Современные энергосберегающие технологии в климатической технике

В целях повышения энергоэффективности и снижения потребляемой мощности производители кондиционеров активно внедряют новые технологии, позволяющие в той или иной степени решить эти задачи. Мы уже рассказывали о таких новинках рынка, как турбокомпрессоры, микроканальные теплообменники и технологии электронно-коммутируемых вентиляторов EC+. Рассмотрим еще ряд новшеств, влияющих на характеристики систем кондиционирования.

Инверторные приводы

Энергопотребление обычного (слева) и гиперволнового инвертора (справа)
Рис. 1. Энергопотребление обычного (слева) и гиперволнового инвертора (справа). Слева кривая процесса отклоняется от кривой напряжения на двигателе, что и иллюстрирует перерасход энергии. Справа же кривая процесса очень близка к кривой напряжения. За счет этого и реализуется снижение энергопотребления
Вообще говоря, использованием инверторных приводов сегодня уже никого не удивишь. Однако производители кондиционеров постоянно улучшают алгоритмы управления инверторными приводами и, соответственно, режимами работы кондиционеров.

Преимущества инверторного управления — экономичность, тишина и точная регулировка температуры — уже давно были оценены потребителями климатической техники. Благодаря точному регулированию мощности инвертор экономит до 40 % электроэнергии. Инверторному компрессору не приходится часто включаться и выключаться, поэтому его шум незаметен, а срок службы дольше обычного.

Среди новых разработок в области инверторов компании Toshiba — смешанный инвертор постоянного тока. При включении кондиционера используется технология амплитудно-импульсной модуляции (РАМ). Компрессор работает с максимальной производительностью, и заданная температура достигается на 25–30 % быстрее. Когда нужная температура достигнута, включается широтно-импульсная модуляция (PWM). Кондиционер не останавливается, а работает на низких оборотах и поддерживает заданную комфортную температуру, расходуя при этом гораздо меньше энергии. При небольшой нагрузке, например, ночью, кондиционер работает практически бесшумно.

Обычный кондиционер часто включается и отключается для поддержания температуры, изнашиваясь во время запуска. Инверторный кондиционер работает непрерывно, поэтому его надежность и срок службы гораздо выше.

Компания Panasonic, в свою очередь, представила новый гиперволновой инверторный привод. Точный контроль температуры и широкий диапазон выходной мощности позволяют новым инверторным кондиционерам адаптироваться к любому количеству людей в комнате, постоянно поддерживая в ней комфортную температуру.

При этом рабочий шум внутреннего блока инверторного кондиционера воздуха был сокращен на 3 дБ благодаря тому, что инвертор постоянно меняет выходную мощность для максимально точного управления температурой.

Основное же преимущество гиперволнового инвертора заключается в оптимизации графика потребляемой энергии. Если у обычного инвертора график потребляемой мощности ступенчатый, то у гиперволнового максимально приближен к синусоиде, что и обеспечивает дополнительную экономию (рис. 1).

Современные компрессоры

Двухроторный инверторный компрессор в кондиционерах Toshiba
Рис. 2. Двухроторный инверторный компрессор в кондиционерах Toshiba
Сравнение однороторного (слева) и двухроторного (справа) компрессоров
Рис. 3. Сравнение однороторного (слева) и двухроторного (справа) компрессоров
Разработанный Toshiba двухроторный инверторный компрессор (рис. 2) обеспечивает более длительный срок службы оборудования, поскольку вибрация и шум в таких компрессорах значительно ниже по сравнению с обычными компрессорами. В новых компрессорах процесс сжатия хладагента происходит более эффективно благодаря прецизионной точности и новой конструкции компрессионных каналов. Особенно заметны преимущества двухроторного компрессора постоянного тока при продолжительной работе на минимальной производительности.

Двухроторные компрессоры применены и в новом оборудовании компании LG. Полностью уравновешенная конструкция двухроторного компрессора позволяет добиваться минимального уровня вибрации и шума. При этом циклические изменения его крутящего момента снижены на 40 % по сравнению с однороторным компрессором (рис. 3).

В компании Panasonic анонсировали новую модель роторного компрессора (рис. 4). Использование мощного неодимового магнита (рис. 5) позволило сделать двигатель более компактным. Роторный двигатель с намоткой, дающей меньшее искажение магнитного поля, позволяет увеличить энергоэффективность кондиционера.

Энергосбережение в устройствах управления

У компании Daikin появился пульт управления кондиционерами, предусматривающий следующие функции энергосбережения:

  • Ограничение диапазона устанавливаемых температур. Данный режим помогает избежать чрезмерного охлаждения или нагрева воздуха в помещении.
  • Функция отсутствия. В случае отсутствия в помещении людей кондиционер автоматически поддерживает температуру в заданном диапазоне.
  • Инфракрасный датчик присутствия людей и измерения температуры на уровне пола (функция доступна не для всех внутренних блоков).
  • Индикация на дисплее потребляемой электроэнергии в кВт∙ч.
  • Автоматический сброс температуры до установленного комфортного уровня.
  • Таймер выключения кондиционера.

Учет присутствия людей в помещении

Компрессор в кондиционерах Panasonic с неодимовым магнитом
Рис. 4. Компрессор в кондиционерах Panasonic с неодимовым магнитом
Неодимовый магнит
Рис. 5. Неодимовый магнит
В кондиционерах Daikin применяется режим экономичной работы (EconoMode), который лимитирует энергопотребление на необходимом уровне, и датчик движения с технологией «Умный глаз» (Intelligent Eye). Задача «Умного глаза» заключается в том, чтобы в случае отсутствия в помещении людей перевести внутренний блок в режим ожидания. Это позволяет экономить до 80 % электроэнергии. При появлении людей в помещении блок переключается в прежний режим работы.

В некоторых моделях, например, FTXS/RXS 35, 42, 50K, присутствует двухзонный датчик движения «Умный глаз» (Intelligent Eye™). Он обеспечивает больший комфорт и экономит до 30 % электроэнергии. Данная технология заключается в том, что направление воздушного потока регулируется в зависимости от того, где в помещении находятся люди. Так, если в одной из зон есть люди, то воздух будет направлен в сторону от них. Если люди находятся в двух зонах, то тогда «Умный глаз» рекомендуется использовать вместе с режимом «Комфортный поток» (Comfort). Если использовать данные технологии одновременно, то при нагреве воздух будет направляться вертикально вниз, а при охлаждении — вдоль потолка. Если людей нет, то через 20 минут кондиционер перейдет в энергосберегающий режим.

Подобной функцией обзавелись и кондиционеры компании Panasonic. Как только функция AutoComfort обнаруживает увеличение подвижности людей, мощность охлаждения автоматически увеличивается на значение, эквивалентное снижению заданной температуры на 1 °C.

При этом, учитывая естественную инерцию тепловых процессов, регулирование холодопроизводительности происходит с задержкой, которую можно задать вручную. По умолчанию она составляет 20 минут.

Работа над вентиляторами

Из технологий, касающихся вентиляторов, стоит отметить внедренные компанией LG вентиляторы Skew Fan с BLDC-приводами.

Обычные вентиляторы (слева) и вентиляторы Skew Fan компании LG (справа)
Рис. 6. Обычные вентиляторы (слева) и вентиляторы Skew Fan компании LG (справа)
Лопатки колеса вентилятора Skew Fan, расположенные под определенным углом к оси вращения (рис. 6), имеют минимальное сопротивление при движении воздуха и тем самым значительно снижают уровень шума.

При этом ротор с использованием постоянного неодимового магнита обеспечивает повышенный крутящий момент, что позволяет вентилятору иметь высокие напорно-расходные характеристики.
Алгоритм управления частотой вращения привода обеспечивает до 13 ступеней регулировки. Это позволяет изменять частоту вращения вентилятора очень плавно. В то же время значительно расширен диапазон рабочих частот вентилятора: от самых минимальных, с наименьшим значением уровня шума, до форсированного режима работы.

Другие технологии

Среди других технологий, оказывающих влияние на энергоэффективность кондиционеров, отметим датчики солнечного света, оптимизацию формы лопастей вентиляторов, предустановленные и настраиваемые положения жалюзи, гиперобогрев. Остановимся подробнее на первой и последней из них — технологии учета солнечного света и гиперобогреве. Обе реализованы в новых моделях кондиционеров Panasonic.

Технология EcoNavi в режиме охлаждения позволяет распознать изменение интенсивности солнечного света в комнате и определяет текущие условия: солнечно, облачно или наступила ночь. При невысокой интенсивности солнечного света мощность охлаждения снижается.

Если погода меняется с солнечной на облачную или наступает ночь, EcoNavi распознает снижение интенсивности солнечного света и определяет, когда требуется меньшая мощность охлаждения. Если мощность охлаждения останется прежней, это повлечет за собой излишний расход энергии. EcoNavi определяет эти непроизводительные затраты и сокращает мощность охлаждения на значение, эквивалентное увеличению заданной температуры на 1 °C.

В свою очередь, в режиме отопления, когда погода меняется с облачной на солнечную или наступает утро, EcoNavi распознает повысившуюся интенсивность солнечного света и сокращает мощность обогрева на значение, эквивалентное снижению заданной температуры на 1 °C.

Иллюстрация действия функции распознавания изменения солнечной активности в режиме охлаждения
Рис. 7. Иллюстрация действия функции распознавания изменения солнечной активности в режиме охлаждения
Иллюстрация действия функции распознавания изменения солнечной активности в режиме обогрева
Рис. 8. Иллюстрация действия функции распознавания изменения солнечной активности в режиме обогрева
Как это выглядит на практике, проиллюстрировано на рис. 7 и 8.

Что касается гиперобогрева (технология HeatCharge в кондиционерах Panasonic), то эта функция работает в режиме обогрева и позволяет обеспечить горячий тепловой поток (с температурой до 50 °C) сразу после запуска кондиционера.

Как только включается функция обогрева, накопленный «тепловой заряд» формирует горячий воздушный поток с температурой около 50 °C. Это быстро создает комфортную атмосферу в комнате холодным зимним утром или сразу после возвращения домой хозяев квартиры.

Стоит отметить, что достигаемая температура и время ее достижения зависят от внешних условий. Так, были проведены испытания на стенде Panasonic при наружной температуре 7 °C и температуре в комнате 11 °C и заданной с пульта требуемой температуре 23 °C. Установлено, что в режиме Powerful, при возобновлении работы кондиционера после восьмичасового перерыва, температура горячего воздуха около выпускного отверстия достигла 50 °C примерно через 2 минуты.

Для реализации Heatcharge в наружном блоке кондиционера предусмотрен накопитель тепла, расположенный вокруг компрессора. Как известно, во время обогрева холодный воздух из внутреннего блока выводится за пределы помещения. Если на улице холодно, то, в зависимости от конкретных условий, на теплообменнике внешнего блока может образовываться иней. Обычный кондиционер воздуха не может одновременно работать на обогрев и оттаивать скопившийся иней. Поэтому обычно обогрев временно прекращается для выполнения разморозки.

Таким образом, когда с целью разморозки внешнего блока обогрев помещения приостанавливается, накопленное тепло продолжает согревать комнату. Это исключает прежний дискомфорт, связанный со снижением температуры в комнате при временном прекращении обогрева.

Безусловно, то, на сколько градусов охладится комната, и как долго будет длиться разморозка, зависит от рабочей среды (теплоизоляции помещения, отсутствия сквозняков и прочего), а также от эксплуатационных и температурных условий. Кроме того, при значительном скоплении инея обогрев может прекратиться на период разморозки. Однако факт снижения неудобств при работе кондиционера в режиме отопления налицо.

Заключение

После изучения и анализа всех современных энергосберегающих технологий стоит отметить, что рынок кондиционирования не стоит на месте и постоянно предлагает что-то новое. Новинки не всегда революционны, но они всегда направлены на максимальное повышение энергоэффективности климатического оборудования и, кроме того, акцентированы на повышение комфорта людей, находящихся в обслуживаемых современными системами кондиционирования помещениях.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «МИР КЛИМАТА»



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