как Toshiba Carrier) впервые снабдила коммерческую систему кондиционирования инвертором. Спустя ровно год был разработан первый бытовой инверторный кондиционер, поступивший в продажу в 1982 году.
Инвертор представляет собой полупроводниковое устройство, изменяющее скорость вращения вала компрессора в зависимости от тепловой нагрузки на кондиционер, позволяя плавно регулировать холодо- и теплопроизводительность устройства.
Это изобретение существенно изменило представления об экономичности кондиционеров и степени создаваемого ими комфорта. Фактически инвертор стал одним из наиболее революционных новшеств за всю историю климатической техники.
В результате внедрения инверторов на японском рынке стали преобладать кондиционеры с функцией теплового насоса, обеспечивающие как охлаждение, так и обогрев помещений.
Разработанные в Японии, инверторные технологии со временем распространились по всему миру. Существенно расширилась область их применения. Сегодня инверторное управление применяется не только в кондиционерах, но и в холодильном оборудовании, мощных чиллерах, вентиляторах и насосах.
Инверторные кондиционеры воздуха
Бытовые кондиционеры, выпускавшиеся в 1960-х годах, могли работать только в режиме охлаждения. Но уже в начале 1970-х появились модели, способные обогревать помещения за счет изменения направления движения хладагента. Однако теплопроизводительность таких устройств была низка, и их использование требовало дополнительной установки электрического нагревателя во внутренний блок.
Затем на рынке появились «безнагревательные» тепловые насосы. Как следует из названия, эти устройства были способны производить достаточное количество тепла без применения дополнительных нагревателей. Однако успеха эта новинка не имела.
Инверторная технология представляет собой технологию электронного управления скоростью вращения вала компрессора путем изменения частоты тока, подаваемого на электродвигатель. Для этого используются мощный транзистор, рассчитанный на нагрузку в 2 кВт (ток напряжением 100 В и слой в 20 А), микрокомпьютер и программное обеспечение. В Toshiba говорят, что для разработки инвертора потребовалось мобилизовать силы и опыт всей компании.
Благодаря инверторной технологии появилась возможность изменять частоту вращения вала компрессора в диапазоне от 30 до 90 Гц в зависимости от нагрузки (ранее вал мог вращаться только с постоянной частотой — 50 или 60 Гц). Это, в свою очередь, позволило реализовать следующие функции:
- При включении кондиционер работает с повышенной холодо- или теплопроизводительностью, что ускоряет достижение заданных параметров микроклимата.
- После достижения заданных параметров производительность прибора уменьшается в соответствии с нагрузкой, что обеспечивает меньшие колебания температуры, снижение энергопотребления и повышение эффективности.
- Повышенная частота вращения компрессора позволяет использовать устройство в режиме обогрева даже при очень низких уличных температурах.
Развитие технологий кондиционирования воздуха
В 1990-х годах японские компании жестко конкурировали между собой, увеличивая количество предлагаемых инверторных моделей бытовых кондиционеров. Кроме того, эта технология нашла применение и в полупромышленных системах кондиционирования.
Благодаря инверторам производители смогли значительно расширить диапазон тепло- и холодопроизводительности компрессоров. Были реализованы такие функции, как осушение и разморозка. Появились кондиционеры с функцией «быстрый старт», накапливающие тепло в компрессоре и отдающие его при включении в режиме обогрева для более быстрого достижения заданных параметров.
Появились инверторы постоянного тока (технология DC–Inverter), позволяющие сократить годовое энергопотребление на 30%. Использование двигателей постоянного тока позволяет существенно повысить эффективность компрессора, особенно если компрессору приходится долгое время работать с малой скоростью.
В 1982 году Daikin выпустила на рынок первую систему кондиционирования с переменным расходом хладагента — VRF-систему. Применение электронного терморегулирующего вентиля обеспечивает подачу хладагента от одного наружного блока к нескольким внутренним. Инверторное управление позволяет точно регулировать производительность компрессора, обслуживающего внутренние блоки в помещениях с различной тепловой нагрузкой и требуемыми параметрами микроклимата.
|
|
Около 20 лет назад японские компании уже пытались проникнуть на американский рынок, однако предложенные ими инверторные модели значительно отличались от представлений среднего американца о том, что такое кондиционер, и потому попытка провалилась. После этого лишь один производитель из Японии продолжал работать над популяризацией инверторов на рынке США — это концерн Daikin, который в 2012 году приступил к выпуску инверторных моноблочных кондиционеров на мощностях принадлежащей ему американской компании Goodman. Активизировали свои усилия на местном рынке и производители компрессоров с инверторным управлением из Азии.
Инверторное оборудование требует значительных первоначальных затрат, поэтому продажа его в развивающихся странах — задача не из легких. Так, например, в Южной Америке абсолютное большинство кондиционеров оснащено компрессорами с постоянной скоростью вращения, при работе которых значительная часть энергии тратится впустую. Принимая это во внимание, южнокорейские производители разработали недорогой инверторный кондиционер для продвижения на латиноамериканском рынке. Успех или неудача этого проекта во многом, как ожидается, определят тенденцию развития отрасли.
Одним из наиболее перспективных рынков для бытовых кондиционеров является Индия. В настоящее время на индийском рынке идет активный процесс вытеснения оконных моделей сплит-системами. В итоге, как предсказывают аналитики, возникнут благоприятные условия для широкого распространения инверторных моделей.
Требования, касающиеся энергоэффективности бытовых кондиционеров, можно грубо разделить на две группы. Первая — запрещение продаж неэффективного оборудования. Например, систем с коэффициентом производительности (COP) ниже установленного минимума. Вторая — система маркировки техники согласно ее классу энергосбережения. При этом продажи инверторных кондиционеров в странах, где действуют строгие нормы по энергоэффективности оборудования (Япония, Австралия, страны Евросоюза), существенно выше, чем там, где подобные требования отсутствуют.
В Японии принята программа «Top Runner», являющаяся частью Акта о сохранении энергии. Программа устанавливает целевые показатели эффективности для определенных групп оборудования, в том числе и для кондиционеров. В качестве характеристики, определяющей энергоэффективность климатического оборудования, используется не привычный COP, а показатель годовой производительности (APF).
Рис. 2. Последнее достижение в инверторных технологиях - кондиционер Mitsubishi Electric Kirigamine Z на хладагенте R32 с энергоэффективностью SEER=12,54.
В Австралии принят стандарт минимальной энергоэффективности (MEPS). С апреля 2011 года вместо годового показателя энергоэффективности (AEER) используется годовой коэффициент производительности (ACOP). В Австралии также действуют требования по маркировке оборудования в зависимости от уровня энергопотребления.
Недавно в Евросоюзе были пересмотрены требования к энергоэффективности оборудования. Начиная с 2013 года для оценки энергопотребления применяется сезонный показатель энергоэффективности (SEER).
В Китае более жесткие требования к сезонной энергоэффективности кондиционеров были введены в 2011 году. В октябре 2013 года ожидается введение аналогичных норм в отношении инверторов.
В США Институт кондиционирования, отопления и холодильных систем (AHRI) применяет систему маркировки энергоэффективного оборудования с 2006 года. По информации из источников в Департаменте энергетики США, в январе 2015 года вступит в силу стандарт, согласно которому сплит-системы, используемые в северных регионах, должны будут иметь SEER не менее 13, для южных регионов — 14.
Как известно, в инверторных кондиционерах используются два вида моторов: электродвигатель на постоянных магнитах в компрессоре и электромоторы постоянного тока в вентиляторах. В планах корейских и китайских производителей — существенное увеличение объема выпуска моторов для инверторов. Так, компания Rechi уже объявила о планах создания производственных площадок для изготовления бесщеточных электродвигателей постоянного тока (BLDC) на Тайване и в материковом Китае. За пять лет планируется довести объем производства до 30 млн изделий в год. В то же время спрос на спиральные компрессоры для инверторов в КНР в первом квартале 2013 года вырос на 40% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.
Применение инверторных технологий позволяет не только снизить энергопотребление, но и уменьшить материалоемкость теплообменников и других компонентов. Даже в Северной Америке, где инверторы пока не получили широкого распространения, производители готовы дать им второй шанс. Разработаны моноблочные инверторные системы кондиционирования, сравнимые по стоимости с неинверторными моделями, но при этом занимающие в два раза меньшую площадь. Некоторые из новых разработок, отличающихся высоким SEER, были представлены на AHR Expo — крупнейшей выставке-ярмарке климатического оборудования в Северной Америке. Пока развитием американского рынка инверторных технологий занимаются в основном иностранные компании, что несколько тормозит процесс. Настоящий подъем этого сегмента возможен лишь при условии полномасштабного участия местных производителей.
Повсеместное ужесточение экологических требований делает внедрение инверторных технологий в системы кондиционирования единственно возможной стратегией, способной обеспечить выживание производителей в острой конкурентной борьбе.
Правила использования материалов сайта
|
|
