Обзор мирового рынка компрессоров
В 2013 году мировой рынок оборудования для кондиционирования воздуха продемонстрировал увеличение объема на 7,2 % по сравнению с предыдущим годом. При этом китайский рынок систем кондиционирования вырос на 8,8 %, индийский — на 5 %. Вместе с тем в Европе спрос на кондиционеры упал на 11 %. В США наблюдался рост на 1,3 %, а в Латинской Америке — на 13,6 %. Японский рынок вырос на 5 %.
Роторные компрессоры
С развитием технологий роторные (роторно-пластинчатые) компрессоры стали применяться не только в бытовых кондиционерах, но и в полупромышленных системах, в чиллерах, а также в холодильном оборудовании.
Высокопроизводительные компрессоры с двойным ротором, сравнимые по характеристикам со спиральными компрессорами, привлекают внимание производителей полупромышленных систем кондиционирования и небольших холодильных машин. Кроме того, роторные компрессоры находят применение в тепловых насосах «воздух — вода». Недавно появившиеся на рынке двухступенчатые компрессоры, разработанные для применения в холодном климате, позволяют существенно увеличить производительность тепловых насосов.
Подстегнутый тенденцией к восстановлению мирового рынка систем кондиционирования, спрос на роторные компрессоры вырос в 2013 году на 10,7 % по сравнению с 2012 годом.
Крупнейшим в мире потребителем роторных компрессоров остается Китай, где спрос на этот вид продукции оценивался в 2013 году в 100 миллионов штук. Объемы рынков Юго-Восточной Азии, Японии, Бразилии, Индии, Ближнего Востока, Европы и США составили 11,5 млн, 3,5 млн, 3 млн, 2,8 млн, 2,5 млн, 2 млн и 1,2 млн штук соответственно.
В Китае и странах Европы растет спрос на роторные компрессоры для водонагревателей, использующих технологию теплового насоса. Кроме того, в Европе и США компрессоры этого типа все чаще используются в осушителях. Еще одной популярной в США областью применения роторных компрессоров стала климатизация трейлеров (домов на колесах).
Если говорить о традиционных системах кондиционирования, то в США примерно в 5,6 миллиона промышленных кондиционеров используют спиральные компрессоры. Поскольку со временем роторные компрессоры смогут заменить спиральные в этой сфере применения, следует ожидать значительного роста спроса на этот вид продукции. Ведущие азиатские производители, вооружившись современными инверторными технологиями, уже нацелились на многообещающий североамериканский рынок. Однако не стоит ожидать того, что спиральные компрессоры легко сдадут свои позиции.
Производство роторных компрессоров сконцентрировано в Азии, прежде всего — в Китае, а также в Таиланде, Японии и Малайзии. В КНР расположены предприятия крупнейших мировых производителей, активно вкладывающих деньги в расширение производственных мощностей. Помимо компаний, специализирующихся на изготовлении роторных компрессоров, производители кондиционеров также увеличивают производство компрессоров для собственных нужд. В 2012 году практически все компании, работающие в этом сегменте индустрии, были вынуждены пересмотреть производственные планы в сторону уменьшения, однако восстановление рынка в 2013 году привело к небольшому увеличению объемов производства. Для сокращения транспортных и таможенных издержек компании начинают вкладывать деньги в создание производственных мощностей в таких странах, как Бразилия и Индия, где ожидается значительный рост кондиционерного рынка.
Массовый выпуск роторных компрессоров в КНР привел к существенному падению цен на этот вид продукции. Сегмент, отличающийся наиболее жесткой ценовой конкуренцией, — роторные компрессоры с постоянной скоростью вращения мощностью около 1 л. с. Чтобы не тратить силы на «ценовые войны», многие производители сокращают долю компрессоров с постоянной скоростью в своем ассортименте, увеличивая в то же время предложение инверторных моделей. Ставка на инверторные технологии — наиболее популярная стратегия конкурентной борьбы, особенно у японских компаний.
Производство и продажи инверторных роторных компрессоров растут отчасти благодаря принятию в ключевых странах-потребителях стандартов минимальной энергоэффективности. За счет более эффективной работы при частичной нагрузке инверторные компрессоры наилучшим образом удовлетворяют требованиям этих стандартов.
Кроме того, растет спрос на роторные компрессоры для тепловых насосов «воздух — вода», VRF-систем и чиллеров, где традиционно применялись спиральные компрессоры. Поэтому производители увеличивают выпуск изделий роторного типа мощностью свыше 3 л. с. Этот сегмент может оказаться более выгодным, чем сегмент компрессоров на 1 л. с.
Традиционный хладагент роторных компрессоров — R22. Китайские производители увеличивают выпуск компрессоров с инверторным приводом, рассчитанных на R410A. В целом климатический рынок переходит на хладагенты с низким потенциалом глобального потепления (ПГП), и, чтобы получить преимущество в конкурентной борьбе, производители вынуждены спешно разрабатывать роторные компрессоры для работы с хладагентами нового поколения. Так, при поддержке Многостороннего фонда Монреальского протокола в Китае созданы компрессоры, работающие с R32 и R290, однако о запуске этих разработок в серию говорить пока рано. В 2013 году несколько ведущих производителей климатического оборудования из Японии представили бытовые кондиционеры на R32. Такие страны Юго-Восточной Азии, как Индонезия, Малайзия и Таиланд, также рассматривают R32 в качестве наиболее приемлемой альтернативы для замены экологически небезопасных хладагентов. Следовательно, стоит ожидать увеличения объемов производства роторных компрессоров на R32.
Спиральные компрессоры
Рост мирового рынка спиральных компрессоров в 2013 году обеспечили два крупнейших потребителя этого вида продукции — Китай и США. Объем рынка США составил 5,5 млн спиральных компрессоров, Китая — 3,85 млн, Европы — 1,4 млн, Японии — 1,2 млн. Растет спрос на компрессоры этого типа в сегменте VRF-систем и полупромышленных кондиционеров, а также в сегменте холодильных витрин.
Спиральные компрессоры отличаются большим диапазоном холодильной мощности, и инженеры продолжают работать над дальнейшим расширением этого диапазона. Так, разработан одиночный компрессор мощностью 60 л. с., объединение нескольких спиральных компрессоров позволяет конкурировать в плане производительности с винтовыми компрессорами.
Спиральная технология продолжает доминировать в секторе коммерческих систем кондиционирования, несмотря на прямую конкуренцию с роторными компрессорами, холодильная мощность которых в последнее время превысила 3 х. т.
Еще один традиционный сектор, в котором применяются спиральные компрессоры, — это холодильное оборудование.
На долю США приходится 39 % общемирового производства спиральных компрессоров. Изготовленные в США изделия применяются в основном в промышленном оборудовании. В отличие от стран Азии на рынке США инверторные технологии пока не нашли широкого применения в промышленных системах кондиционирования — доля таких систем в 2013 году составила менее 3 %. В сегменте коммерческого кондиционирования в США инверторные технологии сегодня практически не используются. Это создает большой потенциал энергосбережения. С ростом цен на энергоносители следует ожидать повышения спроса на энергоэффективные инверторные спиральные компрессоры.
Несмотря на замедление роста китайского рынка, именно он сохраняет первостепенную важность для ведущих производителей спиральных компрессоров. Компании создают на территории КНР производственные мощности, торговые сети, а также исследовательские центры. Японские производители расширяют производство инверторных спиральных компрессоров на китайских фабриках. Однако этого все еще недостаточно для удовлетворения внутреннего спроса, так что объемы импортных поставок тоже растут.
За последние несколько лет многие страны мира существенно ужесточили экологическое законодательство. Как результат все японские производители освоили технологию инверторов постоянного тока. Приступили к выпуску инверторных моделей компрессоров и компании из Европы и США. Компрессоры с «цифровыми спиралями» (технология Digital Scroll) стали применяться не только в VRF-системах, но и в тепловых насосах, и в холодильном оборудовании. Особенно широко спиральные компрессоры стали применяться в тепловых насосах «воздух — вода», которые имеют неплохие перспективы в странах с холодным климатом.
В мире растет спрос на эффективные и производительные системы отопления. В частности, на тепловые насосы на базе спиральных компрессоров двухступенчатого сжатия. В оборудовании этого типа все чаще применяется R410A и используется технология впрыска жидкого хладагента.
За пределами Европы, США и Японии большинство систем кондиционирования, использующих спиральные компрессоры, рассчитаны на применение R22. В холодильном оборудовании чаще применяется R404A. В Японии основной хладагент для спиральных компрессоров в системах кондиционирования и охлаждения — R410A, а в водонагревателях на базе тепловых насосов — CO2. На выставках в Европе и Китае демонстрировались прототипы спиральных компрессоров, использующих R32 и углеводороды, однако широкомасштабное производство такого оборудования еще не началось.
Винтовые компрессоры
Рынки развивающихся стран остаются основным двигателем спроса на винтовые компрессоры, объем которого в 2013 году оценивался в 137 860 штук, что на 2,4 % больше показателей предыдущего года.
Крупнейшим рынком винтовых компрессоров является Китай, за ним идут США и страны Европы.
Холодильная мощность отдельного винтового компрессора лежит в диапазоне от 30 до 500 х. т., что говорит о том, что потолок производительности для данного вида устройств, по всей видимости, уже достигнут. Развитие технологии движется в направлении повышения эффективности и уменьшения габаритов. С этой целью разработаны сдвоенные винтовые компрессоры, а также трехроторные винтовые компрессоры.
Основная область применения винтовых компрессоров — холодильные машины, в том числе с воздушным охлаждением, с водяным охлаждением, с рекуперацией тепла и льдоаккумуляторами. В сфере кондиционирования компрессоры винтового типа приходят на смену поршневым устройствам. Практически все европейские, американские и японские компании, занимающиеся изготовлением винтовых компрессоров, увеличили объемы выпуска продукции, предназначенной для удовлетворения нужд производителей систем кондиционирования из Китая.
В развивающих странах, таких как Китай, Индия, государства Юго-Восточной Азии, и других стабильно растет сегмент систем охлаждения для пищевых продуктов. Следовательно, в ближайшие годы следует ожидать увеличения спроса на винтовые компрессоры для холодильного оборудования. Европейские компании, имеющие большой опыт производства компрессоров винтового типа, уже осваивают холодильный сегмент. Отдельные детали эти производители изготавливают в Европе, а окончательную сборку продукции осуществляют в странах Азии, откуда продукция поставляется по всему миру.
Если в Европе имеется значительное число компаний, для которых винтовые компрессоры являются конечным продуктом, то фирмы из США и Японии изготавливают их для применения в собственных холодильных машинах.
Количество инверторных моделей винтовых компрессоров в последнее время выросло, появились образцы, в которых хладагент используется для охлаждения инвертора. Такие устройства отличаются повышенной компактностью и надежностью.
В сегменте систем кондиционирования произошел переход от применения R22 к таким хладагентам, как R134a и R407C. Ряд европейских производителей выпустил винтовые компрессоры на HFO-1234ze.
Поршневые компрессоры
Диапазон производительности существующих моделей компрессоров старейшего из всех известных типа — поршневого — просто огромен. За долгую историю своего существования поршневые компрессоры нашли широчайшее применение как в климатической, так и в холодильной отраслях.
Спрос на полугерметичные поршневые компрессоры для климатических систем в 2013 году составил 167 440 штук, что на 9 % меньше, чем в 2012 году. Спрос на устройства этого типа, предназначенные для холодильного оборудования, не изменился. В ближайшие годы ожидается рост потребности в компрессорах для холодильных систем в развивающихся странах. Существенно вырос спрос на поршневые компрессоры в сегменте водонагревателей, использующих технологию теплового насоса.
Китайские компании, ранее поставлявшие в Европу герметичные поршневые компрессоры для коммерческих систем охлаждения под OEM-брендами, постепенно начали поглощать местных (европейских) производителей.
Некоторое время назад были разработаны герметичные поршневые компрессоры для холодильного оборудования для работы с «зелеными» хладагентами R290 и CO2. Кроме того, появилось множество моделей полугерметичных устройств, использующих гидрофторолефины и CO2.
В Европе, Китае и Японии новую волну спроса на полугерметичные поршневые компрессоры породило распространение тепловых насосов различного типа, в том числе типа «воздух — вода», использующих CO2.
Центробежные компрессоры
Объем мирового рынка холодильных машин с компрессорами центробежного типа в 2013 году оценивался в 13 000 штук, что на 7,6 % больше показателей 2012 года.
Крупнейшие потребители центробежных чиллеров — Китай и США, в этих же странах сконцентрировано и их производство. В 2013 году объем китайского рынка центробежных чиллеров составил 3 710 штук, американского — 2900 штук, японского — 440 штук, значительную часть которых составили устройства инверторного типа.
Основную массу центробежных компрессоров и чиллеров на их базе производят компании из США. В последние годы КНР и США увеличивают экспорт этого вида продукции в страны Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии. Часть производителей чиллеров изготавливает компрессоры самостоятельно, другие же используют продукцию азиатских компаний.
Как правило, центробежные компрессоры применяются в холодильных машинах производительностью от 80 х. т. (280 кВт). Согласно отчету «Малые центробежные компрессоры», опубликованному в ASHREA Journal в октябре 2003 года, небольшие компрессоры центробежного типа, использующие высокоскоростные моторы, позволяют уменьшить нижнюю границу рабочего диапазона холодильной мощности. Малые центробежные компрессоры холодопроизводительностью 25–80 х. т. (88–280 кВт), предназначенные для чиллеров и центральных кондиционеров, могут потеснить спиральные и поршневые компрессоры в традиционной для них нише. Маркетинговые исследования показывают, что при масштабе производства 25 000 штук в год стоимость малых центробежных чиллеров сравняется с ценой аналогичных по характеристикам холодильных машин с поршневыми компрессорами.
Стремление повысить эффективность работы при частичной нагрузке служит стимулом для разработки и активного совершенствования инверторных и безмасляных центробежных компрессоров. Увеличение спроса на компрессоры с не требующим смазки подвесом особенно заметно в США, где вопросы энергоэффективности являются первостепенными.
Основной хладагент в центробежном сегменте — R134a. В США и Японии идут испытания HFO-1234ze в качестве замены ГФУ и ГХФУ в данном типе компрессоров, ведутся разработки чиллеров, использующих в качестве хладагента воду.
Проблемы и перспективы
В 2013 году ведущие мировые производители компрессоров представили ряд перспективных новинок, созданных с использованием технологий и решений, которые определят будущее этого рынка на ближайшие годы.
Инверторная технология становится стандартом. За последнее время в ряде стран были приняты строгие требования к энергоэффективности оборудования, распространяющиеся, в числе прочего, на системы кондиционирования и холодильную технику. Наиболее верный способ выполнить эти требования — использовать компрессор (являющийся наиболее энергоемкой частью оборудования) с инверторным управлением.
Первыми инверторными стали роторные компрессоры, затем технология стала применяться в спиральных компрессорах. Массовое производство позволило уменьшить себестоимость, однако инверторные устройства все еще стоят дороже компрессоров с постоянной скоростью мотора. Поэтому дальнейшее распространение инверторной технологии зависит от того, насколько ее применение позволит снизить эксплуатационные расходы.
Как правило, компрессоры и инверторные контроллеры производятся и продаются отдельно. Однако в последнее время растет доля компрессоров со встроенным контроллером.
Еще одна деталь: если ранее электродвигатели постоянного тока применялись только в небольших компрессорах для кондиционеров малой производительности, то сейчас появились модели для центробежных холодильных машин.
Растет спрос на компрессоры для VRF-систем. Мировой спрос на VRF-системы растет даже быстрее спроса на бытовые кондиционеры в развивающихся странах. В основном в VRF-системах используются спиральные компрессоры, как с инверторным управлением, так и типа Digital Scroll — «цифровая спираль», но встречаются модели и с устройствами роторного типа.
Технологическое лидерство в данном сегменте рынка удерживает Япония, где VRF-системы и были изобретены. Европейские и американские компании стараются не отставать, расширяя ассортимент компрессоров для VRF. Наращивают собственное производство данного вида продукции и ведущие производители систем кондиционирования из Китая и Южной Кореи.
Безмасляная технология. Не требующие смазки центробежные компрессоры на магнитном подвесе запущены в серию и привлекают все больше внимания как решение, способствующее экономии энергоресурсов. Верхняя граница диапазона производительности таких устройств в настоящее время поднята до 700 х. т.
Основными рынками для компрессоров с магнитным подвесом являются Северная Америка, Европа и Австралия. Также ожидается увеличение продаж в Китае, Индии, России и Бразилии.
В то же время новый всплеск интереса вызвали давно известные керамические подшипники. Ожидается, что эта технология в самое ближайшее время также будет востребована рынком.
Тепловые насосы. Ассортимент оборудования, в котором используются компрессоры, способные работать в режиме теплового насоса, растет. Сегодня он включает бытовые и полупромышленные системы кондиционирования, VRF-системы и даже чиллеры. Кроме того, такие компрессоры используются в водонагревателях.
Развитие технологии ведет к появлению новых устройств, таких, например, как осушители. Тепловые насосы «воздух — вода» получили статус оборудования, использующего возобновляемый источник энергии, и спрос на них неуклонно растет, особенно в Китае. Несмотря на сокращение или полное прекращение программ по субсидированию покупки тепловых насосов в Европе, этот вид оборудования продолжает набирать популярность. Многие производители разрабатывают тепловые насосы «воздух — вода», способные работать в холодном климате.
В Японии особое распространение получили водонагреватели Eco Cute, использующие CO2 в качестве хладагента. В октябре 2013 года общий объем поставок Eco Cute достиг 4 миллионов штук.
По материалам
Винтовые компрессоры и холодильные машины
История создания и развития
Ежегодно для систем кондиционирования и холодильного оборудования производится примерно 140 000 винтовых компрессоров. Это более чем в десять раз превышает количество выпускаемых за год центробежных компрессоров. За последние десять лет объем производства винтовых компрессоров увеличился более чем вдвое.
С начала производства в 1922 году «локомотивом» коммерческого и промышленного кондиционирования остаются центробежные компрессоры. Однако в наши дни их теснят устройства винтового типа, которые находят применение в холодильном оборудовании, а также в чиллерах средней и большой мощности, предназначенных для систем кондиционирования. Сегодня большинство производителей холодильной и климатической техники по всему миру выпускает свои собственные винтовые компрессоры. Кроме того, на этот вид продукции переключились компании, традиционно занимавшиеся изготовлением поршневых компрессоров.
Теоретические принципы работы винтового компрессора были сформулированы в 1870-х годах и реализованы на практике в 1930-х. Производство винтовых компрессоров для холодильного оборудования началось в 1960-х. И лишь в 1980-х современные полугерметичные винтовые компрессоры нашли применение в чиллерах систем кондиционирования. В данной статье мы проследим все этапы, которые прошла эта технология.
Ранние годы
Винтовой компрессор был спроектирован и запатентован в Германии в 1870-х годах, однако уровень технологий того времени не позволял изготовить ротор с требуемыми характеристиками. Лишь во второй половине 1930-х шведская компания SRM смогла воплотить в жизнь теоретические наработки более чем полувековой давности и приступила к производству воздушных компрессоров для газовых турбин. Эта конструкция была разработана как возможное решение проблемы неконтролируемого изменения частоты вращения, характерного для центробежных компрессоров. Винтовой компрессор такой конструкции получил название сдвоенного или двойного (twin screw compressor), потому что он состоял из двух входящих друг в друга винтов. Понадобилось десять с лишним лет, чтобы добиться нужной точности изготовления роторов. В 1948 году SRM продала лицензию на использование своей разработки британской компании Howden, после чего стала заключать лицензионные соглашения с фирмами всего мира. Это было началом эры глобального производства винтовых компрессоров. SRM продолжила патентовать различные варианты своей разработки и по состоянию на 2008 год имела действующие лицензионные соглашения более чем с 50 компаниями по всему миру.
Первыми стали выпускаться винтовые компрессоры сухого сжатия, позже — в 1950-х — появились модели с впрыском масла.
В холодильных системах винтовые компрессоры стали применяться в 1960-х, спустя сорок лет после начала производства центробежных чиллеров. В это время происходит вытеснение поршневых устройств компрессорами с ротационным принципом сжатия.
Первые компрессоры, выпущенные SRM, имели симметричный профиль ротора, однако исследования в области усовершенствования конструкции привели к разработке в 1970-х компрессоров с асимметричной формой роторов, ставшей в настоящее время стандартом.
Чуть ранее, в 1960-х, французский изобретатель Бернар Циммерн создал конструкцию, известную сегодня как одновинтовой компрессор. Свою разработку конструктор начал производить на предприятии Omphale в Париже, затем, чтобы обеспечить внедрение новинки в США, основал компанию Single Screw Compressor Inc. (SSCI). В отличие от двойного винтового компрессора одновинтовой имеет всего один винтовой ротор (основной) и два запорных ротора. Сжатие газа обеспечивается за счет сцепления запорных роторов с канавками винта.
Всего были созданы четыре основные разновидности одновинтового компрессора, представлявшие собой различные комбинации плоского или цилиндрического основного ротора с плоскими или цилиндрическими запорными роторами. На сегодняшний день самой распространенной является конструкция с цилиндрическим винтовым ротором и плоскими запорными.
В холодильной индустрии одновинтовые компрессоры стали использоваться чуть позже двойных — в 1970-х годах.
Переход к ротационному принципу сжатия
До 1960–1970-х годов основным типом компрессора для климатического и холодильного оборудования был поршневой. Однако затем ситуация начала меняться. Да, поршневые компрессоры отличались высокой производительностью, широким диапазоном мощности, простотой обслуживания, но ротационный принцип сжатия, используемый, кстати, и в винтовых компрессорах, давал возможность сократить количество деталей. Кроме того, обеспечивалась компактность изделия и низкий уровень вибрации, что, в свою очередь, позволяло использовать двигатели с высокой скоростью вращения. Производство компрессоров с ротационным принципом сжатия стало возможным, благодаря повышению точности процессов металлообработки. В 1960-х начался выпуск винтовых компрессоров для холодильной техники. Начиная с 1970-х годов в бытовых и полупромышленных кондиционерах используются роторные (роторно-пластинчатые) компрессоры. В 1980-х годах распространение получили спиральные компрессоры.
Изначально область применения винтовых компрессоров в сфере кондиционирования и охлаждения ограничивалась холодильным оборудованием и рядом чиллеров большой мощности с функцией теплового насоса.
Высокопроизводительный винтовой чиллер для систем кондиционирования был разработан компанией Dunham-Bush из США еще в 1960-х годах, но ниша подобного оборудования в то время уже была занята чиллерами с компрессорами центробежного типа. С точки зрения эффективности кондиционирования винтовой компрессор уступал и поршневым, и центробежным образцам. Кроме того, винтовым компрессорам требуется больше масла, чем другим, для защиты роторов и заполнения зазора между роторами. С одной стороны, масло предотвращает перетечки газа через внутренние зазоры и охлаждает сжимаемый газ, с другой — использование масла усложняет конструкцию, добавляя в нее громоздкий маслоотделитель, масляный насос для впрыска масла и другие элементы. Все это увеличивает стоимость винтового чиллера, уменьшая его способность конкурировать с чиллерами на базе компрессоров других типов. В то же время винтовые компрессоры обладают рядом преимуществ, проявляющихся при работе в составе машин большой мощности и в режиме теплового насоса: способность обеспечить высокий коэффициент сжатия, малый уровень вибрации, компактность, возможность плавной и точной регулировки. Благодаря этим особенностям винтовые чиллеры впервые были использованы для создания больших холодильных систем и тепловых насосов с воздушным охлаждением мощностью свыше 100 л. с. Сегодня же устройства винтового типа широко используются в промышленных газовых компрессорах и холодильных системах.
По материалам
