- Долгий путь на рынок
- Атмосфера внутри и снаружи
- 10% мировой энергии на прохладу
- Каждый градус на счету
- Охлаждение, дружественное климату
Долгий путь на рынок
Кондиционер, как и велосипед, изобретали много раз, хотя физика процесса известна с начала XIX века: идею и принцип работы описал в 1809-м американец Оливер Эванс, он же составил первые схемы механизма. В 1815 году француз Жанн Шабаннес запатентовал «метод кондиционирования воздуха», а патент на устройство для охлаждения получил в 1835-м британец Джейкоб Перкин. Но до 20-х годов XX века кондиционеры оставались почти неизвестны широкой публике.
В 1929-м компания General Electric выпустила первый комнатный кондиционер – прародитель современных. В качестве хладагента использовался аммиак, испарения которого опасны, поэтому спросом такие приборы не пользовались. К 1931 году был придуман способ получения синтетического фреона, что послужило толчком к массовому изготовлению холодильных устройств в США. Бум производства пришелся на 1950-е, а уже через десятилетие Штаты уступили первенство Японии.
Зеленая повестка ТЭК: от крайностей энергоперехода к балансу
Идею сплит-системы, когда компрессор вынесен на стену на улице, реализовала в 1961 году Toshiba. До этого кондиционеры располагались в оконных проемах, крадя их площадь. С новыми установками в помещениях стало тише, внутренний блок можно было размещать в любом месте офиса или квартиры. Продажи пошли вверх, среди производителей появились десятки брендов.
Следующим инновационным решением стала конструкция, предложенная в 1982-м компанией Daikin: сплит-системы с несколькими блоками, каждый – с раздельной регулировкой. С тех пор революционных изменений не было, производители встали на эволюционный путь: больше функций, меньше шума, ниже потребление энергии и цена.
В Советском Союзе первые приборы для охлаждения воздуха появились с пуском в 1975-м Бакинского завода бытовых кондиционеров. По лицензии Toshiba он производил к концу 1970-х свыше 430 тыс. устройств. Модель БК-1500 была самой популярной и оставалась дефицитом даже при высокой для советских граждан цене 350 руб. После развала СССР завод снижал производство и закрылся, так как конкурировать с азиатскими моделями не мог.
Атмосфера внутри и снаружи
Споры о влиянии кондиционеров на здоровье возникают регулярно. Из плюсов охлаждения: невысокая температура среды снижает риск обострения сердечно-сосудистых болезней, аллергикам легче дышать в фильтрованном воздухе, прохлада в спальне повышает качество сна, а на рабочем месте – производительность труда. Вред тоже есть: холодный воздух провоцирует простуды. Чтобы избежать их, нужно придерживаться разницы между внешней и внутренней температурами не более 10°C (если на улице +35°C, внутри следует ограничиться +25°C). Такой перепад легче переносится и не ослабляет иммунную защиту.
Дальше будет жарче: способно ли человечество изобрести технологии для снижения температуры на Земле
Если охлаждение воздуха в помещении – вопрос комфорта, то плата за него – влияние на климат. Физика тепломассообменного процесса предполагает, что, снижая температуру в замкнутом пространстве, радиатор отдает тепло вовне. Компрессор и вентилятор потребляют энергию. Хорошо, если источником ее служат ВИЭ, но с большой вероятностью энергию произвели ТЭС. Есть и еще один негативный момент – возможные утечки хладагента, например фреона, газа с большим парниковым эффектом.
Во второй половине прошлого века никто не думал о результатах выбросов в атмосферу. До подписания Киотского протокола в 1997-м и Парижского соглашения в 2015-м глобальное потепление считалось угрозой лишь в академических кругах. И пусть оно измеряется долями градуса, но процесс запущен и пока остановить его не удалось.
МЭА еще несколько лет назад в докладе «Будущее охлаждения» (The Future of Cooling) предупреждало о негативных последствиях эксплуатации климатической техники, призывая выработать новые стандарты энергоэффективности. «Мы пытаемся привлечь внимание всего мира к этой проблеме, критически важной для создания устойчивой глобальной энергетической системы и предотвращения изменения климата», – писал во вступительном слове глава МЭА Фатих Бироль.
10% мировой энергии на прохладу
Больше половины кондиционеров сегодня приходится на Китай и США, при том что в зоне жаркого климата живет три четверти населения Земли. Это Индия, государства Юго-Восточной Азии, Африки и Ближнего Востока. Спрос на кондиционеры растет в среднем на 4% ежегодно, в Азии – на 6,5%. Жаркие страны в сезон тратят на охлаждение до 70% энергии, а всего на планете на кондиционеры приходится десятая часть от общей ее выработки.
Припекает: почему человечество не сможет остановить климатический хаос
Главным фактором, сдерживающим распространение климатических установок, является не их цена, а стоимость энергии, точнее, доля расходов на нее в бюджетах домохозяйств. Там, где охлаждающие устройства более всего необходимы, у людей меньше средств на их покупку и на оплату электроэнергии. Например, в Африке южнее Сахары кондиционеры установлены лишь в 5% домов, в Индии и Индонезии – в 10%, в Мексике и Бразилии – в 30%. Для сравнения: в Китае, США, Японии и Южной Корее свыше 90% помещений оборудовано сплит-системами.
Потребление энергии на охлаждение, уверены эксперты, будет расти из-за насыщения рынка доступными моделями, а также роста народонаселения и повышения уровня жизни в развивающихся экономиках. В ближайшие десятилетия кондиционеры будут занимать второе место по потреблению энергии, уступая только электромобилям.
Каждый градус на счету
В 1990–2020 годах кондиционеры стали источником выбросов почти гигатонны CO2, подсчитали в МЭА. В 2024-м мировой спрос на электроэнергию вырос на 4,3%, в том числе из-за усиленного кондиционирования помещений вследствие аномальной жары. Последнее десятилетие вообще продемонстрировало серию температурных рекордов. Если жаркие периоды будут повторяться, то системы охлаждения и далее будут провоцировать рост выбросов.
Технически самая действенная мера – повышение энергоэффективности устройств охлаждения. Однако наибольшая доля продаж приходится на модели, которые в два, а то и в три раза более «прожорливы», чем наилучшие из доступных на рынке, ведь одним из факторов при выборе кондиционера остается цена. Может помочь разъяснительная работа о том, что дешевая и малоэффективная модель на самом деле обойдется дороже из-за более высоких счетов за энергию на протяжении срока службы устройства.
Экология должна быть экономной: что стоит за бумом инвестиций в ClimateTech
По сценарию МЭА «Нулевые выбросы к 2050 году», энергоэффективность кондиционеров к 2030-му вырастет на 50%. В этом десятилетии появятся доступные и эффективные системы. Еще один вариант – создание централизованных систем охлаждения, как это сделано в теплоснабжении. Они более экономичны за счет масштаба.
Агентство неоднократно подчеркивало, что требуется пересмотр стандартов энергопотребления и даже меры запретительного характера. Например, Индия рекомендовала производителям кондиционеров оснастить устройства термостатами, не позволяющими опускать температуру ниже +20°C. В зданиях европейских стран температура по нормативам должна быть +22°C. Снижение ее на градус может сэкономить до 10 млрд кубометров газа в год. В Австрии и Ирландии в системе отопления работает программа «На градус меньше!». Для систем охлаждения этот лозунг мог бы звучать наоборот – «На градус больше!».
Снизить потребность в охлаждении могут и более эффективные конструкции зданий. Полезные площади их за два десятилетия увеличились на 60%, а к 2030-му возрастут еще на 20%, или на 45 млрд кв. м. Наибольшая часть будет построена в регионах, особенно нуждающихся в кондиционировании, а это как раз таки страны с низкими требованиями к теплоизоляционным свойствам стройматериалов.
Охлаждение, дружественное климату
Резервов для снижения воздействия кондиционеров на окружающую среду много. Центр климатических технологий ООН относит к перспективным направлениям новые типы хладагентов – веществ, не являющихся парниковыми газами, которые неядовиты и просты в замене и утилизации (традиционные хладагенты вроде фреона дают парниковый эффект примерно в тысячу раз больший, чем CO2). Американский стартап M2 Thermal Solutions разработал технологию, интегрирующую традиционную, основанную на испарении, с новой мембранной. Разработка находится на стадии получения патентов, подробности о мембранных испарителях производитель не раскрывает.
Прогресс со скрипом: после конференции ООН в Глазго заговорили о климатической катастрофе
Новый тип хладагента предложил и Гарвардский университет: твердотельный, не дающий выбросов. Здесь используется феномен изменения температуры не при испарении агента, а при его расширении или сжатии. Это так называемые барокалорические материалы. Они выделяют и поглощают тепло в ответ на изменение давления. Система охлаждения работает в цикле от состояния с низкой энтропией, когда материал поглощает тепло, охлаждая пространство, до состояния с высокой энтропией, когда энергия высвобождается в радиаторе, где она рассеивается. В настоящее время твердотельные агенты проходят лабораторные испытания.
Общепринятыми стандартами энергоэффективности являются кондиционеры SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) в Северной Америке или EER (Energy Efficiency Ratio) в Европе. Одна из наиболее дешевых опций – компрессор инверторного типа. Он регулирует скорость своей работы, подстраиваясь под среду в помещении. Важно использовать только энергоэффективные модели и только тогда, когда охлаждение действительно необходимо. Это МЭА и называет «ответственным кондиционированием».
