В 2020 году пандемия резко обвалила продажи систем кондиционирования бытового и коммерческого назначения на таких растущих рынках, как Китай, Индия, Юго-Восточная Азия и Латинская Америка. В США, Японии, странах Европы и в Австралии за счет перехода на домашнюю занятость и благодаря государственным субсидиям спрос на бытовые кондиционеры воздуха сохранился на доковидном уровне или даже немного вырос. Во второй половине 2020 года ускорилось восстановление китайского рынка коммерческих систем кондиционирования, однако в остальном мире ситуация в коммерческом сегменте остается сложной.

На сегменты коммерческого и промышленного холода пандемия не оказала заметного негативного влияния. Напротив, она способствовала росту спроса за счет увеличения потребности в хранении и перевозке лекарств и вакцин и повышения загрузки холодильных цепочек. Из-за пандемии люди стали совершать больше покупок онлайн и работать из дома. Быстрое распространение базовых станций мобильной связи стандарта 5G и дата-центров, нуждающихся в поддержании определенных температурных параметров, создает новые возможности для производителей компрессоров.

Значительные изменения в мировой индустрии продовольственной розницы способствуют увеличению спроса на холодильные компрессоры. И на сложившихся рынках США и Европы, и в развивающихся странах Азии спрос на холодильные компрессоры очень устойчив. В Европе, кроме того, заметную часть спроса обеспечивает потребность в модернизации, связанная с ускорением вывода фторсодержащих хладагентов из употребления.

На европейском рынке мощным стимулом для компрессорной индустрии является беспрецедентное распространение технологии теплового насоса. Не вызывает также сомнений влияние мер по защите окружающей среды, предпринимаемых в Европе, на направление развития глобального рынка компрессоров.

Ротационные компрессоры

Объем глобального рынка компрессоров ротационного типа в 2020 году уменьшился на 8,1% по сравнению с предыдущим годом, составив 194,32 млн штук. Из них 154,07 млн компрессоров приходятся на Китай, 16,07 млн – на Юго-Восточную Азию, 3,99 млн – на Индию, 5,28 млн – на страны Европы, 3,82 млн – на Японию, 2,23 млн – на Ближний Восток, 2,15 млн – на Бразилию и 1,62 млн компрессоров – на США.

Производство ротационных компрессоров сосредоточено в Азии, прежде всего – в Китае, а также в Таиланде, Японии и Малайзии.

С переносом производства кондиционеров воздуха за пределы Китая некоторые компании, занимающиеся выпуском компрессоров, приняли решение открыть фабрики в Индии и Юго-Восточной Азии.

Среди ведущих брендов ротационных компрессоров можно выделить: Guangdong Meizhi Compressor Company (GMCC), Gree (Landa), Rechi, Panasonic, Mitsubishi Electric, Highly, LG, Samsung и AVIC (Sanyo).

Область применения компрессоров ротационного типа охватывает кондиционеры воздуха, тепловые насосы и холодильное оборудование. Запрос рынка на ротационные компрессоры высокой мощности привел к разработке сдвоенных моделей. Такие компрессоры сегодня используются в бытовых и полупромышленных кондиционерах воздуха, чиллерах, VRF-системах и тепловых насосах «воздух-вода».

Сегмент тепловых насосов предоставляет производителям компрессоров широкие возможности для развития бизнеса. Совершенствование технологии ротационного сжатия увеличило теплопроизводительность тепловых насосов, благодаря чему стало возможно их использование даже в холодном климате. В холодильном оборудовании применяются сдвоенные компрессоры, характеристики которых позволяют конкурировать с компрессорами спирального типа.

Низкая стоимость способствует дальнейшему распространению компрессоров, использующих ротационную технологию сжатия. В США быстро развивающимися областями применения для них стали кондиционирование воздуха в «домах на колесах» и коммерческие моноблоки (PTAC).

В Европе ужесточение требований, касающихся фторсодержащих парниковых газов, способствует увеличению доли бытовых кондиционеров воздуха, использующих хладагент R32. Несмотря на то, что R32 является лишь временной альтернативой хладагентам с более высоким ПГП, он все чаще применяется основными производителями тепловых насосов «воздух-вода».

Растет востребованность ротационных компрессоров на хладагенте R290 (пропане) для использования в тепловых насосах. В Европе увеличивается число сушилок для одежды, представляющих собой тепловые насосы на R290.

В Китае, где прогнозируется ускорение перехода с хладагентов R22 и R410A на R32, ожидается, что к 2025 году рынок будет поделен поровну между устройствами на R32 и R410A.

В Японии выбор альтернативного хладагента сделан в пользу R32, уже получившего широкое распространение.

Что касается Юго-Восточной Азии, то в Таиланде, Индонезии и Вьетнаме велика доля бытовых кондиционеров воздуха на R32. В то же время, на Филиппинах, в Малайзии, Сингапуре и других странах региона продажи устройств на R32 только набирают обороты.

В январе 2025 года в Индии вступит в силу запрет на производство кондиционеров воздуха, использующих ГХФУ-хладагенты (в том числе R22), импорт подобного оборудования запрещен с 2015 года. В стране быстро растет спрос на ротационные компрессоры для хладагента R32, а местные производители приступили к выпуску бытовых кондиционеров воздуха на R290 (пропане).

В 2015 году Саудовская Аравия запретила ввоз и производство бытовых сплит-систем, использующих ГХФУ, включая R22 и R123. Стабильные продажи на Ближнем Востоке показывают разработанные в качестве альтернативы ротационные компрессоры на R410A, предназначенные для тропического климата и условий пустыни.

Несколько производителей разработали новые компрессоры ротационного типа для холодильной техники, использующие в качестве хладагента смеси гидрофторолефинов (ГФО) с низким потенциалом глобального потепления (ПГП).

Спиральные компрессоры

Несмотря на сокращение рынка компрессоров спирального типа, по итогам 2020 года в этом сегменте ожидается небольшой рост продаж в денежном выражении. В традиционных областях применения спиральные компрессоры все чаще уступают место устройствам ротационного типа со сдвоенным ротором, при этом холодопроизводительность одинарного спирального компрессора постоянно увеличивается.

По оценке JARN, мировой спрос на спиральные компрессоры в 2020 году сократился на 2,3%. Крупнейший рынок устройств данного типа – США – вырос на 5,5%, в то время как Китай – второй по величине рынок спиральных компрессоров в мире, показал падение на 19,5%. Страны Европы (без учета России и Турции) продемонстрировали падение спроса на 10,9%, в Юго-Восточной Азии падение было катастрофическим.

Ведущим производителем спиральных компрессоров в мире является компания Emerson. Ей принадлежит почти половина рынка компрессоров спирального типа для систем кондиционирования воздуха, лидирует она и в холодильном сегменте. Кроме того, среди производителей и брендов спиральных компрессоров можно выделить Johnson Controls-Hitachi (Guangzhou), Panasonic (Dalian), Invotech, Daikin, Mitsubishi Electric, Danfoss, SCI и Bitzer.

На сегменте спиральных компрессоров благоприятно сказался рост востребованности полупромышленных кондиционеров воздуха, чиллеров и VRF-систем, а также тепловых насосов и холодильного оборудования.

Продолжается развитие технологии модульных чиллеров на базе компрессоров спирального типа. Компактность таких чиллеров делает их очень удобными при транспортировке и монтаже, а возможность параллельного подключения позволяет достичь большой холодопроизводительности.

С коммерческой точки зрения перспективным представляется сегмент спиральных компрессоров для тепловых насосов «воздух-вода», использующихся не только для отопления, но и для организации горячего водоснабжения. В настоящее время в тепловых насосах «воздух-вода» широко применяются спиральные компрессоры с питанием от однофазной электросети.

Кроме того, благодаря своей компактности и высокой производительности, спиральные компрессоры все чаще применяются в холодильном оборудовании. Япония экспортирует спиральные компрессоры, использующие в качестве хладагента диоксид углерода (СО2) в Европу и Австралию. Эти компрессоры могут работать как в тепловых насосах, так и в холодильной технике.

Набирают популярность гибридные транспортные средства. В этом сегменте спиральные компрессоры обладают огромным рыночным потенциалом, так как их электрический привод не создает никакой дополнительной нагрузки на двигатель автомобиля. Крупнейшие производители климатической техники объявили о начале выпуска компрессоров спирального типа для использования в кондиционерах собственного производства.

Большинство компрессоров спирального типа, применяющихся в системах кондиционирования воздуха за пределами Европы, Японии и США, все еще используют хладагент R22. Спиральные компрессоры для холодильного и морозильного оборудования, как правило, работают на R404A.

В Японии часто встречается холодильное и морозильное оборудование на R410A. Стандартом стало применение использующих диоксид углерода компрессоров в тепловых насосах «воздух-вода» Eco Cute. На отраслевых выставках в Европе и Китае демонстрировались образцы спиральных компрессоров на R32 и углеводородных хладагентах, однако массовое производство подобной техники пока не стартовало. Тем временем, в США в полупромышленных кондиционерах начинают использовать смесевые хладагенты на основе гидрофторолефинов (ГФО).

Компрессоры винтового типа

Из-за отмены и переноса ряда крупных проектов сегмент компрессоров винтового типа для систем кондиционирования просел на 8,4%, но продажи винтовых компрессоров для холодильного оборудования, несмотря ни на что, выросли на 6,2%.

Суммарный объем рынка компрессоров винтового типа в 2020 году оценивался в 122 000 единиц оборудования.

Последние несколько лет в сегменте винтовых компрессоров царит застой. В системах кондиционирования на двух крупнейших рынках – в Китае и Европе – данный тип компрессоров уступает в конкурентной борьбе спиральным компрессорам с возможностью параллельного подключения и устройствам центробежного типа с магнитной подвеской ротора. Тем не менее, в Азии (включая Китай) растут продажи винтовых компрессоров для средне- и низкотемпературного холода. Кроме того, в США и Китае энергоэффективные водоохлаждаемые чиллеры на базе инверторных винтовых компрессоров успешно конкурируют с холодильными машинами на основе компрессоров центробежного типа. Во многих странах растет сегмент винтовых компрессоров для использования в тепловых насосах, прежде всего – в водонагревателях коммерческого назначения, обслуживающих, например, гостиницы.

Повышение стандартов качества жизни способствует стабильному росту рынка охлажденного и замороженного продовольствия в развивающихся странах, таких как Китай, Индия, государства Юго-Восточной Азии. Потребность в оборудовании для холодильных цепочек возрастает, создавая новые бизнес-возможности для производителей винтовых компрессоров. Постоянно растет сегмент оборудования на базе винтовых компрессоров для специализированных областей применения, таких как судовые рефрижераторные установки.

Около 90% винтовых компрессоров относятся к сдвоенному типу. Одновинтовые компрессоры производят Vilter (Emerson), Mitsubishi Electric, Daikin. Среди ведущих производителей винтовых компрессоров сдвоенного типа стоит назвать Bitzer, Hanbell, Fusheng, Johnson Controls-Hitachi (Guangzhou), Trane, Carrier, YORK, Frascold, GEA и Howden. Трехроторные винтовые компрессоры выпускает только Carrier.

Поршневые компрессоры

В 2020 году мировой спрос на полугерметичные компрессоры поршневого типа оценивался в 572 900 единиц оборудования, что на 8% больше, чем в 2019 году. Спрос на герметичные поршневые компрессоры коммерческого назначения в 2020 году составил 20,9 млн единиц оборудования, показав рост на 5,4% по сравнению с предыдущим годом. Рост наблюдался в сегменте холодильного хранения.

Компрессоры поршневого типа имеют долгую историю и отличаются широким спектром областей применения: от холодильного оборудования до систем кондиционирования воздуха и тепловых насосов. В целом, продажи поршневых компрессоров в сегменте кондиционирования падают, зато в сегменте холодильного оборудования – непрерывно растут год от года. Диапазон холодопроизводительности поршневых компрессоров позволяет использовать их как в бытовых и полупромышленных холодильниках, так и в мощном коммерческом и промышленном оборудовании. С поршневыми компрессорами могут использоваться самые разные хладагенты. Для применения в холодильной технике некоторое время назад созданы герметичные компрессоры, рассчитанные на работу с природными хладагентами R290 (пропан), R600a (изобутан) и CO2 (диоксид углерода). Выпускаются также полупромышленные модели для работы с хладагентами на основе ГФО.

В Европе потребность перевода встраиваемых холодильных витрин на новые хладагенты создает новые возможности для производителей герметичных поршневых компрессоров. В индустрии наблюдается значительное число слияний и поглощений.

Тепловы насосы (включая устройства типа «воздух-вода»), использующие в качестве хладагента диоксид углерода, являются новым источником спроса на полугерметичные компрессоры поршневого типа.

Компрессоры центробежного типа

Объем мирового рынка компрессоров центробежного типа в 2020 году оценивался в 17 200 единиц оборудования, что на 6,8 меньше, чем в предыдущем году. При этом сегмент компрессоров с магнитной подвеской ротора вырос на 2,7% по сравнению с 2019 годом за счет спроса, порождаемого центрами обработки данных и фармацевтической промышленностью.

Два основных потребителя компрессоров центробежного типа – США и Китай, в этих же странах сосредоточен и основной объем производства таких устройств. Большинство центробежных компрессоров и чиллеров на их основе выпускают производители из США. Некоторые компании, специализирующиеся на изготовлении чиллеров, заказывают центробежные компрессоры как самостоятельный продукт у азиатских производителей. Другие изготавливают собственные компрессоры для своих чиллеров.

За прошедшие 10 лет чиллеры на базе компрессоров центробежного типа с магнитной подвеской ротора, получившие признание как энергоэффективные решения для кондиционирования зданий, показали значительный рост продаж.

Рынок оценил пониженное энергопотребление, низкий уровень шума и простоту обслуживания компрессоров с магнитной подвеской ротора. В некоторых областях применения эти устройства заменили традиционные центробежные и винтовые компрессоры. В Австралии доля чиллеров на базе центробежных компрессоров с магнитной подвеской составляет до 70% от всех продаж чиллеров. Велика их доля и на рынках Европы и США. Активно растет сегмент центробежных компрессоров с магнитной подвеской в Китае.

Основным хладагентом для компрессоров центробежного типа является R134a. Производители из США и Японии испытывают ГФО-хладагент R1234ze в качестве замены гидрофторуглеродам (ГФУ) и гидрохлорфторуглеродам (ГХФУ).  Кроме того, в Японии разработаны экологичные чиллеры на базе центробежных компрессоров, использующих в качестве хладагента воздух или воду. Для компрессоров центробежного типа также доступен ГФО-хладагент с ультранизким ПГП (менее 1) R1233zd(F).

Прогноз состояния рынка

Ведущие страны мира приступили к массовой вакцинации, и эпидемиологическая ситуация в США, странах Европы и в Бразилии улучшается. С возобновлением деловой активности будет расти спрос и на компрессоры различных типов. Согласно прогнозам, сегменты ротационных и поршневых компрессоров восстановятся быстрее остальных и вернутся на доковидный уровень уже к концу 2021 года, восстановление других сегментов, как ожидается, потребует больше времени.

Основные направления развития технологий

Спиральные компрессоры

В последние годы заметно вырос интерес к экологичной продукции. В отношении систем кондиционирования воздуха и холодоснабжения действуют различные нормативные документы, призванные снизить нагрузку на окружающую среду в глобальном масштабе, сократить вредные выбросы в атмосферу путем перехода на новые хладагенты и уменьшить энергопотребление за счет поощрения повышения эффективности оборудования. Особое значение придается, в частности, развитию технологий, использующихся в компрессорах – ключевых компонентах систем кондиционирования воздуха и холодоснабжения.

Чтобы уменьшить энергопотребление таких систем, сократив тем самым парниковые выбросы, следует, в первую очередь, обратить внимание на компрессоры, потребляющие до 80% от всей энергии, идущей на питание системы. Стремление повысить эффективность компрессоров привело к появлению ротационных моделей для бытовых кондиционеров в 1960-70-х годах, винтовых компрессоров для чиллеров и холодильных систем в 1970-80-х годах, спиральных компрессоров для полупромышленных кондиционеров воздуха в 1980-х.

В наши дни практически везде традиционные поршневые компрессоры заменены устройствами ротационного типа. Исключение составляют лишь поршневые компрессоры малой мощности, использующиеся, в основном, в бытовых холодильниках. Основные принципы работы ротационного компрессора были сформулированы уже к началу XX века, однако для их практического воплощения требовались технологии высокоточной механической обработки для получения деталей сложной формы, создание надежного привода… Особенно важны тщательное соблюдение геометрии деталей и точность сборки для компрессоров винтового и спирального типов, поэтому своим появлением они во многом обязаны прогрессу технологий металлообработки.

В дополнение к уменьшению энергопотребления путем повышения эффективности, снижение парникового воздействия систем кондиционирования воздуха и холодоснабжения достигается за счет перехода на хладагенты с более низким потенциалом глобального потепления (ПГП). В частности, в бытовых холодильниках используют изобутан (R600a), в тепловых насосах, нагревающих воду для хозяйственно-бытовых нужд, применяют СО2, в мощном холодильном и морозильном оборудовании применяют аммиак (NH3), а в полупромышленных и бытовых кондиционерах воздуха — R32.

Ниже рассматриваются некоторые технологии, связанные с переводом спиральных компрессоров на новые хладагенты.

CO2 – использование в компрессорах, детандерах (расширителях), детандер-компрессорах

Во второй половине 1990-х годов усилилась озабоченность проблемой глобального потепления, и внимание привлекли системы кондиционирования воздуха и холодоснабжения, использующие в качестве хладагента диоксид углерода (CO2). Исследования показали возможность применения компрессоров для CO2 в автомобильных кондиционерах и тепловых насосах для нагрева воды.

В 2001 году компания Denso разработала спиральный компрессор для CO2 с герметичным корпусом низкого давления и нижним расположением механизма, и выпустила в продажу водонагреватели Eco Cute на его основе. После этого многие японские производители создали свои компрессоры для CO2 и вышли на рынок тепловых насосов для нагрева воды. Hitachi и Panasonic разработали компрессоры спирального типа в герметичном корпусе высокого давления, Mitsubishi Electric и Daikin представили ротационный компрессор также в герметичном корпусе высокого давления, а Sanyo создала двухступенчатый ротационный компрессор в герметичном корпусе промежуточного давления.

По сравнению с традиционными компрессорами систем кондиционирования воздуха и холодоснабжения, компрессор для CO2 отличается крайне высоким рабочим давлением и малым рабочим объемом. Чтобы обеспечить герметичность и устойчивость к высокому давлению предпринимались попытки увеличить прочность подвижной и неподвижной спиралей и повысить надежность подшипников.

С этой целью Mitsubishi Electric исследовала параметры скольжения осевых подшипников подвижной спирали, Panasonic изучала деформацию механизма в результате воздействия давления и температуры.

Кроме того, было проведено множество исследований возможности применения спиральных детандеров и детандер-компрессоров для рекуперации энергии в процессе расширения в сверхкритическом цикле охлаждения. Компания Hitachi разработала прототип CO2-расширителя (детандера) и детандер-компрессорного агрегата с расширителем с одной стороны и осевым компрессором с другой стороны, построив на их основе чиллер для демонстрации эффективности такого решения.

Аналогичный прототип был создан и в Mitsubishi Electric. По итогам его испытаний выяснилась важность снижения потерь давления в каждом элементе конструкции, а также предотвращения утечки тепла из осевого компрессора в расширитель для эффективности рекуперации и использования энергии расширения.