Различные показатели энергоэффективности кондиционеров

Как они появились?
Прежде чем перейти к изучению конкретных показателей и методов их расчета, необходимо определиться с целью введения этих показателей. Какую информацию они должны нести в себе?
Кондиционер потребляет электрическую энергию и вырабатывает холодильную мощность. Очевидно, что цель — добиться максимальной холодопроизводительности при минимальном энергопотреблении. Поэтому любой показатель энергоэффективности по своей сути — это отношение холодильной мощности к потребляемой.

Но и холодопроизводительность (в большей степени), и потребляемая мощность (в меньшей степени) зависят от условий эксплуатации кондиционера, главным образом — от температуры окружающей среды и температуры в обслуживаемом помещении. Именно необходимость учета реальных режимов работы и привела к появлению различных показателей энергетической эффективности.

EER — моментальный показатель энергоэффективности
Итак, обзор показателей энергоэффективности начинается с самого простого и известного — коэффициента EER (Energy Efficiency Ratio, — коэффициент энергетической эффективности), который равен отношению холодопроизводительности к полной потребляемой мощности при расчетных условиях работы:
EER = Qх/Nпотр.

Особенности данного показателя:
EER — это показатель, привязанный к определенным условиям, то есть, это моментальный показатель. Обычно приводится EER для номинального режима (100% тепловая нагрузка при стандартных условиях). Это может быть удобно для быстрой оценки эффективности оборудования, но тогда будет учитываться только один режим работы. Часто в каталогах расчет EER производится с учетом только мощности компрессора (без учета вентиляторов и других частей кондиционера), что не совсем верно при отсутствии соответствующих оговорок. EER является интернациональным общепризнанным показателем, понятным для специалистов всех стран и континентов. Именно по EER и только по нему производится деление кондиционеров по классам энергоэффективности (табл. 1).

Согласно директивам Комиссии Евросоюза по энергетике и транспорту, у кондиционеров должна быть этикетка энергоэффективности ЕС, показывающая основные потребительские свойства товара. Эффективность использования энергии обозначается классами — от A до G. Класс A имеет самое низкое энергопотребление, G наименее эффективен. Разделение на классы по EER представлено в табл. 1.

Таблица 1. Разделение кондиционеров на классы энергоэффективности

Обобщенные (сезонные) показатели энергоэффективности
Главная причина введения сезонных показателей — необходимость оценить эффективность работы холодильного оборудования в условиях, приближенных к реальным, то есть в течение всего сезона при различной нагрузке и температуре окружающей среды.

Другими словами, обобщенные показатели учитывают ненагруженные режимы работы, поэтому их иногда называют коэффициентами энергоэффективности при частичной нагрузке. Экспериментальные данные показывают, что нагрузка на систему кондиционирования в течение года изменяется в диапазоне от 10 до 100% (см. рис. 1).

Очевидно, что данная кривая может существенно изменяться в зависимости от климата конкретной местности. С целью упрощения расчетов коэффициентов энергоэффективности и для расширения диапазона их применения подобная кривая требует осреднения. Наиболее часто встречается четырехступенчатое осреднение.

Выделим основные особенности обобщенных показателей энергоэффективности:
Как правило, используется четырехступенчатое осреднение сезонной нагрузки на климатическую систему.
Оценка производится только для одной холодильной машины. Однако СНиП 41-01—2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» п. 9.2 гласит, что «Систему холодоснабжения следует проектировать из двух или большего числа установок охлаждения». В случае системы холодоснабжения на основе нескольких чиллеров ситуация меняется. Например, график нагрузки каждого чиллера в системе из трех чиллеров, в зависимости от общей нагрузки, представлен на рис. 2. Из графика видно, что в многочиллерной системе нагрузка на каждый чиллер выше, чем в одночиллерной, если общая нагрузка не превышает 65% от максимальной. Отсюда следует вывод: нагрузка на чиллер в многочиллерной системе практически всегда выше 50%, и обобщенные показатели энергоэффективности с четырехступенчатым осреднением, как правило, неуместны.

Расчет обобщенных показателей с четырехступенчатым осреднением производится по стандартной формуле:
Index = W1•EER (A1%, B1 °C) + W2•EER (A2%, B2 °C) + W3•EER (A3%, B3 °C) + W4•EER (A4%, B4 °C),
где W1 — относительная длительность периода с загрузкой А% при температуре наружного воздуха или соответствующей температуре охлаждающей воды В°C. При этом сумма W1+W2+W3+W4 всегда равна 1.

ESEER — Европейский сезонный показатель энергоэффективности
ESEER (European Season Energy Efficiency Ratio) — Европейский сезонный показатель энергетической эффективности, определяемый в соответствии с директивами Евросоюза, согласно спецификации ЕЕССАС (Оценка энергетической эффективности и сертификация кондиционеров воздуха). В Европе следует использовать именно ESEER. ESEER рассчитывается по следующей формуле:
ESEER =0.03•EER (100%, 35°C)+0,33•EER (75%, 30°C)+0,41•EER (50%, 25°C)+0,23•EER (25%, 20°C).

Параметры для расчета ESEER приводятся обычно в виде таблицы (см. табл. 2).

Таблица 2. Параметры для расчета показателя ESEER

Итальянский показатель EMPE
EMPE — Показатель энергетической эффективности чиллера, методика расчета которого разработана Итальянской ассоциацией кондиционирования воздуха, систем отопления и холодоснабжения AICARR (Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria Riscaldamento e Refrigerazione). EMPE используется на территории Европы. Исследования проводились для Центральной и Восточной Европы в следующих условиях:
- принят постоянный расход хладоносителя,
- температура хладоносителя на входе в чиллер фиксирована и равна 7°C.

Параметры для расчета EMPE указаны в таб. 3.

Таблица 3. Параметры для расчета показателя EMPE

IPLV — американский показатель энергоэффективности
IPLV (Integrated Part Load Values) — Интегральный показатель при частичной нагрузке. Это показатель энергетической эффективности, определяемый в соответствии со стандартом Института кондиционирования воздуха, систем отопления и холодоснабжения AHRI (Air Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute) № 550/590—98.
Параметры для расчета IPLV представлены в таб. 4.

Таблица 4. Параметры для расчета показателя IPLV

Индекс IPLV имеет следующие особенности:
IPLV в основном применяется на рынке США.
Длительность периода работы с 75—100%-ной нагрузкой принята равной 1%. Это очень малая величина. Здесь предполагается, что при проектировании систем холодоснабжения закладывается запас в 20–30% по холодопроизводительности.

Сезонное изменение тепловой нагрузки в Москве
Очевидно, что дискретные точки показателей энергетической эффективности для выбираемого оборудования должны максимально соответствовать режиму работы проектируемого объекта. К сожалению, в нашем распоряжении слишком мало накопленных опытных данных по регионам России. Пожалуй, наиболее точно их можно привести только для Москвы. Так, характерная ситуация в Московском регионе для объектов с системой холодоснабжения на основе двух чиллеров представлена в таб. 5.

Таблица 5. Сезонная нагрузка на систему охлаждения в г. Москве (по данным компании Trane) — система из двух чиллеров с водяным охлаждением конденсатора

SEER — сезонный EER
Еще один популярный показатель эффективности в США — SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) — Сезонный показатель энергетической эффективности. По сравнению с вышеописанными индексами SEER весьма необычен, поэтому вынесен отдельно. Коэффициент SEER также призван оценить среднюю эффективность кондиционера в течение одного сезона. В стандартах AHRI индекс SEER определяется как суммарная сгенерированная за сезон (период не более 12 месяцев) холодильная мощность, отнесенная к суммарной затраченной за этот же период электроэнергии.

Методика определения SEER описана в стандарте ANSI/AHRI 210/240—2008 и достаточно сложна. Отметим лишь, что предложены различные условия проведения испытаний для кондиционеров с обычным или инверторным компрессором, с воздушным или водяным охлаждением конденсатора.

Кроме того, в США индекс SEER имеет значение на государственном уровне. В частности, американским правительством предписывается минимально допустимое для рынка кондиционеров значение SEER. Так, в 1992 году оно было установлено на отметке 10,0, а в 1996 году — 13,0. В настоящее время рассматривается вопрос его повышения до 14,0. Здесь необходимо отметить, что холодильная мощность в США измеряется в британских технических единицах, отнесенных к часам (BTU/h), а потребляемая мощность — в ваттах. Учитывая, что 1 BTU = 3,41 Вт, указанные значения SEER получаются в 3,41 раза выше привычных цифр.

Кондиционеры, характеризующиеся показателем SEER 14,0 и выше, могут быть дополнительно маркированы в рамках стандарта «Energy Star», что является приоритетом при выборе климатического оборудования конечным пользователем. Наконец, с помощью SEER удобно вычисляется стоимость электропотребления данного кондиционера: достаточно перемножить SEER, холодопроизводительность, количество рабочих часов в году и стоимость единицы электроэнергии.