Общие положения
Рынок чиллеров, переживший негативные последствия пандемии COVID-19 в 2020 году, сейчас, когда вакцинация развернута в глобальном масштабе, открываются границы, возобновляется туризм, и понемногу восстанавливается экономика, демонстрирует положительную динамику. Даже в Юго-Восточной Азии, рынок которой больше других пострадал в 2020 году, возобновились крупномасштабные строительные проекты, которые почти год пробыли в замороженном состоянии. Спрос на оборудование для кондиционирования воздуха, в том числе и на чиллеры, начал восстанавливаться. Однако различия в методах борьбы с распространением пандемии привела к значительной разнице в состоянии национальных экономик разных стран и сильной неравномерности темпов роста основных рынков чиллеров в 2021 году. Многие страны всё еще не справились с пандемией, и там наблюдается дефицит рабочей силы, из-за чего многие крупные проекты до сих пор не могут быть реализованы вовремя.
Согласно базе данных JARN, мировой спрос на чиллеры в 2021 году приблизился к 8,89 млрд долларов США, что на 9,9 % больше, чем в 2020 году. Основными рынками чиллеров являются Китай, Европа и США, на которые приходится 32,2, 19,8 и 14,6 % от мирового спроса соответственно.
Мировой спрос на оборудование для обработки воздуха вырос на 7,2% с 2020 года и составил 7,75 млрд долларов США.
Глобальное строительство центров обработки данных ускорилось, что способствовало росту спроса на чиллеры большой мощности. Как никогда велик спрос на чиллеры для больниц и фармацевтических заводов, а высокопроизводительное оборудование для контроля качества воздуха в помещениях (IAQ) востребовано в таких отраслях, как здравоохранение и гостиничное дело.
Мир ускорил темпы декарбонизации и пересмотрел стандарты в области энергосбережения, а также подходы к использованию альтернативных хладагентов. Европа, Австралия и Сингапур лидируют и подают пример ускоренного внедрения хладагентов следующего поколения с более низким потенциалом глобального потепления (ПГП). Многие страны активно продвигают строительство «умных» городов и зданий с почти нулевым потреблением энергии (nZEB), а также поощряют использование «зеленых» зданий. Некоторые страны активно используют крупномасштабное централизованное холодоснабжение для утилизации и рекуперации тепла из различных источников при рациональном развитии новых городов. Тепловые насосы используются не только в жилых помещениях, но и на объектах коммерческого и промышленного назначения, закладывая прочную основу для создания общества с низким уровнем выбросов углерода в будущем.
США
По оценкам JARN, общий спрос на чиллеры в США в 2021 году составил 1,3 миллиарда долларов, что на 3,0% больше, чем в 2020 году.
Соединенные Штаты ускоряют использование устойчивой энергетики и энергоэффективного оборудования. Активно и широко внедряются многие новые технологии, такие как тепловые насосы и инверторы, а также новые хладагенты. Не только местные гиганты, но и японские, южнокорейские и китайские компании начали форсировать освоение рынка США. Выставка AHR Expo служит одновременно и большой витриной для демонстрации технологического развития США, и флюгером, чутко реагирующим на новейшие веяния.
Соединенные Штаты — это родина индустрии кондиционирования воздуха, и на местном рынке представлен широкий спектр соответствующего оборудования, такого как полупромышленные кондиционеры, бытовые сплит-системы, руфтопы и большие центральные системы кондиционирования воздуха. Большинство из них обеспечивают охлаждение и обогрев через воздуховоды. В Соединенных Штатах спрос на большие системы кондиционирования воздуха составляет около 20,0% от общего спроса на кондиционеры.
Китай
Китайский рынок чиллеров и устройств обработки воздуха в 2021 году значительно вырос. По оценке JARN, продажи в этих двух сегментах составили 2,86 млрд и 1,02 млрд долларов США, соответственно, показав рост на 15 % в каждом. Такие хорошие результаты связаны, главным образом, с возобновлением большого числа строительных проектов, приостановленных на время пандемии, запуском новых инфраструктурных проектов и активной деятельностью биофармацевтической, электронной и других отраслей.
Япония
В Японии спрос на мощное оборудование для кондиционирования, включая чиллеры и устройства для обработки воздуха снизился по сравнению с предыдущим годом на 4,2 % — до 871,6 млн долларов США.
Спрос в пищевой промышленности тоже упал из-за пандемии, и изготовители напитков приостановили инвестиции в производство. Тем не менее, с начала 2021 года растет спрос на холодильное оборудование для полупроводниковой промышленности, ЦОДов, химических компаний, занимающихся обработкой материалов для сетей 5G.
Европа
По оценкам JARN, европейский рынок чиллеров в 2021 году показал исключительный рост на 20 % по сравнению с предыдущим годом и достиг объема около 1,76 млрд долларов США. 293,3 млн из этой суммы приходятся на Францию, крупнейший рынок чиллеров в Европе, показавший годовой рост на 8,5%; доля Германии, второго по величине рынка, составила 270 миллионов долларов США при росте на 47,1%; третий по величине рынок, Италия, достиг объема 262,9 млн долларов США с ростом на 22,1% по сравнению с предыдущим годом.
Европейцы активно применяют R32, смеси гидрофторолефинов (ГФО) нового поколения, а также природные хладагенты. В Европе в очередной раз пересматривается Регламент по Ф-газам, и набирает обороты механизм квот на хладагенты.
Росту рынка чиллеров способствует то, что системы на их основе требуют меньшей заправки по сравнению с системами с переменным расходом хладагента (VRF) сравнимой холодопроизводительности и функциональности.
На рынке фэнкойлов в Европе популярны дорогие модели. Все большее распространение получают приточно-вытяжные вентиляционные установки (AHU) с функциями увлажнения, рекуперации тепла и другими расширенными возможностями, что позволяет ожидать дальнейшего роста цены за единицу продукции в сегменте устройств обработки воздуха в Европе. В будущем правительства планируют субсидировать высокоэффективную продукцию, например, электродвигатели для вентиляторов.
Индия
JARN оценивает индийский рынок чиллеров в 2021 году в 310,5 млн долларов США, что примерно на 24,2% больше показателя 2020 года. Этот рост, в основном, обеспечен спросом в таких секторах, как центры обработки данных, здравоохранение и фармацевтическая промышленность. Регионально рынок распределяется следующим образом: на север страны приходится 35%, по 30% — на запад и юг, и оставшиеся 5% — на восток.
Юго-Восточная Азия
Суммарный объем рынка чиллеров пяти стран Юго-Восточной Азии — Малайзии, Таиланда, Индонезии, Вьетнама и Филиппин — сократился до 247,0 млн долларов США.
Реализация крупных проектов отстает от графика, а на средних проектах неохотно используют мощные системы кондиционирования. Основная причина в огромном размере необходимых инвестиций, кроме того, задержки происходят из-за нехватки рабочей силы, так как в некоторых регионах строители еще не вернулись к работе из-за пандемии.
В то же время стремительно растет спрос на мощное чиллерное оборудование для центров обработки данных.
Юго-Восточная Азия привлекает беспрецедентное внимание как новый мировой центр обработки данных. Рынок Юго-Восточной Азии продолжит вкладывать значительные средства в цифровую инфраструктуру и развитие дата-центров, и этот регион станет одним из самых быстрорастущих центров обработки данных в мире.
Эскалация торговой войны между США и Китаем ускорила перемещение производства электроники из Китая в Юго-Восточную Азию, что вызвало большой спрос на чиллеры инженерного назначения в Юго-Восточной Азии.
В соответствии с растущим масштабом рынка некоторые крупные бренды ускоряют производство в регионе. Местное производство в сочетании с местными продажами является наиболее конкурентоспособной моделью распространения мощного оборудования для охлаждения и обработки воздуха. При этом местные заводы могут обслуживать не только саму Юго-Восточную Азию, но и Австралию.
Ближний восток
Ближний Восток оправился от последствий пандемии и снижения цен на нефть, при этом валовой внутренний продукт (ВВП) в регионе вырос в 2021 году на 5,8 % благодаря сильному восстановлению внутреннего спроса. Успешное проведение Всемирной выставки в Дубае, восстановление туризма и новые строительные проекты открыли огромные возможности для роста рынка чиллеров.
По оценкам JARN, в 2021 году спрос на чиллеры на Ближнем Востоке достиг 643,9 млн долларов США, а на устройства обработки воздуха — 408,9 млн долларов, рост в этих сегментах составил 3,0 и 3,5%, соответственно.
Объем трех основных рынков чиллеров в этом регионе — Саудовской Аравии, Объединенных Арабских Эмиратов (ОАЭ) и Ирана в 2021 году оценивался в 168,6 млн, 132,8 млн и 116,6 млн долларов США, соответственно, их рост по сравнению с 2020 годом составил 3, 3,4 и 2,4%.
Латинская Америка
Во второй половине 2021 года пандемия в странах региона была взята под контроль благодаря агрессивной вакцинации, и экономическая деятельность нормализовалась.
Спрос на чиллеры восстановился после спада 2020 года. Однако резкий рост транспортных тарифов и цен на сырье вынуждают производителей повышать цены, кроме того, сохраняет свою остроту проблема нехватки контейнеров.
В 2021 году спрос на чиллеры в Латинской Америке снизился на 4,3%, а стоимость рынка составила 225 млн долларов США. Почти 60 % продаж в стоимостном выражении пришлись на чиллеры и около 40 % — на устройства обработки воздуха.
Австралия
Австралийский рынок в 2021 году вырос по сравнению с предыдущим годом на 1 % — до 82 млн долларов США. От других стран Азиатско-Тихоокеанского региона Австралию отличает относительная зрелость рынка чиллеров. Основным альтернативным хладагентом для новых проектов стали гидрофторолефины (ГФО). Доминирует на рынке чиллеров сегмент устройств с компрессорами центробежного типа, причем 90 % продаж в сегменте приходится на чиллеры с компрессорами, использующими магнитную подвеску («магнитный подшипник»).
Значительно вырос спрос на чиллеры для центров обработки данных и медицинских учреждений.
Ожидания от 2022 года
Временное восстановление 2021 года в 2022 году сменяется постепенным ослаблением экономики по мере появления различных рисков. Мировая экономика, уже ослабленная пандемией, получила еще один удар в виде сокращения глобального ВВП во втором квартале года из-за ослабления экономик Китая и России и более низких, чем ожидалось, потребительских расходов в США. Глобальная инфляция превзошла ожидания, особенно в США и ведущих европейских странах, что привело к ухудшению финансовых условий. Экономика Китая также замедлилась больше, чем ожидалось, из-за распространения вируса и, как следствие, карантина. Усугубил негативные тенденции украинский кризис. Международный валютный фонд (МВФ) ожидает замедления роста мирового ВВП до 3,2% в 2022 году по сравнению с 6,1% в 2021 году.
Это окажет значительное влияние на потребность в чиллерах, хотя эффект может проявиться с запаздыванием. Так что, в 2022 году можно ожидать снижение рынка на 2,2 % и, весьма вероятно, продолжение замедления в 2023 году.
Тенденции рынка
Системы кондиционирования на основе чиллеров состоят из собственно чиллера, воздушного оборудования — приточно‑вытяжных агрегатов и фэнкойлов, а также насосов для подачи охлаждающей и охлажденной воды, трубопроводов, градирен для отвода тепла и ряда других элементов. Общая стоимость такой системы зависит как от составляющих ее агрегатов, так и от области применения.
В денежном выражении объем спроса на воздушное оборудование примерно равен спросу на чиллеры. При этом в силу региональных особенностей в Европе доля воздушного оборудования в составе систем кондиционирования намного выше, чем, например, в Юго-Восточной Азии.
Рост спроса на приточно-вытяжные вентиляционные установки и фэнкойлы
Спрос на приточно-вытяжные установки и фэнкойлы значительно вырос за счет увеличения общего спроса на решения в области вентиляции для больниц, медицинских центров, клиник, общественных зданий, транспортной инфраструктуры системах и т. д., связанного с растущим осознанием важности качества воздуха в помещениях (IAQ)
Системы тестирования и мониторинга качества воздуха должны стать стандартным компонентом систем вентиляции. Следующим технологическим скачком, который мы увидим, станут системы вентиляции, автоматически реагирующие на изменения параметров воздуха в помещении и регулирующие приток свежего воздуха, воздухообмен и, возможно, даже эффективность фильтрации воздуха на основе данных в режиме реального времени. Со стороны климатической индустрии это был бы упреждающий шаг для удовлетворения потребности, которая, несомненно, значительно возрастет в ближайшие годы.
Большое внимание уделяется энергоэффективности вентиляционных систем и зданий в связи с изменением климата и важностью сокращения выбросов. Около 40% всех выбросов в мире связано со зданиями. Текущее и готовящееся законодательство, а также общее повышение озабоченности проблемами климата свидетельствуют о злободневности этой проблемы.
В декабре 2021 года Европейский союз (ЕС) предложил внести изменения в переработанную Директиву об энергетических характеристиках зданий (EPBD), включив качество воздуха в помещении как добровольно учитываемый показатель. EPBD — это целостный подход к модернизации существующего фонда зданий за счет увеличения темпов обновления, улучшения качества воздуха в помещении и цифровизации энергетических систем.
В странах с развивающейся экономикой, таких как государства Ближнего Востока и Азиатско-Тихоокеанского региона, тема качества воздуха, напротив, пока не заняла надлежащего места в повестке дня. В этих странах практически отсутствует какая-либо законодательная база, устанавливающая минимальные требования к качеству воздуха в помещении и мониторингу зданий.
Рост сегмента чиллеров большой холодопроизводительности
В контексте политики декарбонизации повышенное внимание на рынке чиллеров на базе компрессоров центробежного и винтового типов уделяется моделям большой холодопроизводительности с инверторным управлением.
Увеличение холодопроизводительности безмасляных чиллеров с центробежными компрессорами на магнитной подвеске сделало устройства этого типа лидерами в области энергосберегающих решений. Также увеличился спрос на чиллеры с винтовыми компрессорами большой мощности с водяным охлаждением конденсатора. Использование инверторного привода повышает эффективность чиллеров с винтовыми компрессорами до уровня устройств на базе компрессоров центробежного типа.
Быстрые темпы цифровизации мирового сообщества сопровождаются развитием индустрии обработки данных. Важно иметь в виду, что на охлаждение серверов приходится от 40 до 50 % общего энергопотребления центров обработки данных. Появление «умных» городов способствует распространению технологий энергосберегающего и «зеленого» строительства. Уникальные преимущества централизованного холодоснабжения становятся востребованными во всем мире.
Применение чиллеров большой холодопроизводительности в высокоэффективных центрах обработки данных и станциях централизованного холодоснабжения улучшило их коммерческие перспективы.
Технология магнитной подвески становится все популярнее
С момента выпуска первого безмасляного компрессора Danfoss Turbocor с магнитной подвеской в 2001 году технология магнитной подвески или «магнитных подшипников» стала стандартом энергоэффективного, малошумного и простого в эксплуатации решения во областях применения. Помимо центров обработки данных, чиллеры на базе безмасляных компрессоров с магнитной подвеской вала, использующие конденсаторы как с водяным, так и с воздушным охлаждением, успешно применяются во всем мире для охлаждения и теплоснабжения (в качестве тепловых насосов) помещений и технологических процессов.
Крупнейшим рынком чиллеров с центробежными компрессорами, использующих магнитную подвеску вала, в мире стала Азия, чья доля составляет более 40%. В настоящее время основными рынками устройств такого типа являются Китай, Сингапур и Таиланд в Азии; Франция, Германия и Великобритания в Европе; Бразилия, Канада и США в Северной и Южной Америке; Австралия.
Компания Danfoss начала производить компрессоры и создала центры исследований и разработок (R&D) в Китае, что будет способствовать дальнейшему росту этого рынка. Помимо Danfoss Turbocor, многие производители кондиционеров и традиционных компрессоров начали разрабатывать и производить компрессоры с магнитной подвеской, и у некоторых производство уже достигло заметных масштабов. Компании Johnson Controls (JCI), Daikin Applied, Gree и Midea также самостоятельно производят компрессоры с магнитной подвеской.
JCI, имеющая три центра исследований и разработок, расположенные в США, Европе и Китае, начала продажи по всему миру. Daikin имеет производственные базы и научно-исследовательские центры в Миннеаполисе, США, а также в Сучжоу и Ухане, Китай. Многие традиционные производители чиллеров также выпустили модели c центробежными компрессорами на магнитных подшипниках. Этот продукт быстро проник на различные рынки и появился даже в относительно консервативной Японии.
Воздушноохлаждаемые чиллеры-тепловые насосы на базе безмасляных центробежных компрессоров с высокой степенью сжатия могут использоваться практически во всех регионах Европы наряду с устройствами с водяным охлаждением конденсатора. Рыночные перспективы тепловых насосов превосходны, что способствует оживлению рынка чиллеров. Многие OEM-производители из Азии экспортируют чиллеры на базе центробежных компрессоров с магнитной подвеской в Европу.
Рост популярности компрессоров с магнитной подвеской ускорило применение новых альтернативных хладагентов с низким ПГП, в том числе R1234ze (A2L, ПГП менее 1) и R515B (A1, с ПГП менее 300). Ключевой технологией — алгоритмом управления для контроллера магнитной подвески — располагают Danfoss Turbocor, YORK (JCI), Daikin и другие компании.
Модульный подход позволяет создавать на базе компрессоров с магнитной подвеской чиллеры с высокой холодильной мощностью, сравнимые по этому показателю с холодильными машинами на основе традиционных компрессоров центробежного типа.
Применение тепловых насосов
Чиллеры являются основным компонентом систем центрального кондиционирования воздуха. С их помощью получают холод для производственных процессов промышленных предприятий, а также осуществляют комфортное кондиционирование крупных объектов. Наиболее мощные системы используются для тепло- и холодоснабжения целых кварталов. Кроме того, благодаря широкому диапазону рабочих температур чиллеры и устройства обработки воздуха все чаще находят применение в холодильной индустрии.
В Европе завоевали популярность тепловые насосы «воздух-вода», представляющие собой разновидность воздушных чиллеров с режимом теплового насоса. Европейский рынок таких устройств вырос в 2021 году на 46,1 % по сравнению с предыдущим годом и достиг объема в 1,09 миллиона единиц оборудования. В качестве экологически чистого решения внедрение тепловых насосов «воздух-вода» во многих странах субсидируется государством. В Китае, где действует программа популяризации такого оборудования, продажи тепловых насосов «воздух-вода» весьма активны.
Тепловые насосы получают широкое распространение в качестве технологии, использующей возобновляемый источник энергии. В коммерческом секторе и в промышленности все чаще используются тепловые насосы на базе компрессоров спирального, винтового и центробежного типов. Многие страны используют программы субсидирования для развития рынка тепловых насосов. Ожидается, что курс на декарбонизацию будет способствовать дальнейшему росту спроса на них.
Рынок чиллеров на компрессорах спирального типа демонстрирует быстрый рост
В нише чиллеров малой мощности на сегодняшний день доминируют модульные чиллеры с компрессорами спирального типа. Чиллер с воздушным охлаждением, использующий спиральный компрессор, отличается простотой конструкции. Применение же инверторной технологии позволило кардинально повысить эффективность подобных устройств.
Более низкая цена чиллеров с воздушным охлаждением – большое конкурентное преимущество при нынешнем состоянии экономики, пережившей тяжелый удар пандемии.
Сегмент чиллеров со спиральными компрессорами производительностью свыше 5 кВт продолжает стабильно расти. В Китае имеются серьезные перспективы для роста потребности в чиллерах на базе компрессоров спирального типа с водяным охлаждением конденсатора, а также в мощных воздушных чиллерах-тепловых насосах. Расширяется область применения модульных устройств холодопроизводительностью свыше 350 кВт, понемногу теснящих водоохлаждаемые чиллеры с винтовыми компрессорами. Чиллеры на основе спиральных компрессоров используются в качестве низкотемпературных тепловых насосов, и повышение теплопроизводительности позволяет применять их для отопления в Северном Китае. Модульные чиллеры совершенствуются в направлении повышения холодопроизводительности, и сегмент устройств мощностью от 33 до 51 кВт демонстрирует высокий темп роста. Производители компрессоров, в свою очередь, активно разрабатывают спиральные компрессоры производительностью от 30 до 37 кВт для мощных систем кондиционирования.
Ряд производителей сумел повысить производительность инверторных спиральных компрессоров с 15 до 22 кВт. Ожидается, что продажи этих мощных устройств в будущем заметно вырастут. Что касается холодильной мощности ниже 3,7 кВт, то в этом сегменте за счет значительно более выгодной цены доминируют компрессоры ротационного типа.
Чиллеры возвращают свои позиции в Европе
C 2015 года весь европейский рынок чиллеров переживает период восстановления. На протяжении 20 лет он испытывал давление, вызванное проникновением технологии VRF на мировой рынок. С принятием Регламента ЕС по фторсодержащим газам многие крупные бренды начали пересматривать свои рыночные стратегии для Европы. Новый спрос позволил чиллерам вернуть европейские рынки, захваченные системами VRF.
Чиллеры популярны в Европе, и уровень спроса показывает потенциал для дальнейшего роста. В Европе есть много местных производителей компрессоров, являющихся основным компонентом чиллеров. Используя высокоэффективные компрессоры местного производства, европейские производители выпускают высококачественные чиллеры. Японские, американские и китайские производители чиллеров, в свою очередь, ведут агрессивную политику по слиянию и поглощению (M&A) своих европейских партнеров.
Типичным продуктом на рынке является гибридная VRF-система с функцией рекуперации тепла от Mitsubishi Electric, обладающая свойствами как VRF, так и чиллера. Эта система оказалась очень успешной на европейском рынке.
Использование бросового тепла в абсорбционных холодильных машинах
Абсорбционные чиллеры могут утилизировать тепло отработанных газов на электростанциях и производственных процессов на заводах. Полное использование бросового тепла может принести значительные социальные и экономические выгоды. Некоторые крупные энергоснабжающие компании включили абсорбционные тепловые насосы в свои решения по распределению энергии в дополнение к углю и природному газу, что должно способствовать росту спроса оборудование этого типа.
В Северном Китае с дымом уходит до 10 % тепла, вырабатываемого при сжигании природного газа на тепловых электростанциях. Таким образом, использование тепла отработанных газов для отопления в регионе может стать большим рынком.
С ростом популярности центров обработки данных использование абсорбционных чиллеров для рекуперации тепла, выделяемого серверным оборудованием, стало естественным средством экономии энергии. Например, в Сингапуре есть много центров обработки данных, где утилизируется бросовое тепло.
Решения, объединяющие чиллер и VRF-систему
В последнее время все большую популярность приобретают решения, объединяющие чиллеры и VRF-системы. В Японии, например, центробежные чиллеры используются в нижней части здания Abeno Harukas в Осаке, а VRF — в верхней части здания, где находится гостиница. Подобная комбинированная система также используется в штаб-квартире Toshiba в Синагаве. Такие системы все чаще используются в Китае, странах Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америки. Японские производители сильны в области VRF, но слабее в технологии чиллеров. Американские компании очень сильны в изготовлении чиллеров, а VRF-системы заказывают у OEM-производителей в Азии.
Хотя доля таких систем в настоящее время невелика, объединение чиллеров и VRF-систем позволяет в полной мере использовать преимущества обоих видов оборудования для достижения более высокой энергоэффективности.
Альтернативные хладагенты
Переход на новые хладагенты — один из самых главных вопросов в отрасли. Лидерами в применении хладагентов с низким ПГП в сегменте чиллеров являются страны Европы, Сингапур и Австралия.
Европейский подход к защите окружающей среды считается самым передовым в мире. Установленная система квот, ограничивающая использование хладагентов во всем оборудовании для кондиционирования воздуха и охлаждения, состоит из нескольких этапов.
Эта система вынуждает европейский рынок активно внедрять новые хладагенты с более низким ПГП, такие как смеси на основе ГФО, R32, а также R290, CO2 и аммиак в чиллерах различных типов. Большое внимание в последнее время привлекает применение смесей ГФO.
Слияния и поглощения
Усиление конкуренции на рынке способствует развитию процессов соперничества и сотрудничества между производителями.
Компания Carrier завершила сделку по приобретению подразделения Toshiba Global Residential and Light Commercial HVAC Business. Эта сделка укрепляет позиции Carrier в быстрорастущих, устойчивых и высокоэффективных сегментах VRF-систем и тепловых насосов, позволяя эффективнее поддерживать усилия клиентов в области декарбонизации. Модульные чиллеры-тепловые насосы Toshiba Carrier занимают большую долю японского рынка. В дальнейшем Carrier планирует продвигать эту технологию и на других рынках.
Компания Daikin Airconditioning India выкупила 100 % акций ведущего индийского производителя воздушного оборудования Citizen, чей главный офис расположен в Ахмедабаде на западе Индии. Воздушное оборудование Citizen выпускается на заводе в Ахмедабаде, площадь которого составляет 5 000 квадратных метров, а также на фабрике в Бангалоре на юге страны. Общая производственная мощность составляет около 25 000 приточно-вытяжных установок в год, годовой объем выручки достигает примерно 1,08 млрд индийских рупий (около 14 млн долл. США). В настоящее время в Индии Daikin располагает двумя фабриками в Нимране на севере страны и планирует запустить третью фабрику на юге.
В апреле 2020 года Mitsubishi Electric Europe поглотила копанию AQS Produkter, занимающуюся поставкой холодильных систем и тепловых насосов для комфортного кондиционирования, обслуживания производственных процессов и охлаждения IT-оборудования в Швеции. AQS была основным дистрибьютором продукции Mitsubishi Electric Hydronics & IT Cooling Systems (MEHITS) под брендами Climaveneta и RC. Mitsubishi Electric Europe укрепляет свои позиции и расширяет ассортимент на шведском рынке, реагируя на устойчивую потребность в инновационном энергосберегающем чиллерном оборудовании, в особенности в секторе охлаждения ЦОД.
Построение общества с нулевыми выбросами
Страны мира активно ведут кампании, направленные на достижение «углеродной нейтральности».
Действенным инструментом декарбонизации является реструктуризация фонда недвижимости, лежащая в основе «Дорожной карты-2050» государств-членов ЕС. Вентиляция в европейских домах развивается вместе с развитием концепции nZEB — зданий с почти нулевым потреблением энергии. Европейская директива (ЕС) 2018/844 предусматривает, что все новые здания и здания, прошедшие капитальный ремонт, должны соответствовать требованиям концепции nZEB.
В странах Европы, в Японии, Китае, Сингапуре активно продвигается создание «умных» городов. Централизованное тепло- и холодоснабжение целых районов позволяет эффективнее использовать тепловую энергию. В развитых странах поощряется «зеленое» строительство, разрабатываются схемы материального стимулирования применения экологичных решений.
В ряде стран проводится политика поощрения использования возобновляемых источников энергии, способствующая распространению решений на основе чиллеров-тепловых насосов для обслуживания жилья, коммерческих зданий, медицинских учреждений и промышленных предприятий.
Говоря коротко, целью использования экологически безопасных хладагентов и энергосберегающего климатического оборудования с регулируемой скоростью вращения электродвигателей, а также оптимизации систем холодо- и теплоснабжения зданий и целых районов, является построение общества с нулевым уровнем выбросов.
Китай
В 2021 году рынок чиллеров и устройств для обработки воздуха в Китае значительно вырос. По оценкам JARN, китайский рынок чиллеров достиг величины 2,86 млрд долларов США, что примерно на 15% больше, чем было годом ранее. Рынок воздушного оборудования достиг объема 1,02 млрд долл., также показав рост почти на 15% по сравнению с 2020 годом. Такие хорошие результаты связаны, в основном, с возобновлением масштабного строительства, приостановленного из-за пандемии, стартом новых инфраструктурных проектов и активным развитием биофармацевтической, электронной и других отраслей промышленности.
В 2021 году рос также экспорт чиллеров и воздушного оборудования из Китая. Согласно отчету о развитии климатической и холодильной индустрии Китая в 2021 году, объем экспорта чиллеров на базе компрессоров спирального типа в 2021 году составил 270 млн юаней (около 41,9 млн долларов США), показав рост на 9,5% по сравнению с 2020 годом, экспорт чиллеров с компрессорами центробежного типа достиг 1,36 млрд юаней (около 210,8 млн долларов США), увеличившись за год на 22,2%, объем экспорта чиллеров с компрессорами винтового типа составил 840 млн юаней (около 130,2 млн долларов США) при росте за год на 13,9%, экспорт абсорбционных чиллеров достиг объема в 330 млн юаней (около 51,2 млн долларов США), что на 3,2% больше, чем в 2020 году. Наконец, экспорт устройств обработки воздуха вырос по сравнению с 2020 годом на 9,8% — до 540 млн юаней (около 83,7 млн долларов США).
Тенденции рынка по типу оборудования
Чиллеры с компрессорами спирального типа
Согласно статистике, собранной Китайской ассоциацией индустрии холода и воздушного кондиционирования (CRAA), в 2021 году китайский рынок чиллеров с компрессорами спирального типа демонстрировал тенденцию к уверенному росту.
Объем производства чиллеров воздушного охлаждения на базе спиральных компрессоров вырос по сравнению с 2020 годом почти на 18% и составил почти 520 000 единиц оборудования. Количество водоохлаждаемых чиллеров со спиральными компрессорами, произведенных в Китае, выросло за год почти на 6% и составило около 28 000 единиц оборудования. Такие высокие показатели объясняются, главным образом, восстановлением спроса в стране и за рубежом, а также низкой базой 2020 года.
Ведущими брендами чиллеров на базе компрессоров спирального типа в Китае являются Carrier, Climaveneta, DunAn, Dunham Bush, Euroklimat, Grad, Gree, Haier, Kingair, McQuay, Midea, TICA, Tongfang, Trane и YORK.
Чиллеры на базе компрессоров спирального типа в Китае, в основном, используют хладагент R410A, на втором и третьем местах по распространенности — R22 и R134a. Доля моделей, использующих R32, на сегодняшний день сравнительно мала, но основные производители в Китае способны обеспечить массовое производство спиральных компрессоров на R32, что сделает этот хладагент основным на рынке.
Чиллеры с компрессорами винтового типа
Сегмент чиллеров с компрессорами винтового типа на рынке Китая сокращается из-за жесткой конкуренции со стороны маломощных чиллеров с компрессорами центробежного типа и высокоэффективных чиллеров большой мощности на базе спиральных компрессоров.
Тем не менее, по данным CRAA, в 2021 году общее производство чиллеров с компрессорами винтового типа в Китае, несколько выросло по сравнению с 2020 годом. Так, количество водоохлаждаемых чиллеров с винтовыми компрессорами, произведенных в Китае, составило 25 700 единиц оборудования, показав годовой прирост почти на 10 %, в то время как производство чиллеров воздушного охлаждения немного снизилось и составило 7 800 единиц оборудования. Росту в сегменте водоохлаждаемых чиллеров способствовала не только низкая база 2020 года, но и практика субсидирования строительства объектов общественного и коммерческого назначения.
Основными брендами чиллеров с компрессорами винтового типа в Китае являются Carrier, Climaveneta, Daikin, DunAn, Dunham Bush, Grad, Gree, Haier, Johnson Controls-Hitachi Wanbao Air Conditioning Guangzhou, Kingair, McQuay, Midea, TICA, Trane и YORK.
Чиллеры на базе винтовых компрессоров в Китае используют, в основном, хладагенты R22 и R134a, небольшое количество чиллеров работает на R407C и R410A. Все эти хладагенты подлежат постепенному выводу из употребления.
Чиллеры с компрессорами центробежного типа
Чиллеры с компрессорами центробежного типа широко используются в Китае в больших общественных зданиях, аэропортах, вокзалах и электростанциях регионального значения, а также в нефтяной и металлургической промышленности, атомной энергетике и других отраслях. Они применяются для холодоснабжения производственных процессов, рекуперации бросового тепла, отопления в режиме теплового насоса и прочего. Растет спрос на чиллеры с центробежными компрессорами для охлаждения центров обработки данных.
Китайский рынок чиллеров с компрессорами центробежного типа готов воспользоваться возможностью для роста, связанной с запуском новых инфраструктурных проектов, национальной политикой «двойного углерода» (достижения пика углеродных выбросов к 2030 году и углеродной нейтральности — к 2060-му), а также активизацией инвестиций в промышленные проекты, связанные с литиевыми батареями, новыми источниками энергии и химикатами.
Высокая энергоэффективность чиллеров с компрессорами центробежного типа и стабильный рост спроса на них способствовали тому, что в 2021 году объем их производства в Китае достиг 11 000 единиц оборудования, продемонстрировав рост примерно на 25 % по сравнению с предыдущим годом. Производство устройств с компрессорами на магнитной подвеске, по данным CRAA, выросло за год почти на 30 %.
Развитию сегмента безмасляных чиллеров с компрессорами центробежного типа, в том числе — с магнитной подвеской, способствует их высокая энергоэффективность, низкий уровень шума при работе, компактная конструкция и удобство при монтаже. Число производителей такого оборудования продолжает расти, а область его применения расширяться, охватывая гостиницы, предприятия электронной промышленности, фармацевтические предприятия, вокзалы, центры обработки данных…
В 2021 году многие производители представили в Китае новые модели безмасляных чиллеров с компрессорами центробежного типа.
В феврале компания TICA провела в Нанкине торжественную церемонию, посвященную первому чиллеру на базе центробежных компрессоров с магнитной подвеской, выпущенному производителем под маркой Smardt VTX. Энергоэффективность чиллеров VTX превосходит требования национального стандарта к оборудованию первого класса.
На выставке China Refrigeration Expo 2021 в апреле компания JCI представила модернизированную модель чиллера YORK YZ на базе инверторного центробежного компрессора с магнитной подвеской с максимальной холодильной мощностью 5 275 кВт, использующую хладагент R1233zd(E).
В августе 2021 года Carrier обновила свои безмасляные чиллеры с центробежным компрессором AquaEdge 19DV, расширив диапазон холодильных мощностей и добавив функцию естественного охлаждения (фрикулинга). Эти чиллеры используются для энергоэффективного кондиционирования воздуха в торговых комплексах, офисных зданиях, гостиницах, больницах, центрах обработки данных, предприятиях электронной промышленности и на других объектах.
В октябре Johnson Controls-Hitachi Wanbao Air Conditioning Guangzhou запустила производство чиллеров на базе инверторных центробежных компрессоров с магнитной подвеской серии VM, коэффициент производительности которых при полной нагрузке (COP) достигает 7, а интегральный показатель эффективности при неполной нагрузке (IPLV) — 11,59.
Также в 2021 году Haier выпустила чиллер на базе центробежного компрессора с магнитной подвеской, предназначенный, главным образом, для охлаждения производственных процессов, обработки грибов, холодильного хранения… Данная модель охлаждает воду до температуры -6 °C при температуре охлаждающей воды 8 °C.
Ведущими брендами чиллеров с компрессорами центробежного типа в Китае являются BROAD, Carrier, Chongqing General Industry, Climaveneta, Dunham Bush, Ebara, Grad, Gree, Haier, Hisense HVAC, Johnson Controls-Hitachi Wanbao Air Conditioning Guangzhou, LG, McQuay, MHI Bingshan Refrigeration (Dalian), Midea, TICA, Trane и YORK.
Основной хладагент чиллеров на базе центробежных компрессоров в Китае — R134a, в небольших количествах используются также R123, R513A, R514A, R245fa и R1233zd(E).
Чиллеры с компрессорами поршневого типа
Чиллеры на базе поршневых компрессоров в основном используются для охлаждения, производства холодной воды и кондиционирования воздуха на судах. В последние годы они постепенно вытеснялись холодильными машинами на базе винтовых и спиральных компрессоров. Тем не менее, благодаря преимуществам в некоторых конкретных сегментах и диапазонах производительности, чиллеры с поршневыми компрессорами сохраняют определенную долю рынка в Китае.
Ведущими брендами чиллеров на базе поршневых компрессоров в Китае являются Carrier, Millennium Refrigeration Equipment, Shenyi Refrigeration Machine, Shenzhou Refrigeration, Xue Ying и YORK.
Чиллеры на базе поршневых компрессоров в Китае в основном используют R22, который постепенно выводится из употребления, при этом небольшое количество работает на R404A и CO2.
Абсорбционные чиллеры
Благодаря способности эффективно использовать бросовое тепло абсорбционные чиллеры находят применение в энергетическом и промышленном секторах, при модернизации для энергосбережения, для организации экологически чистого отопления, в системах комбинированного охлаждения, отопления и энергоснабжения (тригенерации). Абсорбционные чиллеры получают все большее признание в связи с развитием электроэнергетики, теплоэнергетики, химической промышленности, а также продвижением и реализацией проектов распределенной энергетики в различных регионах Китая.
Согласно статистике CRAA, в 2021 году в Китае было произведено почти 2870 абсорбционных чиллеров, это немного больше, чем годом ранее. Из них около 1 810 единиц (почти на 12 % больше, чем в 2020 году) – устройства, использующие в качестве источника тепла пар или горячую воду. Около 1060 произведённых чиллеров (примерно на 6 % больше, чем в 2020 году) — устройства, использующие непосредственный нагрев пламенем.
Ведущие бренды абсорбционных чиллеров в Китае — это BROAD, Ebara, Hope Deep Blue, Johnson Controls-Hitachi Wanbao Air Conditioning Guangzhou, LG, Panasonic Appliances Air-Conditioning and Refrigeration (Dalian) (PAPARDL), Shuangliang и Tongfang.
Водяные тепловые насосы
В контексте сбережения энергии и сокращения выбросов CO2 Китай все активнее продвигает тепловые насосы как экологически чистые энергетические системы, опираясь на провинции и города, проводящие политику поддержки, устанавливающие новые нормы и предоставляющие финансовые субсидии. В большинстве водяных тепловых насосов используются компрессоры спирального или винтового типа, и лишь в некоторых — центробежного и ротационного типов. В статистике CRAA такие агрегаты с винтовыми или спиральными компрессорами обычно учитываются как чиллеры на базе компрессоров винтового или спирального типа, а агрегаты с компрессорами других типов учитываются отдельно. По данным CRAA, в 2021 году было произведено около 39 000 тепловых насосов типа «вода-воздух», что примерно на 5 % больше показателя предыдущего года, объем производства тепловых насосов типа «вода-вода», в свою очередь, составил около 11 000 единиц оборудования, показав годовой рост примерно на 3 %.
К ведущим брендам водяных тепловых насосов в Китае относятся Bright, Climaveneta, DunAn, Dunham Bush, Grad, Gree, Land Air Conditioning Industry, Mammoth, McQuay, TICA, Tongfang, Trane, Yatai и YORK.
Оборудование для обработки воздуха
Китайский рынок оборудования для обработки воздуха, включая приточно-вытяжные установки и фэнкойлы, демонстрирует рост, аналогичный росту рынка мощных чиллеров.
В 2021 году было произведено около 154 000 приточно-вытяжных установок модульного типа, что примерно на 15 % больше, чем годом ранее. Объем производства фэнкойлов, по данным CRAA, составил 4,8 млн единиц оборудования, показав рост примерно на 16 % по сравнению с 2020 годом, при этом доля устройств шкафного типа составила 213 000 единиц, что больше показателя предыдущего года на 20 %.
Ведущими брендами оборудования для обработки воздуха в Китае являются Carrier, Climaveneta, DunAn, Dunham Bush, Euroklimat, Gree, Haier, Kingair, McQuay, Midea, Sinko, TICA, Trane и YORK.
Стандарты
T/DZIN 27-2021: «Оборудование испарительного охлаждения для кондиционирования воздуха центров обработки данных» официально введен в действие 20 июня 2021 года.
T/DZJN 82-2022: «Эксплуатация и техническое обслуживание систем кондиционирования воздуха с испарительным охлаждением в центрах обработки данных» официально введен в действие 1 мая 2022 года.
Кроме того, в 2021 году Министерство жилья, городского и сельского строительства КНР издало девять обязательных технических условий на инженерно-техническое строительство, в том числе GB 55015-2021: «Общий свод правил энергоэффективности и применения возобновляемых источников энергии в зданиях» и GB 55016- 2021: «Общие нормы для окружающей среды зданий», вступившие в силу с 1 апреля 2022 года.
Тенденции в области оборудования и технологий
Согласно Докладу о глобальном состоянии зданий и сооружений за 2021 год, подготовленному Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП), на здания приходится 36 % мирового потребления энергии и 37 % выбросов CO2, связанных с энергообеспечением. Энергопотребление, связанное с эксплуатацией зданий, является причиной до 27 % выбросов CO2 при производстве энергии. Таким образом, доля зданий в общем объеме парниковых выбросов весьма велика.
Поскольку потребление энергии, связанное с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК), обычно составляет около 40% от общего энергопотребления коммерческих зданий, сокращение выбросов CO2, вызванных работой систем ОВК, является актуальной задачей.
Система водяного охлаждения
Для большинства крупных коммерческих зданий, торговых центров, отелей и производственных помещений обычно используется центральная система охлаждения и отопления с водой в качестве теплоносителя. Эта система состоит из гидравлической системы/системы водяного охлаждения, обеспечивающей охлаждение и обогрев, и системы обработки воздуха, которая подает кондиционированный воздух в жилые помещения с помощью приточно-вытяжных вентиляционных установок.
С точки зрения уменьшения углеродного следа зданий система водяного охлаждения обладает рядом преимуществ. Поскольку большая удельная теплоемкость и высокая плотность воды делают ее одним и из наиболее эффективных теплоносителей, системы водяного охлаждения могут накапливать тепло или холод в виде воды или льда, а затем гибко использовать его в ответ на колебания в поступлении энергии от возобновляемых источников. Охлаждающая вода также может использоваться в качестве теплоносителя в системах естественного охлаждения для передачи энергии воздуха в помещении наружному воздуху.
Приточно-вытяжные установки могут гибко контролировать параметры приточного воздуха с помощью высокоэффективных фильтров или путем подмеса наружного воздуха, создавая здоровый микроклимат в помещениях. В силу перечисленных особенностей центральная система кондиционирования с контурами водяного охлаждения считается наиболее эффективной системой ОВК для крупных зданий и сооружений.
Рис. Система водяного охлаждения
Как показано на рисунке, система водяного охлаждения состоит из первичного контура, проходящего через чиллеры, и вторичного контура для воздушного оборудования. Такая схема с двумя контурами была разработана в середине 1950-х годов и использовалась в течение почти 70 лет как наиболее эффективное решение для кондиционирования воздуха на объектах коммерческого назначения. В последнее время такие системы нашли применение в жилых зданиях и на небольших промышленных объектах. Повышению эффективности таких систем способствовало внедрение регулирования расхода воды при помощи насосов с переменной скоростью потока, использующих частотно-регулируемые приводы (VFD) как в первичном, так и во вторичном контурах.
В такой системе важно максимизировать эффективность не только каждого компонента, такого как чиллеры и водяные насосы, но и всей системы в целом. Например, при снижении энергопотребления вентиляторов градирен энергопотребление чиллеров возрастет из-за повышения температуры охлаждающей воды. На графике ниже отмечена точка минимума суммарной потребляемой мощности чиллеров и вентиляторов градирен. Аналогичным образом потребляемая мощность чиллеров связана с мощностью водяных насосов.
Рис. Энергопотребление чиллера и вентилятора градирни
Чтобы минимизировать годовое потребление энергии за счет учета динамического поведения всех компонентов, контроль за отоплением, вентиляцией и кондиционированием здания осуществляет усовершенствованная система управления энергопотреблением здания (BEMS).
Типы чиллеров и новые хладагенты
Водяное и воздушное охлаждение
Типы чиллеров, использующихся в системах ОВК, и диапазоны их мощности представлены в таблице ниже.
Рис. Типы чиллеров и диапазоны их мощностей
Холодильная мощность чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора лежит в диапазоне от 35 до 2110 кВт. При этом 80 % таких холодильных машин имеют мощность в диапазоне от 105,5 до 880 кВт. Для мощностей выше 105,5 кВт традиционно использовались чиллеры с компрессорами винтового типа, однако с появлением мощных спиральных компрессоров стандартом стало применение чиллеров с несколькими компрессорами спирального типа для мощностей до 880 кВт.
Поскольку температура конденсации насыщенного пара в чиллерах с воздушным охлаждением намного выше, чем в водоохлаждаемых чиллерах, их энергопотребление примерно на 30 % выше, чем у последних, которым, в свою очередь, необходимо дополнительное питание для градирен и водяных насосов.
Цена собственно чиллера для устройств с водяным охлаждением ниже, чем с воздушным. Однако суммарная величина капитальных затрат для водяного охлаждения выше, если принимать во внимание расходы на дополнительное оборудование, такое как градирни, водяные насосы и водопровод. Кроме того, чиллеры с водяным охлаждением требуют дополнительных расходов на обработку воды и подпитку градирен, и стоимость этих услуг в настоящее время растет.
В последнее время нехватка воды становится серьезной проблемой. Кроме того, в США и Европе зафиксированы случаи болезни легионеров, вызванные застоем охлаждающей воды в градирнях.
Выбор воздушного или водяного охлаждения для чиллеров делается на основе детального анализа, учитывающего такие факторы, как климатические условия, холодопроизводительность, часы работы и обстановку в месте монтажа, различающиеся в зависимости от страны и региона.
На рисунке ниже показано сравнение поставок чиллеров (в денежном выражении) для США и Японии. Доля чиллеров с воздушным охлаждением в общем объеме поставок примерно одинакова для обеих стран и составляет около 50%. Однако распределение доли чиллеров с водяным охлаждением в странах различается: на рынке США доминируют чиллеры с компрессорами центробежного типа, а в Японии — абсорбционные чиллеры.
Рис. Структура поставок чиллеров в Японию и США
Новые альтернативные хладагенты с низким ПГП для чиллеров
Поскольку процесс ограничения использования хладагентов с высоким потенциалом глобального потепления (ПГП) ускоряется, были успешно разработаны многообещающие альтернативные хладагенты с низким ПГП на основе гидрофторолефинов (ГФО), и на рынок были выпущены новые продукты, использующие эти хладагенты.
Так как в чиллерах используются компрессоры разных типов, включая центробежные, винтовые, спиральные и поршневые, для них разработаны различные хладагенты высокого и низкого давления. В таблице ниже перечислены новейшие альтернативные хладагенты с низким ПГП.
Таблица. Альтернативные хладагенты с низким ПГП для чиллеров
| Тип чиллера | Давление | Традиционные хладагенты | Альтернативные хладагенты | ||||
| Обозначение | ПГП | Обозначение | Состав | ПГП | Класс опасности | ||
| Компрессоры центробежного типа, винтовые компрессоры | Низкое | R123 | 77 | R514A | Смесь ГФО | 2 | B1 |
| R1233zd(E) | ГФО | 1 | A1 | ||||
| R245fa | 1030 | R1224yd(Z) | ГФО | 1 | |||
| Среднее | R134a | 1430 | R1234ze(E) | ГФО | < 1 | A2L | |
| R1234yf | ГФО | < 1 | |||||
| R513A | Смесь ГФО и ГФУ | 573 | A1 | ||||
| R515B | Смесь ГФО | 293 | A1 | ||||
| Спиральные компрессоры | Высокое | R410A | 2090 | R32 | ГФУ | 675 | A2L |
| R454B | Смесь ГФО и ГФУ | 465 | A2L | ||||
Тенденции производства чиллеров
Чиллеры с водяным охлаждением на базе компрессоров центробежного типа
100 лет истории
В этом году исполняется 100 лет с тех пор, как доктор Уиллис Кэрриер изобрел чиллер с водяным охлаждением на базе многоступенчатого центробежного компрессора, использующий хладагент низкого давления под названием диэлен (ненасыщенный гидрохлоруглерод (гидрохлоролефин) R-1130, 1,2-дихлорэтилен), и представил его в Нью-Джерси, США, в 1922 году. Почти век чиллеры с компрессорами центробежного типа оставались основным решением для организации крупных систем кондиционирования воздуха и охлаждения промышленных процессов, и по-прежнему занимают 30% в структуре общего спроса на чиллеры в стоимостном выражении.
За последние 100 лет было в чиллерах на базе центробежных компрессоров реализовано множество технических инноваций:
- Конец 1970-х: разработка управления скоростью с помощью частотно-регулируемых приводов.
- 1980–1990-е годы: использование передовых технологий моделирования, таких как вычислительная гидродинамика (CFD), для создания высокоэффективных рабочих колес.
- 1990-е годы: переход от R-11, хлорфторуглеродного (ХФУ) хладагента низкого давления, к R134a — озонобезопасному хладагенту среднего давления.
- 2000-е годы: разработка безмасляных центробежных холодильных компрессоров для ОВК.
- 2010-е годы: разработка передовых чиллеров, заправленных новыми хладагентами с низким ПГП.
Заметной технологической особенностью последнего десятилетия является расширение диапазона мощностей безмасляных чиллеров на базе центробежных компрессоров с магнитной подвеской, доля которых в сегменте чиллеров с центробежными компрессорами в настоящее время составляет около 30%.
Тенденции в области хладагентов низкого и среднего давления
Разработка альтернативных хладагентов для чиллеров с компрессорами центробежного типа идет в двух направлениях: низкое и среднее давление. Хладагенты низкого давления теоретически имеют более высокую эффективность цикла, но требуют в пять-шесть раз большего объема всасываемого газа, чем хладагенты среднего давления, для получения той же холодильной мощности. Это, в свою очередь, ведет к увеличению размеров компрессора. Решения относительно выбора хладагента обычно принимаются путем нахождения компромисса между стоимостью и производительностью.
В сегменте низкого давления были разработаны перспективные хладагенты, такие как R1233zd(E) и R1224yd(Z). Они негорючи (A1) и обладают сверхнизким ПГП. Хладагент R1233zd(E) впервые был использован для чиллеров с центробежными компрессорами в 2014 году. После этого многие ведущие производители чиллеров представили новинки, заправляемые R1233zd(E). R1233zd (E) в настоящее время стал основным хладагентом на рынке чиллеров с центробежными компрессорами.
В 2018 году Ebara выпустила серию чиллеров с центробежными компрессорами на хладагенте R1224yd(Z), производительность которого в 1,6 раза больше, чем у традиционного хладагента R123. Для модернизации существующих чиллеров, использующих R123, в настоящее время широко применяется хладагент низкого давления R514A со сверхнизким ПГП.
Что касается альтернативы R134a, то хладагентов среднего давления, обладающих как сверхнизким ПГП, так и негорючими свойствами, пока нет.
Первым хладагентом среднего давления с низким ПГП, использованным для чиллеров на базе винтовых и центробежных компрессоров на европейском рынке, стал R1234ze(E). По характеристикам R1234ze(E) близок к R134a, но при этом он умеренно горюч (A2L).
Компания Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems (MHI Thermal Systems) анонсировала в 2022 году большую серию чиллеров на центробежных компрессорах мощностью от 1055 до 18990 кВт, использующих хладагент R1234yf. Этот диапазон мощностей шире, чем у существующих чиллеров на R1234ze(E).
В странах, где действуют строгие требования к воспламеняемости, в качестве альтернативы, совместимой с традиционным R134a для чиллеров с компрессорами центробежного и винтового типа, чаще всего используется хладагент среднего давления R513A. В 2020 году компания Danfoss объявила, что намерена использовать новый негорючий хладагент R515B для своих центробежных компрессоров. R515B представляет собой азеотропную смесь R1234ze(E) и R227ea и имеет более низкий ПГП, чем R513A.
Эти альтернативные хладагенты среднего давления с низким ПГП используются в соответствии с правилами соответствующих стран и регионов.
Чиллеры с воздушным охлаждением/воздушные тепловые насосы
Увеличение мощности за счет модульной конструкции
Средняя производительность чиллеров с воздушным охлаждением в последнее время увеличивается. Для крупных проектов, где необходима холодильная мощность свыше 3500 кВт, все чаще используют несколько больших чиллеров с воздушным охлаждением вместо водоохлаждаемых чиллеров с компрессорами центробежного типа.
Мощность чиллера модульного типа может быть оперативно увеличена в соответствии с требованиями клиентов, в настоящее время такие устройства широко распространены на японском рынке. Чиллеры модульного типа состоят из модулей мощностью от 22,3 до 52,2 кВт с независимыми контурами хладагента, оснащенных несколькими спиральными и/или ротационными компрессорами. Объединяющий множество стандартизированных модулей чиллер может развивать холодильную мощность до 3500 кВт, что близко к производительности чиллеров с компрессорами центробежного типа. На одной и той же конструктивной платформе могут быть созданы модули различных типов, включая работающие только на охлаждение, воздушные тепловые насосы и модули с рекуперацией тепла, сочетая которые можно удовлетворить запросы самых требовательных заказчиков.
Одной из ключевых технологий чиллеров модульного типа является создание равномерного потока воздуха при объединении нескольких воздушных конденсаторов, и производители предлагают различные оптимизированные варианты конструкции.
Недавно были выпущены линейки чиллеров модульного типа, использующих хладагент R32 с низким ПГП, и способных развивать холодильную мощность в диапазоне от 45 до 835 кВт.
Прогресс в сегменте воздушных тепловых насосов
В контексте отказа от отопления за счет сжигания мазута для сокращения выбросов CO2 в Китае, Японии и Европе получили широкое распространение реверсивные чиллеры с воздушным охлаждением — воздушные тепловые насосы. В то же время, устройства подобного типа не популярны в регионах США с холодными зимами. Вместо этого в Соединенных Штатах используются водяные тепловые насосы. Дело в том, что теплопроизводительность воздушного теплового насоса сильно зависит от температуры наружного воздуха, и в суровом холодном климате трудно получить достаточное отопление. Исходя из физики парокомпрессионного цикла, при снижении температуры наружного воздуха с 7 °C до -10 °C теплопроизводительность воздушного теплового насоса уменьшится на 45%.
Для решения этой проблемы разработаны различные технологии, такие как двухступенчатое сжатие с системами экономайзеров, впрыск газа в процессе сжатия и высокоэффективные воздушные теплообменники для минимизации разморозки. Благодаря этим технологиям современные воздушные тепловые насосы могут нагревать воду до 60 °C и работать при температуре наружного воздуха до -17 °C. Разработки воздушных тепловых насосов для холодного климата будут продолжены.
Абсорбционные чиллеры
В отличие от парокомпрессионных чиллеров с электрическим приводом, абсорбционный чиллер-нагреватель производит охлажденную воду, используя тепловую энергию, и может одновременно поставлять горячую воду, поэтому такие системы особенно подходят для районов, где имеется много природного газа и нефти, не хватает электричества или имеются достаточные источники отработанного тепла.
За последние несколько десятилетий эффективность чиллеров на базе винтовых и центробежных компрессоров с электроприводом значительно повысилась и намного превышает эффективность абсорбционных чиллеров по потреблению первичной энергии. Спрос на абсорбционные холодильные машины, работающие на энергии сжигания газа и жидкого топлива, снизился на основных рынках, таких как Китай и Япония. Между тем, в контексте последних тенденций, способствующих эффективному использованию отработанной энергии, распространение получают паровые абсорбционные чиллеры.
Землетрясение 2011 года в Японии вызвало серьезные проблемы с электроснабжением, в результате чего была признана важность децентрализации источников энергии для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. С тех пор спрос на абсорбционные чиллеры в Японии перестал снижаться или даже немного увеличился.
Производители абсорбционных чиллеров в настоящее время сосредотачиваются на устройствах с паровым нагревом, использующих отработанную энергию систем когенерации, и тепловых насосах, приводимых в действие низкопотенциальным бросовым теплом.
В качестве современных крупных систем централизованного холодоснабжения и отопления в Японии обычно устанавливаются паровые абсорбционные чиллеры в сочетании с независимой системой когенерации, производительность которых эквивалентна производительности чиллеров на центробежных компрессорах.
Технологии повышения энергоэффективности чиллеров
Повышение эффективности чиллера за счет противотока
Последовательный противоток — это метод повышения эффективности чиллеров путем распределения теплообменников на два или четыре контура хладагента и направления потоков охлажденной и охлаждаемой воды в противоположных направлениях для снижения разницы температур охлаждающей и охлаждаемой воды на выходе каждого чиллера. Снижение этой разницы температур позволяет заметно повысить эффективность чиллеров на базе компрессоров центробежного типа.
На рисунке ниже представлен пример простой системы с двумя компрессорами, конденсаторами и испарителями, позволяющей уменьшить разницу температур примерно на 10 %, что приводит к повышению эффективности на 5-10 % в зависимости от параметров эксплуатации. В общем, величина повышения эффективности в такой системе определяется числом компрессоров/теплообменников и температурными параметрами.
Рис. Пример последовательного противотока
В системах централизованного охлаждения большая разница температур вызвана, в основном, с низкой скоростью потока воды для снижения энергопотребления насосов. В этом случае противоточная схема показывает себя довольно действенным решением, обеспечивая повышение эффективности примерно на 20 % при использовании четырех контуров. В большинстве систем централизованного охлаждения на Ближнем Востоке используется подобная схема с противотоком.
Снижение энергопотребления за счет естественного охлаждения (фрикулинга)
На объектах, где тепловая нагрузка на систему охлаждения велика, а температура наружного воздуха в течение года опускается заметно ниже проектных значений охлажденной воды, например, в центрах обработки данных и на промышленных предприятиях, широко используется естественное охлаждение (фрикулинг), позволяющее существенно снизить энергопотребление, так как в этом режиме не задействуются компрессоры чиллеров.
Традиционно фрикулинг использовался с водоохлаждаемыми чиллерами, а в качестве теплоносителя выступала охлаждающая вода. Однако в последнее время получила широкое распространение система естественного охлаждения для воздушноохлаждаемых чиллеров, называемая водяным экономайзером.
На рисунке ниже приведен пример системы фрикулинга для чиллера с воздушным охлаждением конденсатора, в которой водяной экономайзер подключен к контуру хладагента, и может одновременно охлаждать и воду, и хладагент. Такая система может работать в нескольких режимах в зависимости от температуры наружного воздуха и потребности в охлаждении.
Рис. Схема фрикулинга с водяным экономайзером
Пример модернизации чиллерной установки: здание вокзала в Киото
Модернизация действующих систем ОВК для сокращения энергопотребления и соответствующих расходов, приведения систем в соответствие с новыми экологическими требованиями и повышения качества воздуха в помещениях становится повседневной работой для специалистов климатической индустрии.
Для модернизации и повторного ввода в эксплуатацию применяются продвинутые инженерные технологии, такие как детальный анализ энергопотребления с использованием «больших данных», собранных при помощи Интернета вещей, а также информационное моделирования зданий (BIM) для визуализации систем ОВК.
Примером недавней модернизации может служить обновление здания вокзала в Киото, Япония, завершенное в 2021 году. Здание вокзала в Киото – это огромный комплекс общей площадью более 235 942 квадратных метров, открытый в сентябре 1997 года. В декабре того года состоялась Конференция сторон Рамочной конвенции ООН по изменению климата (РКИК ООН), на которой был подписан Киотский протокол.
Проект модернизации был запущен в 2010 году. Основное обновление системы ОВК заключалось в замене традиционных абсорбционных чиллеров, работающих за счет сжигания газа, высокоэффективными парокомпрессионными чиллерами на базе центробежных компрессоров, установке воздушных тепловых насосов на базе компрессоров винтового типа в качестве основной системы отопления, геотермальных тепловых насосов вместо водогрейных котлов, монтаже солнечных коллекторов для нагрева воды и добавлении системы когенерации с газовым приводом для снижения пиковых нагрузок на электросеть. Бросовое тепло системы когенерации утилизируется паровыми абсорбционными чиллерами.
Итогом модернизации стало сокращение общих парниковых выбросов здания на 40,4 % и уменьшение показателя интенсивности использования энергии (EUI) на 46,3 %. Эти результаты позволили проекту занять первое место в конкурсе 2021 ASHRAE Technology Award. Описание проекта было опубликовано в сентябрьском выпуске журнала ASHRAE за 2021 год.
По материалам JARN
