26 Квітня 2016
Інверторні кондиціонери
частина №1
Суть інверторної технології полягає в плавному регулюванні обертів компресора кондиціонера, залежно від того, яке теплове навантаження припадає на пристрій у процесі роботи. Таким чином, досягається не тільки ефективна, але і максимально економічна робота кондиціонера. Крім цього, інверторні кондиціонери виділяють значно менший обсяг СО2 під час роботи, що сприятливо позначається на екологічній обстановці. Будучи відносно новою розробкою, інверторні кондиціонери впевнено завойовують світовий ринок – ще у 2012 році їхня частка в продажах у світі становила майже 30%.
Вперше можливість відчути на собі переваги інверторних кондиціонерів отримали жителі Японії. Перші пристрої такого типу надійшли там у продаж ще на початку 80х років. Через більш ніж три десятиліття в Країні Вранішнього Сонця вже не знайти кондиціонерів, що використовують інший принцип роботи – всі пристрої, що продаються в Японії, є інверторними. У Європі частка систем з інверторним модулем досягає 50%, а в країнах Західної Європи – 80%. Крім звичайних кондиціонерів, інверторний принцип знайшов застосування в опалювальних пристроях і різних теплових насосах.
Австралія, відома своїми суворими законами в галузі екології, суворо регламентує енергоефективність обладнання, що використовується своїми громадянами. У зв’язку з цим у країні частка інверторних систем досягає 90% і до кінця десятиліття звичайні кондиціонери будуть повністю витіснені економними моделями.
Великим попитом користуються інверторні кондиціонери в Китаї. На початку 2000 років, коли в країні почався бум на встановлення кліматичного обладнання, енергоспоживання почало неконтрольовано зростати, створюючи певні проблеми. Японські виробники, вирішивши скористатися ситуацією, почали активно поставляти на ринок КНР свої інверторні моделі, але особливим попитом вони не користувалися, оскільки були доступні далеко не всім. Тоді компанії з Японії вчинили інакше – вони відкрили в Піднебесній спільні з китайськими підприємцями фабрики з виробництва таких пристроїв.
Перший китайський інверторний кондиціонер був виготовлений у 2008 році. До цього ринок пристроїв такого типу показував стабільний приріст не більше 7% на рік, але початок виробництва інверторів у Піднебесній значно збільшив попит на ці апарати, і продажі стали зростати на 25% щорічно. Зараз у Китаї частка інверторних систем у загальній масі продажів становить не менше 50%. Незважаючи на великий попит на економні, функціональні інверторні кондиціонери, цей вид пристроїв не зустрічається на внутрішньому ринку США. Американські користувачі віддають перевагу моноблоковим, віконним і просто агрегатованим системам, не інверторного принципу. На даний момент, серед поширених у Штатах моноблочних кондиціонерів інверторні моделі зустрічаються дуже рідко – їх не більше 3%..
Історія інверторних систем
Перший повноцінний кондиціонер з інверторним принципом дії був розроблений наприкінці 1980 року японським технологічним гігантом Tokyo Shibaura Electric, який нині називається Toshiba Carrier. Це була комерційна модель, яка надійшла в продаж через два роки, в 1982 році.
Сам інвертор – це електронний пристрій, принцип роботи якого заснований на напівпровідникових елементах. З його допомогою проводиться автоматичне регулювання кількості обертів вала компресора з урахуванням теплового навантаження в певний момент. Іншими словами, компресор працює завжди саме в тому режимі, який ідеально підходить для того, щоб підтримувати задану температуру. Інвертор можна вважати найважливішим винаходом за всю історію кліматичної техніки, який докорінно змінив уявлення про економічність пристроїв такого типу в усьому світі.
Поява інверторних систем дала поштовх до появи на японському ринку кондиціонерів, здатних забезпечувати як охолодження повітря, так і його обігрів. Технології, створені японськими інженерами, тепер відомі в усіх куточках планети, і їх можна зустріти в холодильних установках, вентиляторах, чиллерах, насосах різного призначення.
Інверторні кондиціонери
Перші кондиціонери, що з’явилися на світовому ринку електроприладів у 60-х роках 20 століття, могли забезпечувати тільки охолодження повітря. Пристрої, здатні обігрівати, змінюючи напрямок переміщення холодоагенту в системі, вперше були представлені на початку 70-х, і їхня ефективність була дуже низькою. Щоб такий кондиціонер якісно підігрівав повітря, його забезпечували додатковим нагрівальним елементом. Трохи пізніше з’явилися і безнагрівальні пристрої, але вони не стали популярними через високу витрату електроенергії.
В інверторі електронним способом здійснюється максимально точне управління електродвигуном компресора, а точніше швидкістю обертання його вала. Діапазон зміни частоти перебуває в проміжку від 30 до 90 Гц, тоді як двигун звичайного кондиціонера має стабільну частоту 50-60 Гц. Для зміни частоти застосовують особливу технологію зміни частоти робочого струму, в якій бере участь потужний транзистор, комп’ютерний контролер і програмне забезпечення.
Конструктори Toshiba повідомили, що нова розробка далася їм непросто, і для здійснення задуму довелося мобілізувати всі сили компанії. Розробка здійснила справжню революцію, адже завдяки інвертору досягаються такі переваги:
- Кондиціонер вмикається і відразу ж починає працювати з максимальною ефективністю, завдяки чому задана температура повітря досягається швидше.
- Коли потрібних параметрів досягнуто, продуктивність кондиціонера знижується, враховуючи навантаження. При цьому досягається економія електроенергії.
- Кондиціонер, завдяки можливості роботи компресора з підвищеною частотою, можна використовувати для обігріву за дуже низьких температур.
частина №2
Розвиток технології
В Японії 90-ті роки ознаменувалися справжніми технологічними перегонами, під час яких різні виробники створювали дедалі досконаліші та доступніші інверторні моделі як для побутового, так і для напівпромислового використання. Крім цього, принцип знайшов застосування при створенні тепло- і холодоутворювального обладнання. З’явилися холодильні установки з можливостями сушіння і розморожування. Також було винайдено кондиціонери з так званим “швидким стартом”, які зберігали тепло в спеціальному обміннику компресора, щоб віддати його під час старту обігріву для досягнення заданих параметрів у найстисліший час.
Дещо пізніше з’явилися так звані DC-Inverter, з якими стала можливою економія електроенергії до 30% на рік. Використання двигунів, що працюють із постійним струмом, дало змогу підвищити продуктивність компресорів, особливо у випадках, коли компресор працював із невеликою швидкістю.
На початку 80-х концерн Daikin запропонував VRF-систему, що використовує принцип змінної регульованої витрати фреону. У такій системі спеціальний регульований електронікою вентиль розподіляв фреон від одного зовнішнього блоку до внутрішніх, розташованих усередині приміщення. Технологія дала змогу окремо керувати кожним внутрішнім блоком, враховуючи температуру повітря в кожному приміщенні.
Майже чверть століття тому японські бренди спробували захопити зі своїми інверторними моделями перспективний американський ринок, але через те, що уявлення жителів Сполучених Штатів про кондиціонери відрізнялися від японських, спроба стала невдалою. На ринку США залишився лише один японський “гравець”, компанія Daikin, якій вдалося розробити і почати успішно продавати кондиціонер моноблочного виконання, випущений на заводі американського виробника Goodman.
Основним недоліком інверторного обладнання є висока затратність на початковій стадії виробництва, через що впровадження цієї технології в багатьох країнах відбувається вкрай повільно. У країнах Латинської Америки абсолютна більшість кондиціонерів, що продаються, досі має постійну частоту компресора. Спеціально для цих країн південнокорейські виробники випускають недорогі інверторні моделі, які зовсім нещодавно надійшли на латиноамериканський ринок і поки ще не встигли показати хороших результатів продажів.
Фахівці вважають, що найбільш перспективним ринком для інверторних пристроїв є Індія. У цій країні зараз спліт-системи активно замінюють віконні моноблочні системи і є певний попит на пристрої з ефективними енергозберігаючими технологіями.
Багато країн мають законодавства, що регламентують енергоефективність електричних приладів. Вимоги закону до пристроїв можна розділити на дві категорії:
- Заборона на продаж пристроїв, енергоефективність яких нижча за встановлену норму;
- Вимоги до маркування пристроїв, за класами енергозбереження.
Статистичні дослідження свідчать про те, що в країнах, де діють такі закони, а це Японія, Австралія і більшість країн Євросоюзу, рівень продажів інверторної техніки набагато вищий, ніж там, де законодавчих вимог до пристроїв немає.
У Країні Вранішнього Сонця уже кілька років працює державна програма TopRunner, яка встановлює основні показники ефективності електричних пристроїв, зокрема й кліматичних. При цьому враховується не загальноприйнятий коефіцієнт продуктивності, відомий як СОР, а APF – річна продуктивність пристрою.
В Австралії існує свій норматив, що стосується мінімальної продуктивності, який скорочено називається MEPS. У 2011 р. до норм було внесено зміни і тепер замість річного показника AEER виробники керуються коефіцієнтом ACOP. У Євросоюзі не так давно вимоги до енергозбереження були переглянуті і введено SEER – сезонний індекс обліку енергоефективності. У КНР вимоги до споживання енергії посилилися в 2011 р., потім були переглянуті в бік посилення контролю в 2013 р.
У Сполучених Штатах існує окремий інститут AHRI, що займається проблемами енергоефективності кондиціонерів та інших пристроїв, зокрема й холодильних установок. Установа розробила систему маркування техніки за її енергоощадними характеристиками, яка почала використовуватися з 2006 р. У 2015 р. введено норми, які вимагають, щоб SEER для кондиціонерів у північних регіонах США становив щонайменше тринадцять, а для решти штатів – чотирнадцять.
У кондиціонерах інверторного типу використовуються електромотори двох основних типів:
- З постійними магнітами, для компресорних двигунів;
- Постійного струму, для вентиляторів.
Корейські компанії та їхні колеги з КНР планують збільшувати обсяги виробництва моторів, призначених для використання в інверторних системах. Компанія Rechi створює на Тайвані потужності для виробництва BLDC – безщіткових двигунів, що використовують постійний струм. У найближчі роки компанія планує вийти на обсяг 30 мільйонів одиниць продукції на рік. Використання інверторних кондиціонерів – це не тільки висока енергоефективність, а й зниження матеріаломісткості при виробництві пристроїв. У США, де попит на інвертори зовсім невисокий, у зв’язку з цим багато компаній намагаються створити кондиціонер з інвертором моноблочного типу, який влаштував би американського споживача. На виставці AHR Expo, яка є найбільшим форумом кліматичної техніки в США, щорічно з’являються інверторні моделі моноблочного типу, які можна порівняти за габаритами зі звичайними пристроями. На жаль, поширенню інверторів перешкоджає той фактор, що ринок США майже повністю зайнятий зарубіжними виробниками. Підйом галузі неможливий без масштабної участі місцевих виробників, здатних пропонувати конкурентоспроможну економічну техніку.
Консультація спеціаліста
