Мировые новости, №98

Современные направления развития технологии VRF

Японские производители состязаются между собой, стремясь предложить рынку новейшие продукты и технологии в сегменте систем кондиционирования воздуха с изменяемым потоком хладагента — ​VRF-систем.

Изначально VRF-системы появились в Японии. Однако с развитием рынка на места лидеров на нем стали претендовать китайские и корейские производители. Чтобы не уступить в конкурентной борьбе, японские компании вынуждены разрабатывать и внедрять инновацию за инновацией. В частности, новшества, направленные на увеличение производительности и эффективности VRF-систем.

Действие пересмотренного закона о восстановлении и уничтожении фторуглеродов

В апреле 2015 года в Японии вступил в силу Акт о рациональном использовании фторуглеродов и надлежащем обращении с ними. Этот документ представляет собой результат пересмотра закона о восстановлении и уничтожении фторуглеродов, куда были внесены поправки, обязывающие владельцев и администраторов зданий, в которых установлено оборудование, содержащее фторуглероды, обращаться с ним надлежащим образом. VRF-системы с ростом их мощности и, соответственно, увеличением количества заправляемого хладагента, также попали под действие нового закона.

В качестве средства поддержки продаж, компании стали предлагать услуги онлайн-подсчета объема утечки фторуглеродов. С помощью этой услуги пользователи вносят в реестр данные об утечках хладагента, а также информацию о его восстановлении или уничтожении при утилизации оборудования. Это позволяет им составлять отчеты об утечках хладагента, не прибегая к помощи специалистов.

Гибридные VRF-системы и диверсификация источников энергии

На выставке «HVAC&R Japan 2016» производители представили гибридное устройство, объединяющее VRF-системы с газовым и электрическим приводом в один холодильный контур, что позволяет использовать два источника энергии. Гибридная VRF-система позволяет переключаться с одного энергоносителя на другой для снижения эксплуатационных расходов за счет выбора наиболее выгодных тарифов на газ и электричество.

Газовые компании, в результате либерализации энергетического рынка Японии получившие в апреле 2016 года возможность поставлять и электричество, предоставляют владельцам гибридных VRF-систем более выгодные условия при заключении договоров об энергоснабжении.

Гибридные системы имеют ряд конструктивных недостатков, однако с точки зрения потенциального спроса данное решение представляется весьма интересным.

Разделение на рынке VRF-систем

Рынок VRF-систем разделился на несколько сегментов: высокоэффективное оборудование, системы для работы при высокой наружной температуре, стандартные устройства. Внутри группы VRF-систем для регионов с холодным климатом также наметилась тенденция к разделению.

Но если принципиальной разницы между устройствами первых трех перечисленных сегментов нет, то с системами для холодного климата не все так просто.

Внутри этой категории выделяются, во‑первых, VRF-системы, использующие специальные технические решения для работы при низких наружных температурах, такие как двухступенчатое сжатие и впрыск хладагента. Во-вторых, в этой группе представлены системы стандартной конструкции, рассчитанные главным образом на применение в умеренном климате.

Дело в том, что в мире есть регионы, отличающиеся экстремально низкими температурами, и места, для которых характерны относительно долгие снежные зимы и высокая влажность. В настоящее время производители работают над созданием систем кондиционирования для холодного климата, наилучшим образом приспособленных для условий каждого конкретного региона.

Расширение совместимости с открытыми сетевыми протоколами

Открытые сетевые протоколы изначально были предназначены для того, чтобы обеспечить возможность управления устройствами, выпущенными различными производителями и объединенными в центральную систему кондиционирования. При этом совместимость между VRF-системами и специализированными устройствами управления долгое время оставалась проблемой.

Тем не менее растущий спрос на единые системы управления инженерным оборудованием зданий заставил производителей VRF-систем задуматься об обеспечении совместимости своей продукции с открытыми сетевыми протоколами. Разработчики специализированного оборудования для управления представили большое количество дружественных пользователю устройств, позволяющих контролировать работу VRF-систем и центральных кондиционеров при помощи жидкокристаллических сенсорных дисплеев. В настоящее время совместимость VRF-систем с открытыми сетевыми протоколами становится обязательной в Японии.

Появление моделей, соответствующих зарубежным стандартам

В строительной отрасли каждой страны действуют свои стандарты, обуславливающие размеры и типы модулей климатических систем. В последние несколько лет на внутренний рынок Японии стали проникать внутренние блоки для VRF-систем, предназначенные для продажи за рубежом. Речь идет прежде всего о популярных в Китае плоских канальных блоках для скрытого монтажа за подвесным потолком, а также о блоках из Европы, нагревающих воду для нужд ГВС. Для эксплуатации в Японии этим устройствам требуется модификация, чтобы соответствовать местным стандартам и параметрам электросети. Пока случаи появления таких устройств единичны, однако в будущем можно ожидать всплеска их продаж на японском рынке.

По материалам JARN

Чиллеры: воздухоохлаждаемые и водоохлаждаемые

В чиллерах с воздушным охлаждением вода охлаждается при помощи испарителя, а для отвода тепла вентиляторы прогоняют воздух через конденсатор. Если изменить направление движения хладагента и использовать воздушный теплообменник как испаритель, чиллер превратится в тепловой насос «воздух — ​вода», нагревающий воду для отопления и горячего водоснабжения.

Водоохлаждаемые чиллеры также используют испаритель для охлаждения воды, а тепло отводят с помощью конденсаторов с водяным охлаждением или градирен. Если на объекте есть необходимость не только в холоде, но и в тепле, можно использовать воду, прошедшую через конденсатор. В этом случае чиллер выступает в роли теплового насоса «вода — ​вода». Относительная простота утилизации (рекуперации) бросового тепла — ​особенность данного типа чиллеров.

Производительность воздухоохлаждаемых чиллеров для систем кондиционирования продолжает расти, увеличиваются и масштабы объектов, на которых они используются. Если ранее речь шла о небольших системах, холодильная мощность которых не превышала 2110 киловатт, то сейчас нередко можно встретить системы производительностью свыше 3500 киловатт, использующие несколько чиллеров сразу.

В то же время чиллеры с водяным охлаждением на основе спиральных, винтовых и центробежных компрессоров применяются не только для кондиционирования, но и для производства холода в промышленных целях. Диапазон холодопроизводительности установок на базе таких устройств составляет от 70 до 21 100 киловатт.

Рыночные тенденции

Структура спроса на различные чиллеры сильно меняется в зависимости от региона.

Чиллеры с воздушным охлаждением, в том числе работающие в режиме теплового насоса, особенно популярны в США, странах Европы и в Японии. При этом если в Японии и Китае основная доля воздухоохлаждаемых чиллеров на рынке — ​это тепловые насосы, то в США преобладают машины, работающие только в режиме охлаждения.

На такое положение в значительной степени влияют климатические условия и доступность водных ресурсов. На Ближнем Востоке, где вода очень дорога, воздушное охлаждение используется практически во всех чиллерах, за исключением устройств центробежного типа.

Соотношение спроса на водоохлаждаемые чиллеры с электрическим приводом компрессора и на машины с воздушным охлаждением остается неизменным на протяжении последних десяти лет. Однако в Северной Америке рынок воздухоохлаждаемых устройств растет быстрее, чем сектор агрегатов с водяным охлаждением.

Диапазон мощностей и производительности

Так как воздушные теплообменники крупнее водяных той же холодопроизводительности, габариты чиллеров с воздушным охлаждением больше, чем с водяным. Габариты и вес являются фактором, ограничивающим максимальную мощность воздухоохлаждаемых холодильных машин.

Используя грузовой контейнер, можно перевезти чиллер с воздушным охлаждением холодопроизводительностью не более 2110 киловатт. Однако с появлением модульных конструкций транспортировка и монтаж мощных воздухоохлаждаемых чиллеров заметно упростились.

На рынке США наиболее востребованы чиллеры с воздушным охлаждением производительностью около 700 киловатт. 75% продаж приходятся на модели холодопроизводительностью до 880 киловатт. Среди водоохлаждаемых чиллеров с компрессорами объемного сжатия (не центробежными) спросом пользуются модели холодильной мощностью 1055 киловатт, их доля составляет примерно 80%. Если требуется более высокая холодопроизводительность, используют центробежные чиллеры с водяным охлаждением. В последнее время, с появлением небольших безмасляных центробежных компрессоров, популярность центробежных чиллеров меньшей холодопроизводительности значительно выросла.

Так как эффективность теплообмена между воздухом и хладагентом существенно меньше, чем между водой и хладагентом, температура конденсации у воздухоохлаждаемых конденсаторов выше, чем у охлаждаемых водой. Следовательно, больше и разница температур конденсации и испарения. Поэтому энергопотребление воздухоохлаждаемых чиллеров выше.

Международный стандарт ANSI/ASHRA/IES90.1 определяет минимальные коэффициенты производительности при полной нагрузке и интегральные показатели эффективности при частичной нагрузке (IPLV) для различных типов чиллеров с учетом их мощности. Конкретные цифры согласно последней редакции стандарта приведены в табл. 2.

Из таблицы видно, что эффективность водоохлаждаемых чиллеров с компрессорами объемного сжатия должна быть почти в 1,8 раза выше, чем у устройств с воздушным охлаждением. Эффективность же центробежных чиллеров при той же холодопроизводительности — ​еще выше. Однако для чиллеров с водяным охлаждением необходимо учитывать еще и энергопотребление водяных насосов и вентиляторов градирен. При этом прирост эффективности при частичной нагрузке за счет снижения наружной температуры у чиллеров с воздушным охлаждением гораздо выше, чем у чиллеров с водяным охлаждением, в том числе и центробежного типа.

Преимущество же водоохлаждаемых чиллеров с компрессорами объемного сжатия — ​удобство транспортировки и высотного монтажа.

Стоимость

Стоимость чиллеров сильно зависит от региона, мощности и эффективности. Согласно данным JARN, средняя цена чиллера холодильной мощностью 1055 киловатт на рынке США составляет примерно 100–155 долл. США за киловатт для устройств с воздушным охлаждением, работающим только в режиме холодильной машины, и 70–85 долл. США за киловатт для винтовых чиллеров с водяным охлаждением. Средняя цена центробежного чиллера холодопроизводительностью 1055–1760 киловатт, как правило, ниже, чем у водоохлаждаемых чиллеров с компрессорами объемного сжатия аналогичной мощности.

Несмотря на то что водоохлаждаемые чиллеры сами по себе дешевле устройств с воздушным охлаждением, их использование требует дополнительных затрат. Сюда входит стоимость строительства градирни, прокладки трубопроводов для охлаждающей и охлажденной воды, монтажа электропроводки. В результате общая сумма капитальных затрат для чиллера с воздушным охлаждением может оказаться меньше, чем для водоохлаждаемого.

Помимо капитальных затрат, в стоимость жизненного цикла системы на базе чиллера входят расходы на эксплуатацию (оплата потребляемой энергии) и обслуживание (водоподготовка, чистка теплообменников и т. д.). Срок службы чиллера при этом зависит от качества сборки и монтажа, климатических условий, стоимости рабочей силы и других факторов. Существует множество исследований, посвященных оценке общей стоимости чиллерных систем. Однако следует помнить, что выбор типа чиллера обычно делается исходя не только из его стоимости, но и прочих обстоятельств: доступности водных ресурсов, наличия квалифицированного обслуживающего персонала, предпочтений заказчика.

Перспективные направления в конструировании

Модульный дизайн

В чиллерах с воздушным охлаждением холодильной мощностью до 700 киловатт обычно используются спиральные и ротационные компрессоры, в устройствах холодильной мощностью от 350 киловатт находят применение и компрессоры винтового типа.

Около десяти лет назад на рынке появились воздухоохлаждаемые холодильные машины модульного типа, собираемые из небольших однотипных чиллеров холодопроизводительностью около 90 киловатт. С разработкой мощных спиральных компрессоров модульные конструкции стали очень популярны в Японии. Такие устройства работают на хладагенте R410A и имеют компактные теплообменники и трубопроводы.

Отдельные блоки с независимыми холодильными контурами проще доставить к месту монтажа и из них можно собрать установку с требуемыми параметрами. По мощности собранный из модулей чиллер может сравниться с холодильной машиной на основе центробежного компрессора. Так как каждый модуль имеет свой собственный фреонопровод, при утечке хладагента в одном из них остальные могут продолжать работу.

Модульная конструкция позволила существенно расширить область применения воздухоохлаждаемых чиллеров. Сейчас в Японии многие мощные чиллеры, в том числе абсорбционные, заменяются модульными системами. Производители предлагают их уже и для промышленного применения.

Использование в качестве теплового насоса

Технология отопления и получения горячей воды при помощи тепловых насосов с электрическим приводом компрессора стала популярной, как производящая меньше парниковых выбросов, чем традиционные котлы. Тепловые насосы, использующие в качестве источника тепла воздух, проще в эксплуатации, однако их эффективность существенно снижается при уменьшении наружной температуры или же в тех случаях, когда требуется повысить температуру нагрева воды.

В промышленности, а также при свободном доступе к незамерзающим природным водоемам, геотермальной энергии или бросовому теплу производственных процессов обычно используют водяные тепловые насосы.

Промышленные тепловые насосы, как правило, имеют винтовые компрессоры и способны нагревать воду до 65–70 оС. Недавно были созданы тепловые насосы, способные одновременно нагревать воду до 90 оС и охлаждать до 7 оС. Кроме того, разработано устройство, подающее на выход горячий пар температурой 100 оС.

Продолжаются работы над созданием промышленных воздушных тепловых насосов. Так, недавно был сконструирован тепловой насос на базе двухступенчатого винтового компрессора, использующий в качестве хладагента смесь гидрофторолефинов. Это устройство нагревает воду до 90 оС при наружной температуре 25 оС. Способны нагревать воду до 90 оС и двухкаскадные воздушные тепловые насосы.

По материалам JARN



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