Энергоэффективность климатической техники 10 лет назад и сегодня

В последние 10 лет климатическая техника развивалась в двух основных направлениях — повышение энергоэффективности и борьба за экологию. Роторные, винтовые, спиральные компрессоры, множество технологических новшеств, хладагенты R22, R134a, R407c, R410a, R32 В погоне за уменьшением энергопотребления, снижением негативного влияния на озоновый слой и глобальное потепление климатическое оборудование проделало большой путь. И каждый новый шаг на пути к идеалу создавал трудности инженерам, разработчикам, монтажникам и службам эксплуатации.

В частности, внедрение хладагента R410a потребовало изменения всех основных узлов кондиционера для работы при более высоком давлении. А переход на R407c сильно осложнил жизнь специалистам по сервису и монтажу ввиду трудностей с заправкой и дозаправкой системы, а также в случае утечки хладагента.

При этом каждая новая технология, каждый новый хладагент анонсировались не только как экологически безопасные, но и как энергоэффективные решения. Именно в разрезе энергетической эффективности мы и провели исследование, собрав каталоги ведущих производителей систем кондиционирования за последние 10 лет. В обзор попали сплит-системы, мультизональные системы кондиционирования и чиллеры с воздушным охлаждением — в общей сложности более 300 единиц оборудования.

Методика сравнения

За параметр, который характеризует энергоэффективность кондиционера, был принят холодильный коэффициент — соотношение холодильной и потребляемой мощности оборудования при стандартных условиях согласно данным из технических каталогов производителей.

За среднюю энергоэффективность нескольких единиц оборудования (например, кондиционеров на R410a 2017 года) было принято среднее арифметическое значение холодильных коэффициентов всех кондиционеров, входящих в рассматриваемое множество.

Стоит отметить, что в последние годы стало популярным акцентировать внимание не на номинальном холодильном коэффициенте, а на его значении при неполной нагрузке. Так, все чаще встречаются параметры работы климатического оборудования при 75 или 50%-ной тепловой нагрузке или комплексные показатели, такие как SEER — европейский сезонный коэффициент энергоэффективности.

Однако 10 лет назад подобная информация не указывалась. Следовательно, адекватно сравнить эффективность оборудования разных лет на разных хладагентах не представляется возможным. Именно поэтому данный обзор основан на сравнении только холодильного коэффициента и только при нормальных условиях и при номинальной тепловой нагрузке.

Задачи обзора

Мы не ставили задачу оценить вклад каждой технологии в общую энергоэффективность, ее ежегодный прирост и другие частные параметры. Основной целью являлась оценка изменения эффективности климатической техники за прошедшие 10 лет.

Обзор не претендует на глобальную точность, однако, на наш взгляд, позволяет весьма простым и объективным способом определить, в каком направлении и с какой скоростью движется климатическая отрасль.

Отдельное внимание уделялось тому, какое влияние на изменение энергоэффективности оказывала смена хладагентов. Дело в том, что борьба за экологичные хладагенты вызывает разногласия: одни специалисты считают ее единственно верным сценарием, другие настаивают, что лучшим и наиболее эффективным остается хладагент R22. Нам были интересны цифры — как изменился холодильный коэффициент в результате многократной смены рабочего вещества.

Допущения и ограничения

Основным допущением, очевидно, является тот факт, что оценка энергоэффективности велась только по одному параметру — по холодильному коэффициенту.

С точки зрения сравнения хладагентов отметим, что объективно сравнить влияние хладагента можно только в рамках конкретного вида холодильной техники, поскольку для каждого хладагента характерна своя сфера применения.

Так, изначально широкое распространение имел фреон R22. Далее на рынке бытовых и полупромышленных кондиционеров появились решения на R410a, позже — на R32. Подавляющее большинство чиллеров в 2007–2008 годах работали на хладагентах R134a и R407c. Сегодня R407c встречается гораздо реже, основными стали R134a и R410a. Мультизональные системы в основной своей массе в течение всего последнего десятилетия работали на R410a.

Именно поэтому помимо общих цифр обзор разделен на логические блоки по каждому из указанных видов холодильной техники.

Наконец, как известно, выбор хладагента определяет тип компрессора. Например, в чиллерах на R407c и R134a применяются винтовые компрессоры, на R410a — спиральные. Таким образом, изменения в эффективности работы чиллеров нельзя приписывать только замене хладагента. Стоит говорить лишь о том, что смена рабочего вещества привела к системным изменениям в конструкции оборудования, которые и стали причиной того или иного результата.

Из ограничений стоит отметить выборку. Проанализировать абсолютно все климатическое оборудование не представляется возможным, однако, на наш взгляд, выборка проведена равномерно — различные виды оборудования различной мощности различных производителей.

Основной вывод № 1 — прогресс налицо

Общий прогресс климатической техники можно оценить, вычислив среднее арифметическое холодильных коэффициентов оборудования десятилетней давности и последних лет. Полученные цифры — 2,94 и 3,14 соответственно — говорят о среднерыночном приросте энергоэффективности на 7% (диаграмма 1).

Основной вывод № 2 — экологичные хладагенты эффективны

Переход на экологически безопасные хладагенты повлек за собой заметный прирост энергоэффективности климатического оборудования. Как показывает диаграмма 2, общий прирост среднего холодильного коэффициента составил более 30%.

Справедливости ради отметим, что результаты, представленные на диаграмме 2, получены синтетическим путем через осреднения и применение обобщающих зависимостей. Поэтому данные цифры не претендуют на абсолютную точность, однако ниже по каждому виду оборудования будет показано, что такой рост действительно имеет место.

Кроме того, диаграмма 2 учитывает не только эффект от применения конкретного хладагента, но и накопление технологической базы. Иными словами, кондиционеры на R32 заметно эффективнее кондиционеров на R22 не только потому, что R32 — наиболее оптимальное решение, но и потому, что со времен R22 сами по себе кондиционеры стали заметно более эффективными.

Сплит-системы

Под сплит-системами в рамках данного обзора мы понимаем бытовые и полупромышленные сплит-системы с внутренними блоками настенного, кассетного и канального типов.

Средний холодильный коэффициент сплит-систем 10 лет назад составлял 3,19. В то время кондиционеры выпускались на базе хладагентов R22 и R410a. Интересно отметить, что хорошо известному на тот момент времени R22 соответствовал показатель 2,9, а относительно новому R410a — 3,67. Таким образом, в рамках бытовых и полупромышленных систем переход с R22 на R410a повлек за собой рост энергоэффективности на 27%.

В качестве примера приведем данные по настенным кондиционерам компании Kentatsu 2009 года выпуска. Как видно из табл. 1, изменение холодильного коэффициента при переходе с хладагента R22 на R410a составило 0,49 единицы, или 18%.

В 2017 году основными хладагентами на рынке сплит-систем стали R410a и R32. Средний холодильный коэффициент по рынку составил 3,4, причем хладагенту R410a соответствует цифра 3,3, а R32 — 3,75.

Таким образом, среднерыночный холодильный коэффициент за 10 лет вырос с 3,19 до 3,4, то есть на 0,21 единицы, или на 7%. Однако нельзя не отметить снижение эффективности в работе кондиционеров на R410a более чем на 10%. Анализ ситуации показал две основные причины этого снижения.

Во-первых, модельный ряд оборудования за прошедшее время существенно расширился, появились более мощные модели. При этом для сплит-систем характерно снижение холодильного коэффициента с ростом холодопроизводительности. Как результат, появление мощных кондиционеров понизило обобщающие показатели.

Во-вторых, «просадка» среднерыночной эффективности связана с появлением на российском рынке оборудования от новых, как правило, китайских производителей.

Искусственные попытки привести нынешний и прошлый рынки сплит-систем на R410a к единому знаменателю позволяют говорить о незначительном приросте холодильного коэффициента. В частности, для настенных сплит-систем с 3,83 единицы до 3,90, то есть на 2%.

Переход с R410a на R32 привел к ощутимому приросту холодильного коэффициента — в среднем на 10% (диаграмма 3). Данное увеличение эффективности на примере оборудования компании Mitsubishi Electric проиллюстрировано в табл. 2. Из нее видно, что при переходе с R410a на R32 средний холодильный коэффициент кондиционеров увеличился с 3,72 до 4,1 единицы, то есть на 10%.

Таким образом, очевидно, что внедрение новых хладагентов не только повысило экологическую безопасность решений, но и способствовало общему росту энергетической эффективности сплит-систем.

Чиллеры

Средний холодильный коэффициент чиллеров за последние 10 лет возрос с 2,56 до 2,72, то есть на 6%. При этом наблюдалась следующая последовательность хладагентов: R407c — R134a — R410a. Сменяемость хладагентов в сегменте чиллеров не является ярко выраженной. Так, решения на хладагенте R134a были широко распространены в течение всего рассматриваемого периода времени, решения на хладагенте R407c — распространены ранее, но присутствуют и сегодня, решения на хладагенте R410a появились в последние годы.

Как и в случае сплит-систем, параллельно со сменой хладагентов на рынке наблюдался постоянный рост холодильного коэффициента: с 2,55 на R407c до 2,7 единицы на R134a (прирост на 7%) и впоследствии до 2,9 единиц на R410a (прирост еще на 7%, диаграмма 4).

Отследить влияние технического прогресса можно по чиллерам на хладагенте R134a: 10 лет назад средний холодильный коэффициент составлял 2,63, к настоящему моменту вырос до 2,77, то есть более чем на 5%.

Рост холодильного коэффициента во времени и в зависимости от хладагента можно проследить на примере чиллеров компании Daikin. Как видно из табл. 3, прирост холодильного коэффициента при переходе с R407c на R134a в 2006 году составил около 4%. Впоследствии технологии на базе хладагента R134a оттачивались, что позволило повысить средний холодильный коэффициент на 8%. Последующий переход на R410a и на спиральные компрессоры повысил средний холодильный коэффициент еще почти на 8%.

Совокупный прирост энергоэффективности чиллеров Daikin за 11 лет за счет технического прогресса и смены рабочих веществ составил более 20%.

Мультизональные системы

В большинстве мультизональных систем кондиционирования более 10 лет бессменно используется хладагент R410a. Однако прироста энергоэффективности за это время не произошло. Более того, наблюдается скорее регресс, нежели прогресс: средний холодильный коэффициент снизился с 3,63 до 3,48 единицы, или на 4%.

Среди причин можно выделить расширение линейки оборудования, появление более мощных наружных блоков VRF-систем. В большинстве случаев наиболее эффективными являются младшие модели, наименее эффективными — старшие.

В последние годы наблюдается тенденция увеличения мощностей мультизональных систем: прекращается выпуск маломощных моделей, появляются более мощные агрегаты. Итогом становится рост эффективности конкретно взятой единицы оборудования, но общая эффективность снижается за счет перераспределения моделей внутри линейки.

Данную тенденцию можно проиллюстрировать на примере мультизональных систем кондиционирования от компании Toshiba (табл. 4). С 2009 по 2017 год прекращен выпуск моделей наружных блоков эквивалентной мощностью 5 и 6 л. с., при этом добавлены модели мощностью от 14 до 22 л. с.

Фактически объективно сравнить можно только три модели наружных блоков — мощностью 8, 10 и 12 л. с. Специалистам компании Toshiba удалось добиться роста холодильного коэффициента для этих блоков в среднем на 6%. Однако средний холодильный коэффициент линейки снизился с 3,54 до 3,35, то есть более чем на 5%.

Подведение итогов

Анализ полученных данных говорит, что средний холодильный коэффициент климатической техники растет во времени, однако этот рост не столь велик, как об этом заявляют рекламные проспекты производителей.

Если в одном каталоге указано повышение эффективности на 15%, а в следующем на 20%, это не означает общий прирост на 35%. Скорее дело в том, что в обоих случаях выбран устаревший базовый вариант, по отношению к которому выполняется сравнение. Подробнее об этом читайте в материале «Гонка за энергосбережением: что предлагают производители и верить ли им?» в журнале «Мир климата» № 103. В целом можно утверждать, что в каждом сегменте оборудования идет оттачивание технологий, и этот процесс на протяжении многих лет приносит дополнительные несколько процентов эффективности.

Другой важный вывод — применение экологически безопасных хладагентов и связанные с их внедрением технологии действительно повышают энергоэффективность кондиционеров. Не стоит все лавры отдавать именно выбору хладагентов, но и их участие в общей борьбе за энергоэффективность очевидно.

Юрий Хомутский,
технический редактор журнала «Мир климата»

наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест