Мировой рынок VRF‑систем

Общие положения

Несмотря на неблагоприятные экономические и погодные условия, в 2018 году рынок VRF‑систем демонстрировал неплохие показатели роста по сравнению с рынком оборудования для кондиционирования воздуха в целом. По данным JARN, объем мирового рынка VRF достиг 1,77 миллиона систем, если считать по наружным блокам. Рост по сравнению с предыдущим годом составил 5,7%.

Китай, Япония и Южная Корея — ​три крупнейших рынка VRF‑систем и три основные производственные базы такого оборудования. На долю этих трех стран приходится около 70% мирового рынка.

За 30 лет существования технология переменного расхода хладагента, разработанная в Японии, завоевала рынки Японии, Европы, Южной Кореи и Китая. Однако успех VRF неповсеместен, и такие регионы, как Северная и Южная Америки, Юго-­Восточная Азия, остаются практически неосвоенными. В последние годы в странах Юго-­Восточной Азии, а также в Индии и Турции наметился бурный рост популярности VRF‑систем. Кроме того, почти все основные производители этого оборудования принялись за освоение нового рынка США. Можно сказать, что США сейчас находятся на пороге VRF‑революции.

По сравнению с традиционными чиллерными и канальными системами воздушного кондиционирования VRF‑системы обладают рядом огромных преимуществ, таких как индивидуальное управление температурой в каждом обслуживаемом помещении. Область применения VRF продолжает расширяться, занимая диапазон от огромных офисных центров до небольших магазинов, жилых домов и даже квартир. Компактные наружные блоки могут быть установлены на ограниченном пространстве, а яркие внутренние блоки могут стать украшением любого интерьера. В этом заключается шарм новой эры VRF.

VRF- и мини-­VRF‑системы

Технология переменного расхода хладагента подразумевает циркуляцию минимально необходимого количества хладагента в определенный момент времени и обеспечивает возможность индивидуального управления микроклиматом в каждом обслуживаемом помещении. Стандартная современная VRF‑система состоит из одного наружного блока с единственным инверторным компрессором, подключенного к нескольким внутренним блокам. Инверторный компрессор обеспечивает высокую эффективность охлаждения и обогрева при неполной нагрузке. В ряде случаев в одном наружном блоке могут работать несколько компрессоров, обеспечивающих более высокую производительность. Холодопроизводительность внутренних блоков VRF‑систем обычно лежит в диапазоне от 0,5 до 8 холодильных тонн (1,75–28,1 киловатта). К одному наружному блоку VRF‑системы могут подключаться до 60 и более внутренних блоков.

Есть несколько вариантов классификации, разделяющей мини-­VRF и VRF‑системы. Ряд производителей проводят грань, исходя из конструкции наружного блока. Устройства, в которых вентилятор наружного блока выбрасывает воздух в горизонтальном направлении, называют мини-­VRF, а если выброс осуществляется вертикально — ​обычной VRF‑системой. Как правило, блоки с горизонтальным выбросом занимают меньше места.

Другие производители используют разделение по производительности систем и областям их применения. К мини-­VRF относят системы мощностью до 12 л. с. (8,8 киловатта), используемые главным образом в коммерческом секторе, например в офисных зданиях и торговых центрах. Однако не так давно на рынке появились мини-­VRF‑системы мощностью 16 л. с. (11,8 киловатта).

К мини-­VRF близки по характеристикам мульти-­сплит-системы кондиционирования воздуха. Основное их отличие в том, что последние имеют несколько контуров хладагента.

Каналы продаж

В разных странах основные каналы продаж VRF‑систем различны.

В Японии данное оборудование поставляется главным образом через строительных подрядчиков. Так как подрядчики отвечают за все составляющие строительства, включая проектирование и монтаж систем кондиционирования, производители не могут продавать VRF‑системы конечным потребителям.

В Китае VRF‑системы бытового назначения можно купить даже в обычном супермаркете, не говоря уже о специализированных магазинах климатического оборудования, связанных непосредственно с производителями или их дистрибьюторами. VRF‑системы коммерческого назначения продаются по трем каналам: через специализированные магазины, напрямую с предприятий посредством кооперации с застройщиками, через дистрибьюторские сети.

В США производители VRF‑систем заключают договоры с торговыми агентами или представителями. Действуя от имени производителя, представители берут на себя все заботы о рекламном сопровождении продукции. Подобная практика существенно затрудняет азиатским компаниям проникновение на рынок США, так как все основные представители уже связаны договорными обязательствами с ­какими-либо компаниями.

Во многих странах застройщики заранее оставляют место под установку VRF‑систем для кондиционирования объектов недвижимости высокого класса. Часть квартир продается уже полностью укомплектованными оборудованием для климатизации, в том числе вентиляцией и VRF‑системами. Именно поэтому сотрудничество со строительными компаниями приобретает большое значение для производителей VRF‑систем.

Межотраслевое соперничество и сотрудничество

Стараясь идти в ногу со временем, на рынок VRF‑систем выходят производители не только воздушных кондиционеров и чиллеров, но и тепловой техники.

Распространенным способом решения задачи повышения энергоэффективности всего инженерного оборудования (климатического, осветительного, охранного…) стало применение систем управления энергопотреблением здания (BEMS). Производители таких систем и VRF объединяют усилия для получения наилучшего результата.

Ряд компаний, занимающихся VRF‑системами, вкладывают деньги в производство собственных компрессоров. Это усиливает давление на производителей компрессоров, так как ведет к изменению структуры спроса на их продукцию.

Технологические усовершенствования

Надежность и высокая тепло- и холодопроизводительность позволяют использовать VRF‑системы в различных климатических зонах — ​от пустынь и тропиков до Арктики.

Существенное увеличение теплопроизводительности стало возможно благодаря развитию технологии тепловых насосов. Многие современные VRF‑системы способны устойчиво работать в режиме теплового насоса при температуре наружного воздуха от —20оС. Для решения проблемы недостаточной теплопроизводительности в условиях холодного климата ряд производителей разработали гибридные конструкции, объединяющие VRF‑системы и газовые обогреватели.

Утилизация тепла позволяет еще более повысить энергоэффективность VRF‑систем. Применение технологических инноваций при производстве компонентов, таких как компрессоры и теплообменники, дает возможность уменьшить габариты блоков систем, повысить их эффективность и снизить негативное воздействие на окружающую среду. Продажи VRF‑систем с возможностью утилизации тепла растут. Особенно популярно такое оборудование в странах, где действуют наиболее строгие стандарты энергоэффективности, например в Австралии.

С повышением требований к качеству воздуха в помещении (IAQ, indoor air quality) все чаще вместе с VRF‑системами устанавливается оборудование для подачи и обработки свежего воздуха. Использование общих теплообменников позволяет добиваться высокого качества воздуха в помещении при меньших энергозатратах.

В Европе растет спрос на малошумные наружные блоки, а также на блоки, допускающие возможность скрытой установки, чтобы не портить городской ландшафт.

Хладагенты

В секторе VRF‑систем переход на хладагенты с более низким потенциалом глобального потепления (ПГП) неизбежен ввиду требований Регламента по фторсодержащим газам в Европе, программы наиболее значимых новых альтернатив (SNAP) в США, Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу, других регламентов и международных соглашений. В США штат Калифорния принял закон об охлаждении, и вся холодильная и климатическая отрасль следит за его влиянием на индустрию. Кроме того, на ситуацию в отрасли влияет непредсказуемость цен на хладагенты.

Во всем мире, за исключением США, массовый перевод бытового и полупромышленного оборудования для кондиционирования воздуха на R32 можно назвать свершившимся фактом. Также переходят на R32 тепловые насосы «воздух — ​вода» и мини-­VRF‑системы. Однако на данном этапе для более мощных VRF‑систем, объем заправки хладагента в которых больше, чем в мини-­VRF, пока нет ­сколь-­нибудь заметной альтернативы R410A. Компания Mitsubishi Electric пытается уменьшить количество заправляемого хладагента за счет использования систем с подключением внутренних блоков к наружному с помощью контура вторичного холодоносителя (воды). Такое решение требует значительно меньше хладагента по сравнению с традиционной VRF‑системой, что позволяет заправлять ее умеренно горючим R32.

Предложенные производителями хладагентов такие альтернативы R410A, как R452B и R454В, пока не находят применения в VRF‑системах. Большие ожидания связаны с представленным прошлой осенью компанией Honeywell негорючим хладагентом R466A.

Система квотирования хладагентов

В VRF‑системах содержится больше хладагента, чем в чиллерах систем кондиционирования. В процессе работы VRF‑системы этот хладагент циркулирует внутри здания. В отсутствие ясности с альтернативными хладагентами выбор рабочего вещества для системы превращается в серьезную проблему.

Европа ускорила вывод фторсодержащих газов, применив строгую систему квотирования. В результате чиллеры отобрали часть рынка VRF‑систем. Тем не менее основной спрос на VRF‑системы в Европе порождается необходимостью замены действующего оборудования. В этом сегменте VRF‑системы сохранят свои позиции. Однако не приходится сомневаться, что во вновь возводимых зданиях доля чиллеров будет увеличиваться. Ожидается, что до 15% рынка VRF‑систем может быть занято чиллерами. На недавней выставке Climatizacion мировые гиганты Daikin и Mitsubishi Electric продемонстрировали новейшие VRF‑системы на R32.

Можно сказать, что внедрение квотирования хладагентов подстегнуло разработку и внедрение хладагентов с более низким ПГП. В связи с этим повышенное внимание к себе привлекают R32 и гидрофторолефины (ГФО).

Новейшие тенденции в производстве и технологиях VRF‑систем

История технологии VRF

В 1982 году устройство с переменным расходом хладагента (VRF), предназначенное для коммерческого кондиционирования воздуха, было впервые представлено на японском рынке. В первые годы в VRF‑системах использовались неинверторные компрессоры. В 1985 году, вскоре после внедрения инверторной технологии в бытовые кондиционеры, появились и инверторные VRF‑системы. Так как VRF‑система может обслуживать от одного до нескольких помещений, тепловая нагрузка на нее может меняться в широком диапазоне. Поэтому применение инверторного регулирования производительности компрессора пришлось в VRF‑системах весьма кстати.

Со временем значительно увеличилось число разновидностей VRF‑систем, отличающихся друг от друга организацией движения хладагента, режимами работы, типами привода и так далее. Примерная классификация существующих систем представлена на рис. 1 и в табл. 1.

Сначала VRF представляли собой интегрированные системы (рис. 1 А). Потребность в увеличении производительности привела к появлению модульных систем (рис. 1 B). Поскольку модульные системы объединяют несколько наружных блоков, это приводит к резкому снижению производительности или нарушениям в работе системы при неравномерном поступлении хладагента и смазки к компрессорам. Кроме того, такая конструкция отличается сложной системой трубопроводов, связывающих наружные и внутренние блоки, поэтому прокладка магистралей хладагента должна вестись с осторожностью. Напротив, интегрированная система имеет лишь один наружный блок, растворенная в хладагенте смазка поступает в компрессор более-­менее равномерно, а прокладка трубопровода не вызывает серьезных затруднений.

Для организации холодильного цикла расширительными вентилями оснащаются внутренние блоки VRF‑систем, и хладагент в подводящем трубопроводе находится либо в газообразном, либо в двухфазном парожидкостном состоянии. Благодаря этому количество хладагента в протяженных магистралях остается относительно невелико (рис. 1 A — ​B). В бытовых мульти-­сплит-системах (рис. 1 D) холодильный цикл организован подобно циклу обычных сплит-­систем, и расширительный вентиль устанавливается в наружном блоке, что приводит к улучшению шумовых характеристик.

Как правило, в качестве источника тепловой энергии VRF‑системы используют наружный воздух, однако существуют и водяные модели — ​они отличаются малыми габаритами и предназначены для установки внутри помещений. Кроме того, имеются разработки систем с комбинированным источником, использующих в том числе тепло грунта.

Функциональные возможности комбинированных систем зависят от типа объекта, на котором используются, географических и климатических условий.

В Японии, где технология VRF применяется уже давно, пришла пора замены устаревшего оборудования. Необходимость замены старых систем создает почти половину спроса на VRF‑системы на японском рынке.

Преобладающим типом привода компрессоров VRF‑систем стал инвертор.

До сих пор основной хладагент для данного типа систем кондиционирования — ​R410A. В то же время идет активная работа по переходу на рабочие вещества с меньшим ПГП. В 2018 году компания Daikin представила VRF‑систему, использующую хладагент R32. Для VRF‑систем, отличающихся большим объемом заправки хладагента, проблема заключается в том, что многие альтернативные хладагенты горючи, следовательно, требуется пересмотр действующих стандартов безопасности. На симпозиуме в Кобе (Япония) в декабре 2018 года было представлено множество докладов, посвященных исследованию свой­ств новых хладагентов, методам уменьшения объема заправки, улучшению характеристик теплообменников и других компонентов. Компания Carrier остановила свой выбор на R454B в качестве хладагента для бытовых и полупромышленных систем кондиционирования воздуха. Производитель хладагентов Honeywell, в свою очередь, выпустил рабочее вещество с пониженным ПГП — ​R466A. Тенденции на рынке хладагентов по-прежнему заслуживают самого пристального внимания.

Так как магистрали хладагента подходят к каждому внутреннему блоку VRF‑системы, рекомендуется проводить периодические проверки их герметичности, предусмотреть отсечные краны для хладагента, системы вентиляции и аварийной сигнализации, а также другие меры по предотвращению и обнаружению утечек из внутренних блоков. Ряд производителей рассматривают отсечные клапаны мгновенного действия в качестве основной меры для предотвращения утечек. Кроме того, с целью уменьшить объем заправки горючего хладагента разработаны гибридные VRF‑системы. В них наружный блок посредством хладагента R32 забирает тепло от промежуточной станции, соединенной с внутренними блоками контурами вторичного холодоносителя (воды).

Особенности новейших VRF‑систем

Если рассмотреть новейшие VRF‑системы с точки зрения привлекающих внимание особенностей и технологических решений, то можно увидеть, что характеристики «высокая производительность» и «энергоэффективность» стали фактически обязательными для продукции любых производителей. Работа над повышением эффективности и производительности систем кондиционирования воздуха не останавливается ни на минуту.

Высокая производительность

VRF‑системы повышенной производительности отличаются следующими особенностями:

работа в режиме обогрева без существенной потери производительности при температурах наружного воздуха до —15оС благодаря высокой мощности и использованию компрессоров с впрыском газообразного хладагента;

работа в режиме охлаждения при температурах наружного воздуха до +51…+53оС, обогрев при наружных температурах до —20…29оС;

предотвращение скачков температуры воздуха в помещении во время разморозки за счет ротации наружных блоков.

Повышенная энергоэффективность

Энергоэффективность VRF‑систем удалось повысить за счет совершенствования теплообменников: увеличения поверхности теплообмена, уменьшения диаметра труб и использования многотрубной конфигурации. Применение алюминиевых микроканальных теплообменников позволило существенно уменьшить габариты систем, сохранив высокую производительность. Микроканальные теплообменники — ​действенный способ уменьшить объем заправки хладагента, что очень важно при использовании R32, так как позволяет снизить риски, связанные с его горючестью.

Эффективность вентиляторов повышают за счет совершенствования формы крыльчатки. Применение крыльчаток, за образец формы лопастей которых взяты крылья птиц или плавники рыб, позволяет к тому же уменьшить уровень создаваемого шума.

На уровне внутренних блоков энергосберегающее управление воздушным потоком и температурой хладагента достигается путем уменьшения частоты включений и выключений.

Снижение потребляемой мощности в режиме ожидания перед переходом в режим обогрева в ряде моделей достигается за счет применения алгоритмов управления, учитывающих время, необходимое компрессору для запуска в режиме обогрева.

Упрощение транспортировки и монтажа

Транспортировка VRF‑систем заметно упростилась благодаря уменьшению размеров наружных блоков. На рынке доступны компактные модели шириной менее 80 сантиметров, которые можно перевозить даже в некоторых пассажирских лифтах.

Кроме того, уменьшилась площадь, необходимая для установки блоков. Для моделей с горизонтальным выбросом воздуха она может составлять 0,37 × 1,01 = 0,42 квадратного метра.

Сокращение времени на установку

Чтобы существенно сократить время монтажа, холодильные контуры и системы управления разрабатывают с учетом возможности использования существующих магистралей хладагента. Один из методов, позволяющих сделать это, заключается в очистке проложенных труб.

В Японии, где VRF‑системы впервые появились около 30 лет назад, велика потребность в замене действующего оборудования. Использование уже проложенных труб позволяет существенно ускорить и удешевить монтаж. Чтобы воспользоваться существующей магистралью, необходимо сначала очистить ее от масла и других загрязнений, скопившихся на внутренней поверхности труб.

В VRF‑системах, разработанных для замены старых устройств, реализованы функции очистки трубопровода. Кроме того, существенно сокращает время монтажа и улучшает его качество функция автоматической заправки хладагентом.

Послепродажное обслуживание

Для улучшения качества послепродажного обслуживания используются централизованное управление, системы удаленного мониторинга и фильтры — поглотители гармоник.

Технологии управления VRF‑системами

В таблице 2 представлены некоторые технологии, использующиеся для управления VRF‑системами, и дано их краткое описание.

Перспективные разработки и ожидаемое будущее технологии VRF

VRF‑cистемы объединяют множество внутренних блоков с наружными. Направления их усовершенствования включают повышение надежности, упрощение сложных операций, повышение комфорта для пользователя, энергосбережение, снижение затрат и расходов. Кроме того, на развитие VRF‑систем и расширение их ассортимента оказывает влияние конкуренция между различными производителями. В любом случае, с точки зрения пользователя, в устройствах этого типа еще есть что улучшать, а значит, развитие VRF‑технологии будет продолжаться.

Дальнейшее повышение качества

Коэффициент отказов систем кондиционирования определяется путем деления числа обращений в сервисные центры на общий объем продаж конкретной модели. Допустимым для бытовых и полупромышленных кондиционеров может считаться коэффициент отказов в диапазоне от 0,5 до 1%. Этот коэффициент обычно выше в первый год после выпуска модели на рынок, но в следующие два-три года его значение заметно снижается благодаря последовательной работе по исправлению недочетов.

В случае VRF‑систем, состоящих их множества блоков с большим количеством компонентов, число возможных проблем значительно возрастает. И хотя средний коэффициент отказов для оборудования этого типа снижается, он все еще довольно велик. Уменьшение количества проблем, вызывающих недовольство пользователей, является одной из главных задач в сегменте VRF. Для ее решения необходимо повышать качество не только изготовления компонентов и их сборки, но и проведения сложных работ, таких как монтаж трубопроводов хладагента.

Кроме того, большое значение приобретает функция оповещения пользователя о состоянии VRF‑системы, возникающих и потенциально возможных неисправностях. Эта функция особенно важна для крупных объектов, использующих множество VRF‑систем: фабрик, медицинских учреждений, торговых центров, ЦОД и других. Для решения задачи максимально точного предвосхищения возможных проблем и неисправностей наиболее перспективно использовать технологии искусственного интеллекта и Интернета вещей.

Улучшение параметров работы в реальных условиях

В каталогах VRF‑систем, как правило, указываются такие характеристики, как годовой показатель производительности (APF), коэффициент производительности (COP), показатель энергоэффективности (EER), мощность и уровень шума. Значения этих характеристик определяются согласно установленным стандартам, в условиях реальной эксплуатации производительность системы может сильно отличаться от указанной в каталоге.

В большинстве случаев условия, в которых реально работает VRF‑система, отличаются от стандартных в худшую сторону.

Пользователи часто не знают, следует ли выключать кондиционер, когда помещение остается пустым, и включать, когда туда вновь входят люди, или же его стоит держать включенным постоянно. Параметры эксплуатации системы зависят от наружной температуры, планировки обслуживаемого здания, времени, которое люди проводят в помещении, и многого другого. Исследования оптимальных режимов работы VRF‑систем ведутся постоянно, для реализации таких режимов предлагается использовать такие технологии, как искусственный интеллект, Интернет вещей, дистанционный мониторинг, и так далее.

Улучшение внешнего вида

Установленные на крышу наружные блоки скрыты от глаз прохожих и не портят вид. Однако если их видно с улицы, то они производят нелучшее впечатление. В префектуре Киото кондиционеры должны быть незаметны, чтобы не портить традиционный городской пейзаж кварталов, прилегающих к реке Камо. Меры для обеспечения этого перечислены в выпущенном городскими властями руководстве. Данное руководство предписывает закрывать наружные блоки деревянными решетками или маскировать их при помощи цветной краски. В Великобритании в некоторых случаях установка наружных блоков, портящих внешний вид зданий, может быть запрещена.

Что касается внутренних блоков, то существует точка зрения, согласно которой, несмотря на превосходные эксплуатационные характеристики, они портят интерьер помещений. Как показывают маркетинговые исследования, 30 лет назад потребители в США считали настенные внутренние блоки систем кондиционирования уродливыми. Современные блоки стали гораздо тоньше, однако они все еще производят впечатление чужеродного элемента на стене, из-за чего многие архитекторы их не любят.

Совершенствование внешнего вида внутренних блоков с точки зрения эстетики — ​задача, требующая решения.

Разнообразие

Области и способы применения VRF‑систем, а также предпочтения в выборе их типа сильно разнятся от региона к региону.

Наиболее востребованы на рынке VRF‑системы, разработанные с учетом потребностей пользователя и способные наилучшим образом их удовлетворить. В связи с этим чрезвычайно важно, чтобы проектировщики и специалисты отделов продаж посещали площадки для установки VRF‑систем и изучали ситуацию на местах.

Новые хладагенты

Наиболее перспективным хладагентом для применения в VRF‑системах представляется R32. Тем не менее разработки новых хладагентов продолжаются. В этой области необходима стандартизация, так как ситуация, когда на рынке присутствует множество типов оборудования, использующих разные хладагенты, может привести к путанице.

Основные компоненты

Технологии, используемые для производства основных компонентов VRF‑систем, таких как компрессоры, теплообменники, инверторы, вентиляторы и элементы холодильного контура, известны уже давно и практически исчерпали потенциал развития. В данной ситуации ожидаемо основные усилия по совершенствованию конструкции VRF‑систем будут сосредоточены на уменьшении размеров компонентов и применении новых материалов. Одним из примеров такого совершенствования могут служить получающие все более широкое распространение микроканальные теплообменники.

Комбинации систем

VRF‑системы могут использовать различные типы внутренних блоков и устройств, а также использоваться в сочетании с другими системами. Разнообразие различных комбинаций будет увеличиваться за счет решений, позволяющих использовать различные источники энергии, а также существенно повысить уровень комфорта и качество внутреннего воздуха, например, систем, способных контролировать влажность воздуха и очищать его от загрязнений.

Это могут быть комбинации VRF‑систем с вентиляционной системой, обеспечивающей приток свежего воздуха и рекуперацию тепла, и воздухоочистителем, VRF‑систем с осушителем воздуха, VRF‑систем с подачей свежего воздуха и контролем влажности.

Тем не менее пока на рынке присутствуют лишь несколько таких систем, демонстрирующих реальную работоспособность. Более того, вода в устройствах осушения и увлажнения создает дополнительный риск возникновения аварийных ситуаций. Решение этих проблем требует внимания разработчиков.

Затраты и расходы

Наряду с энергоэффективностью и функциональностью, росту продаж VRF‑систем способствует разумная стоимость их приобретения и обслуживания. По сравнению с другими типами полупромышленных систем кондиционирования VRF‑системы обходятся дешевле и проще в эксплуатации и обслуживании.

Из-за более высокой цены продажи комбинированных систем и систем, обеспечивающих одновременное охлаждение и обогрев, относительно невелики и обеспечиваются, как правило, за счет проектов, реализуемых по заказу или за счет государства.

Успех распространения любой продукции зависит от соблюдения баланса между ее функциональными возможностями и ценой.

Низкая цена и стоимость обслуживания остаются главными факторами для многих пользователей и производителей. Такая ситуация сохранится и в будущем.

По материалам JARN