Опалення та кондиціонери. Частина 1. Спліт-системи

Даною статтею ми розпочинаємо цикл статей, присвячених застосуванню кліматичного обладнання у системах опалення і гарячого водопостачання (ГВП).

Введення

На нашому вітчизняному кліматичному ринку в очах споживачів за кондиціонерами міцно утвердилася репутація пристроїв, які купують виключно для охолодження повітря у приміщеннях. При цьому функція обігріву, і то в рідкісних випадках, розглядається як додаткова. Однак в усьому світі ставлення до сучасних спліт-систем зовсім інше. У деяких країнах, таких як Великобританія, Норвегія, Швеція, Німеччина та інших, більшість покупок кондиціонерів відбувається в основному через функції обігріву. Сучасні спліт-системи, що працюють у режимі теплового насоса (Heat Pump), можуть працювати не тільки на нагрівання повітря у приміщенні, але і застосовуватися у системах ГВП для приготування гарячої води.

У даній статті ми постараємося простою мовою у доступній для споживача формі розповісти про застосування кондиціонерів для опалення приміщень. Ми не будемо вдаватися у технічно складні для споживача нетри опису роботи теплових насосів, а у простій формі спробуємо донести до нього розповідь про ті підводні камені, які існують у даній області застосування кондиціонерів, а також про принципи вибору моделей. Сподіваємося, що дана стаття буде корисна покупцям, і вони будуть задоволені тим вибором, який зроблять після прочитання даної статті.

Реверсивний режим роботи кондиціонера

У принципі, змусити працювати кондиціонер на тепло не дуже складно - достатньо просто змінити напрямок протікання термодинамічного циклу. Кондиціонери, що здатні працювати як на холод, так і на тепло, називають реверсивними. Кондиціонер, що працює на обігрів, забирає тепло ззовні приміщення: при цьому функції зовнішнього і внутрішнього блоку як би міняються місцями. Відповідно, тепло виходить не за рахунок прямого перетворення електроенергії у теплову, а за рахунок термодинамічного циклу. Даний спосіб перетворення економічно вигідний, так як на кіловат спожитої електроенергії виробляється понад 3 кВт теплової (у деяких виробників цей показник вже давно перейшов рубіж у 4,5 кВт теплової енергії на 1 кВт електроенергії). Даний клас обладнання у всьому світі прийнято називати тепловими насосами (Heat pumps).

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

Реверсивні моделі кондиціонерів, які крім функції охолодження, мають можливість роботи у режимі опалення, вже давно перестали бути рідкістю на ринку. Більше того, зараз практично усі моделі, що випускаються виробниками, є реверсивними. Різниця у ціні спліт-систем, які можуть працювати на обігрів, і кондиціонерами, які такою функцією не мають, стала такою незначною, що багато виробників виключили з виробництва так звані «холодні моделі».

Проблеми роботи кондиціонерів при негативних температурах

1. Зазвичай при температурі зовнішнього повітря нижче -5°С, для холодоагенту R22, і -10°C, для холодоагенту R410a, включення кондиціонера вже не рекомендується: змінюються фізичні характеристики фреону і компресорного мастила. При більш низьких температурах компресорне мастило вже перестає розчинятися у холодоагенті, що призводить до так званого «сухого» старту компресора, що може викликати вихід з ладу компресора при старті. Але і в тому випадку, коли компресор не ламається, до тих пір, поки мастило не розчиниться у холодоагенті, знос компресора буде підвищений, що призведе до зменшення терміну служби компресора.

2. При негативних температурах відбувається обмороження теплообмінника зовнішнього блоку з подальшим включенням кондиціонером режиму розморожування теплообмінника. При включенні режиму розморожування кондиціонер починає піднімати температуру теплообмінника до позитивних температур. Відбувається розтавання полою. При цьому температура води, яка потрапляє у піддон зовнішнього блоку, становить 0-1°C. Далі вода, яка потрапила у піддон, природним шляхом стікає у дренажні отвори. Однак частина води не встигає стекти з дренажного піддону і замерзає у ньому. Це являє загрозу нормальному функціонуванню спліт-системи, так як наросший лід гальмує роботу вентилятора, що, як правило, призводить до виходу з ладу електродвигуна вентилятора. Утворення льоду у піддоні зовнішнього блоку також призводить до деформації нижньої частини теплообмінника (у деяких випадках відбувається навіть розгерметизація теплообмінника і вихід холодоагенту в атмосферу).

3. Наступна проблема полягає у тому, що при падінні температури повітря на вулиці починають змінюватися характеристики роботи кондиціонера у режимі обігріву. Так як тепловміст повітря при падінні температури починає падати, теплову енергію з повітря кондиціонера стає все важче і важче забирати. Це призводить до падіння продуктивності і відповідно збільшення споживання електроенергії. У кліматичної галузі у всіх виробників прийнято у каталожних даних давати потужність режиму обігріву при температурі повітря на вулиці +7°С. При виборі моделі слід враховувати цей факт і вимагати від постачальника технічні характеристики кондиціонера саме при таких температурах, при яких Ви збираєтеся експлуатувати кондиціонер.

Шляхи вирішення проблем низькотемпературної експлуатації кондиціонерів

Раніше ми говорили, що існують певні проблеми при роботі кондиціонерів у режимі обігріву при негативних температурах. І, звичайно ж, якщо б виробники не подолали їх, кондиціонери так і продовжували б купувати в основному тільки задля режиму охолодження, лише зрідка включаючи їх на обігрів у міжсезоння. Далі ми розповімо, які технічні рішення дозволили кондиціонерам стати повноцінними обігрівальними приладами.

1. Низькотемпературний запуск. Ми вже говорили, що при певних температурах компресорне мастило перестає розчинятися у холодоагенті, і цю проблему дуже легко вирішити. Перший шлях полягає в установці на нижню частину компресора підігрівача картера, який запускається при негативних температурах. При цьому у картері компресора завжди буде присутня суміш з мастила і холодоагенту, і не буде відбуватися «холодного» старту компресора. Дане рішення не дуже енергоефективне і широко застосовується лише для неінверторних, так званих старт-стопних (On-Off) кондиціонерів. Дане рішення дозволяє опустити нижню межу старту кондиціонера до рівня -15°C. В основному таке рішення застосовують китайські виробники кліматичної техніки. Справа у тому, що ціни на старт-стопні кондиціонери досить низькі і повними господарями на ринку економ класу є китайці. Так само дане рішення широко застосовується в ОЕМ-марках кондиціонерів, які широко постачаються на наш ринок і виробляються тими ж китайськими виробниками. До слова сказати, що дане технічне рішення настільки просте, що його можна реалізувати практично будь-яких моделях кондиціонерів. Будь-яка монтажна кліматична компанія у своїх пропозиціях має так звані низькотемпературні комплекти для «апгрейда» кондиціонера на низькотемпературний старт. Основні брендовані виробники сконцентровані на більш енергоефективному обладнанні - інверторах.

Розглянемо тепер інверторні моделі кондиціонерів (Inverter). Даний клас техніки випускається переважно японськими та американськими компаніями. Справа у тому, що інвертори споживають, як у режимі охолоджування, так і у режимі обігріву мінімум на 30% менше електроенергії, ніж неінверторні кондиціонери. Це досить технічно складна і дорога техніка. І звичайно для інверторних кондиціонерів провідні виробники вигадали більш енергоефективне рішення, яке дозволяє швидко і з малими витратами електроенергії підняти температуру у картері компресора. Справа у тому, що інвертори постійного струму по команді процесора можуть регулювати струм, який подається на обмотки компресора. Якщо на обмотки компресора подати струм недостатній для запуску, то тепло, що виділяється на обмотках, буде підвищувати температуру у картері компресора, а старту компресора не відбудеться. По досягненні певної температури, коли мастило вже почало розчинятися у холодоагенті, процесор подає на компресор струм більшої величини і запускає його. Для інверторних кондиціонерів, у залежності від налаштувань у тих чи інших моделей, вдалося опустити нижню межу до -15°C...-20°C, а на деяких зразках до -25°C.

Мал. 2. Toshiba SKVP2-EE Daiseikai Nordic

2. Утворення полою у зовнішньому блоці кондиціонера. Ця проблема як дуже небезпечна, так і легко вирішується. Справа у тому, що практично всі моделі кондиціонерів, які призначені виробниками для низькотемпературного обігріву, не оснащені захистом від утворення полою у піддоні зовнішнього блоку. Чому так відбувається, ми не знаємо. Автору даної статті на момент публікації відомі тільки дві моделі спліт-систем, які зараз постачаються на ринок і оснащуються підігрівами піддону ще на заводі: Mitsubishi Electric MSZ-FD VA/MUZ-FD VABH Zubadan і Toshiba SKVP2-EE Daiseikai Nordic. Природно, при придбанні у неспеціалізованому місці продажу, а просто у супермаркеті, або у «дикої» монтажної бригади, чи просто у фірми з низьким рівнем кваліфікації персоналу клієнту «забувають» сказати про необхідність встановлення підігріву дренажного піддону зовнішнього блоку. Деякі виробники випускають опціональні низькотемпературні комплекти для деяких моделей, деякі віддають дану тему на відкуп монтажним організаціям. Однак і покупцям, які розраховують експлуатувати свої кондиціонери при негативних температурах не варто забувати про підігрів дренажного піддону і при необхідності нагадувати продавцю про обов'язковий монтаж даної опції.

3. Падіння продуктивності з падінням температури повітря. Як вже писалося вище, всі технічні дані, які публікують виробники щодо режиму обігріву, даються при температурі повітря на вулиці +7°С. Такий вже прийнятий стандарт. Однак умови експлуатації завжди далекі від тестових. При температурах на вулиці у районі -20°С продуктивність сучасних кондиціонерів падає приблизно у два рази. І це дані для хороших інверторних кондиціонерів провідних виробників. Для китайської техніки цей параметр ще нижче. Так як у нашій країні взимку дуже часто спостерігаються такі низькі температури, то слід звернути увагу на параметри теплопродуктивності кондиціонера у діапазоні аж до цієї температури. Також хотілося б звернути увагу покупців на те, що, як і в будь-якій техніці, у кондиціонерах немає ніякого чарівництва і діють тільки закони фізики. А тому найкращі показники тут мають ті моделі, на які виробниками встановлені великі теплообмінники, відповідно збільшена площа теплообміну і кондиціонеру легше забирати теплову енергію з навколишнього повітря. Тому при виборі кондиціонера керуйтеся правилом: чим більше і важче зовнішній блок - тим краще. Кондиціонери з маленьким зовнішнім блоком мають низькі показники енергоефективності при роботі на тепло при низьких температурах. До речі це ж вірно і для роботи кондиціонера у режимі охолодження при екстремально високих температурах зовнішнього повітря.

Наша розповідь була б не повною, не згадай ми про досить унікальну пропозицію на ринку, що запобігає падіння продуктивності кондиціонера при низьких температурах. На даний момент компанія Mitsubishi Electric випускає кондиціонери з унікальною технологією ZubaDan (у перекладі з японської мови - супер обігрів). Не вдаючись у технічні подробиці, скажемо, що застосування технології ZubaDan дозволяє кондиціонерів не втрачати своєї продуктивності аж до -15°С. При температурі -20°С продуктивність кондиціонерів Zubadan мінімум у два рази перевищує продуктивність всього, що випускає ринок. В силу високого попиту з боку європейських і американських споживачів на спліт-системи Mitsubishi Electric Zubadan інші виробники (Daikin/McQuay Sanyo і Toshiba) зараз зайнялися розробкою власних технологій, які дозволять кондиціонерам не втрачати продуктивності при зниженні температури на вулиці.

Висновки

З першої частини статті видно, що сучасний кондиціонер є відмінним опалювальним приладом, позбавленим багатьох недоліків, які були властиві моделям попередніх поколінь. Сучасний кондиціонер вже не розглядається фахівцями, як резервне джерело тепла. Він цілком здатний стати основним, а при грамотному підборі, і єдиним джерелом тепла для опалення приміщень. Перша частина статті була присвячена виключно спліт-систем. В продовженнях ми розповімо про застосування у режимі опалення ще великого класу обладнання: мульти-спліт систем, мультизональних систем кондиціонування і систем приготування гарячої води. І звичайно розповімо про такий метод економії електроенергії, як рекуперація. Слідкуйте за нашими анонсами.

Автор: Гарбулинский Владислав В'ячеславович, ТОВ «Планета Клімату», 31.10.2011 рік

Правила використання матеріалів сайту