Энергоэффективность кондиционеров: SEER, EER и COP.

Введение

Отношение холодопроизводительности к потребляемой электроэнергии, как стандарт для систем ОВК

Американское определение SEER

В Соединенных Штатах эффективность кондиционеров часто оценивается по коэффициенту сезонной энергоэффективности (SEER), который определяется Институтом кондиционирования воздуха, отопления и холодильной техники (AHRI), торговой ассоциацией, в своем стандарте AHRI 210/240, Performance Rating of Unitary Air Conditioning and Air Source Heat Pump Equipment. Аналогичным стандартом является европейский коэффициент сезонной энергоэффективности (ESEER). Показатель SEER для устройства представляет собой отношение холодопроизводительности за типичный сезон охлаждения к общему потреблению электрической энергии за тот же период. Чем выше показатель SEER устройства, тем оно более энергоэффективно. В США SEER выражается как отношение холодопроизводительности в британских тепловых единицах (BTU) к потребленной энергии в ватт-часах. Коэффициент преобразования (COP), более универсальная единица измерения эффективности, рассматривается в следующем разделе.

Отношение SEER к EER и COP

Коэффициент энергоэффективности (EER) конкретного охлаждающего устройства – это отношение выходной энергии охлаждения (в BTU) к входной электрической энергии (в ватт-часах) в заданной рабочей точке. EER обычно рассчитывается при наружной температуре и внутренней (фактически, температуре возвращаемого воздуха) температуре и относительной влажности 50%. EER связан с коэффициентом производительности (COP), обычно используемым в термодинамике, при этом основное различие заключается в том, что COP охлаждающего устройства безразмерный, поскольку числитель и знаменатель выражены в одних и тех же единицах. EER использует смешанные единицы измерения, поэтому не имеет непосредственного физического смысла и получается путем умножения COP на коэффициент пересчета из BTU в ватт-часы: EER = 3,41214 × COP (см. Британская тепловая единица). Сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER) также является COP (или EER), выраженным в BTU/Вт⋅ч, но вместо оценки в одном рабочем режиме он представляет собой ожидаемую общую производительность в течение типичного года погодных условий в конкретном месте. Таким образом, SEER рассчитывается при той же температуре в помещении, но в диапазоне наружных температур от – до –, с определенным процентом времени в каждом из 8 интервалов, охватывающих 5 °F (2,8 °C). В этой оценке не учитываются различные климатические условия, и она предназначена для того, чтобы показать, как EER изменяется в зависимости от диапазона наружных температур в течение сезона охлаждения. Типичный EER для бытовых центральных охлаждающих установок = 0,875 × SEER. SEER имеет более высокое значение, чем EER для одного и того же оборудования. Обратите внимание, что этот метод используется только для эталонного моделирования и не подходит для всех климатических условий. Однако при замене оборудования или определении параметров новых установок доступны различные значения SEER. Для большинства применений наиболее экономически эффективными являются устройства с минимальным или близким к минимальному SEER, но чем дольше охлаждающий сезон, чем выше затраты на электроэнергию и чем дольше покупатели будут владеть системами, тем более оправданными становятся устройства с постепенно более высоким SEER. Жилые сплит-системы кондиционирования воздуха с SEER 20 и выше теперь доступны. Устройства с более высоким SEER обычно имеют более крупные теплообменники и несколько компрессоров, а некоторые также имеют регулируемый расход хладагента и регулируемый расход подаваемого воздуха.

The energy efficiency ratio (EER) of a particular cooling device is the ratio of output cooling energy (in BTUs) to input electrical energy (in watt hours) at a given operating point. EER is generally calculated using a outside temperature and an inside (actually return air) temperature of and 50% relative humidity. The EER is related to the coefficient of performance (COP) commonly used in thermodynamics, with the primary difference being that the COP of a cooling device is unit less, because the numerator and denominator are expressed in the same units. The EER uses mixed units, so it doesn't have an immediate physical sense and is obtained by multiplying the COP by the conversion factor from BTUs to watt hours: EER = 3.41214 × COP (see British thermal unit). The seasonal energy efficiency ratio (SEER) is also the COP (or EER) expressed in BTU/watt hour, but instead of being evaluated at a single operating condition, it represents the expected overall performance for a typical year's weather in a given location. The SEER is thus calculated with the same indoor temperature, but over a range of outside temperatures from to , with a certain specified percentage of time in each of 8 bins spanning 5 °F (2.8 °C). There is no allowance for different climates in this rating, which is intended to give an indication of how the EER is affected by a range of outside temperatures over the course of a cooling season. Typical EER for residential central cooling units = 0.875 × SEER. SEER is a higher value than EER for the same equipment. Note that this method is used for benchmark modeling only and is not appropriate for all climate conditions. But when either replacing equipment, or specifying new installations, a variety of SEERs are available. For most applications, the minimum or near minimum SEER units are most cost effective, but the longer the cooling seasons, the higher the electricity costs, and the longer the purchasers will own the systems, the more that incrementally higher SEER units are justified. Residential split system AC units of SEER 20 or more are now available. The higher SEER units typically have larger coils and multiple compressors, with some also having variable refrigerant flow and variable supply air flow.

1992 год

В 1987 году был принят закон, вступивший в силу в 1992 году, который устанавливал минимальное значение SEER равным 10. В Соединенных Штатах редко встречаются системы с рейтингом ниже SEER 9, поскольку старые, существующие установки заменяются на новые, более энергоэффективные.

2006 год

С января 2006 года требовался минимальный показатель SEER равный 13. В Соединенных Штатах системы для жилых помещений, произведенные после 2005 года, должны иметь минимальный рейтинг SEER 13. Центральные кондиционеры, сертифицированные по программе ENERGY STAR, должны иметь SEER не менее 14,5. Оконные кондиционеры не подпадают под действие этого закона, поэтому их показатель SEER остается на уровне около 10.

2015 год

В 2011 году Министерство энергетики США (DOE) пересмотрело правила энергосбережения, чтобы установить повышенные минимальные и региональные стандарты для систем HVAC для жилых помещений. Региональный подход учитывает различия в экономической целесообразности, обусловленные региональными климатическими условиями. Например, установка кондиционера с очень высоким показателем SEER не имеет существенной экономической выгоды в штате Мэн, расположенном на северо-востоке США. С 1 января 2015 года центральные кондиционеры с раздельной системой, установленные в юго-восточном регионе Соединенных Штатов Америки, должны иметь показатель SEER не менее 14. Юго-восточный регион включает Алабаму, Арканзас, Делавэр, Флориду, Джорджию, Гавайи, Кентукки, Луизиану, Мэриленд, Миссисипи, Северную Каролину, Оклахому, Южную Каролину, Теннесси, Техас и Вирджинию. Аналогично, центральные кондиционеры с раздельной системой, установленные в юго-западном регионе, должны иметь минимум 14 SEER и 12,2 EER, начиная с 1 января 2015 года. Юго-западный регион состоит из Аризоны, Калифорнии, Невады и Нью-Мексико. Центральные кондиционеры с раздельной системой, установленные во всех остальных штатах, не входящих в юго-восточный и юго-западный регионы, должны по-прежнему соответствовать минимальному показателю 13 SEER, который является текущим национальным требованием. DOE увеличивает внешнее статическое давление систем с текущего SEER (0,1 дюйма водяного столба) до SEER2 (0,5 дюйма водяного столба). Эти условия давления были разработаны с учетом канальных систем, используемых на практике. С этим изменением будет использоваться новая номенклатура для обозначения рейтингов M1 (включая EER2 и HSPF2). +Новый минимум с рейтингами M1Раздельная системаРегионСеверо-ЗападЮго-ЗападЮго-ВостокAC < 45000 BTU/h13,4 SEER214,3 SEER2 / 11,7 EER214,3 SEER2AC ≥ 45000 BTU/h13,8 SEER2 / 11,2 EER213,8 SEER2

Максимальные рейтинги SEER

Сегодня доступны мини-сплит (безвоздушные) кондиционеры с показателем SEER до 42. На выставке AHR Expo 2014 года компания Mitsubishi представила новый мини-сплит безвоздушный кондиционер с показателем SEER 30,5. В 2015 году компания GREE также выпустила мини-сплит с показателем SEER 30,5. Компания Carrier представила кондиционер безвоздушного типа с показателем SEER 42 на выставке Consumer Electronic Show (CES) 2018 года, проходившей в Лас-Вегасе. Традиционные кондиционеры с воздуховодами имеют максимальные показатели SEER, немного ниже этих значений. Кроме того, на практике, центральные системы демонстрируют коэффициент энергоэффективности на 10–20% ниже номинального из-за потерь в воздуховодах. Также существуют геотермальные кондиционеры для жилых помещений с показателем SEER до 75. Однако эффективность геотермального теплового насоса зависит от температуры используемого грунтового или водного источника. В жарком климате температура грунтовых или поверхностных вод значительно выше, чем в холодном, и поэтому достичь такой эффективности невозможно. Более того, система оценки ARI для геотермальных тепловых насосов позволяет им в значительной степени игнорировать потребляемую мощность насоса при расчете показателей, что приводит к тому, что фактические значения SEER часто оказываются ниже, чем у наиболее эффективного оборудования с воздушным источником, особенно при воздушном охлаждении. Существует ряд технологий, которые позволят в ближайшем будущем увеличить показатели SEER и EER. К ним относятся роторные компрессоры, инверторы, бесщеточные двигатели постоянного тока, приводы с регулируемой скоростью и интегрированные системы, такие как те, что используются в кондиционерах на солнечной энергии. Низкие температуры могут привести к тому, что тепловой насос будет работать с меньшей эффективностью, чем резистивный нагреватель, поэтому обычные тепловые насосы часто оснащаются нагревательными элементами или вспомогательным отоплением от сжиженного газа или природного газа, чтобы предотвратить работу цикла охлаждения с низкой эффективностью. Тепловые насосы для "холодного климата" разработаны для оптимизации эффективности при температурах ниже. По состоянию на 2023 год на рынке представлены тепловые насосы, способные извлекать тепло из наружного воздуха при температурах до. В случае холодного климата геотермальные тепловые насосы (водяные или грунтовые) часто являются наиболее эффективным решением. Они используют относительно постоянную температуру грунтовых вод или воды в большом подземном контуре для смягчения перепадов температур летом и зимой и повышения производительности в течение всего года. Летом цикл теплового насоса меняется на обратный, чтобы функционировать как кондиционер.

Today there are mini split (ductless) air conditioner units available with SEER ratings up to 42. During the 2014 AHR Expo, Mitsubishi unveiled a new mini split ductless AC unit with a SEER rating of 30.5. GREE also released a 30.5 SEER rating mini split in 2015 as well. Carrier launched a 42 SEER ductless air conditioner during 2018 Consumer electronic Show (CES), held in Las Vegas. Traditional AC systems with ducts have maximum SEER ratings slightly below these levels. Also, practically, central systems will have an achieved energy efficiency ratio 10–20% lower than the nameplate rating due to the duct related losses. Additionally, there are ground source residential AC units with SEER ratings up to 75. However, ground source heat pump effective efficiency is reliant on the temperature of the ground or water source used. Hot climates have a much higher ground or surface water temperature than cold climates and therefore will not be able to achieve such efficiencies. Moreover, the ARI rating scheme for ground source heat pumps allows them to largely ignore required pump power in their ratings, making the achievable SEER values often practically lower than the highest efficiency air source equipment—particularly for air cooling. There are a variety of technologies that will allow SEER and EER ratings to increase further in the near future. Some of these technologies include rotary compressors, inverters, DC brushless motors, variable speed drives, and integrated systems such as those found in solar powered air conditioning. Lower temperatures may cause a heat pump to operate below the efficiency of a resistance heater, so conventional heat pumps often include heater coils or auxiliary heating from LP or natural gas to prevent low efficiency operation of the refrigeration cycle. "Cold climate" heat pumps are designed to optimize efficiency below As of 2023 heat pumps are marketed that will extract heat from outdoor temperatures as low as In the case of cold climates, water or ground source heat pumps are often the most efficient solution. They use the relatively constant temperature of ground water or of water in a large buried loop to moderate the temperature differences in summer and winter and improve performance year round. The heat pump cycle is reversed in the summer to act as an air conditioner.