LG R1: la storia della sua nascita

Uno dei principali sviluppatori di sistemi di ventilazione, riscaldamento e condizionamento LG racconta la storia della nascita del compressore LG R1.

Il compressore, che rappresenta circa il 90% del consumo di energia elettrica, svolge un ruolo cruciale nel determinare l’efficienza e la capacità di un condizionatore d’aria.

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Ci parli di lei, della sua posizione e dell’area di lavoro di cui si occupa presso la LG.

Mi chiamo Kim Cheol-hwan, sono uno sviluppatore del laboratorio di climatizzazione dell’L&A Center, che fa parte della divisione CTO. Collaboriamo con la fabbrica LG di Changwon e forniamo supporto dallo sviluppo dell’idea alla commercializzazione completa, come una sorta di ponte. Sono entrato a far parte del team nel 2002 e sono responsabile della ricerca e sviluppo del nostro compressore scroll. Questo è il mio secondo progetto, il primo è stato quello di un compressore scroll ad alta pressione per il sistema Multi V.

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Quanto tempo ci vuole di solito per completare un progetto??

Dalla pianificazione iniziale alla produzione di massa possono passare sette o otto anni. Per quanto riguarda il compressore R1, abbiamo iniziato la ricerca sulla tecnologia nel 2010 completata nel 2014 , abbiamo richiesto il brevetto nel 2012, abbiamo iniziato la commercializzazione nel 2015 e il lancio del prodotto nel 2023.

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Ci parli del compressore LG R1.

I compressori dei condizionatori d’aria devono essere altamente efficienti dal punto di vista energetico e poco rumorosi. L’LG R1 combina le caratteristiche dei compressori scroll e rotativi per soddisfare questi due obiettivi.

L’albero deve passare attraverso il centro dell’elemento di compressione per garantire un flusso d’olio ottimale nelle zone critiche ad alto attrito. LG ha sviluppato la prima coclea ibrida al mondo con un design ad albero passante che non solo fornisce la pressione richiesta anche con un albero passante, ma mantiene anche l’integrità strutturale della forma della coclea.

L’elica ibrida è costituita da venti archi di forma diversa per comprimere il refrigerante in una forma ellittica, evitando così il passaggio dell’albero attraverso il centro del compressore. Alla fine del ciclo di compressione, l’inclinazione viene aumentata per consentire al refrigerante di raggiungere più rapidamente la pressione richiesta, oltre ad aumentare l’affidabilità del nucleo, più che raddoppiando lo spessore dell’isolamento attorno al nucleo stesso. LG ha brevettato questa tecnologia in Corea e negli Stati Uniti.

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Il nuovo compressore combina quindi i vantaggi dei precedenti compressori scroll e rotativi. Come vi è venuta un’idea così innovativa??

Lo sviluppo del compressore R1 è partito dall’idea di mantenere l’efficienza di un compressore scroll utilizzando un compressore rotativo dal prezzo competitivo, oltre che dalle sue capacità di alimentazione dell’olio e dalla semplicità del suo design.

Mi piace usare l’analogia con i camion per spiegare come l’R1 sia più efficiente dei precedenti modelli di compressore. Mentre in passato si usava un camion da dieci tonnellate per carichi da una tonnellata, ora si può usare un camion da una tonnellata per carichi da una tonnellata e un camion da dieci tonnellate per carichi da dieci tonnellate. È opportuno disporre di un compressore in grado di regolare la capacità in base alle condizioni di carico. Questo è esattamente ciò che fa il compressore R1.

Il compressore LG R1 è il primo dispositivo che combina efficacemente il “metodo di compressione” del compressore scroll e il “design del meccanismo” del compressore rotativo, eliminando gli svantaggi e le imperfezioni di ciascun tipo.

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Quali sono state le principali sfide progettuali che avete affrontato e come le avete superate??

• La prima sfida: trovare il giusto rapporto tra la forza del gas e la forza di reazione del cuscinetto – collocare l’albero all’interno dell’elemento di compressione per risolvere il problema fondamentale del compressore scroll. Tuttavia, dopo aver posizionato l’albero al centro dell’area di compressione, abbiamo scoperto che non c’era spazio sufficiente per la compressione, con conseguente riduzione dell’efficienza e dell’affidabilità. Inoltre, il progetto mancava di robustezza. Mi sono reso conto che con l’attuale forma convenzionale della coclea, non è possibile posizionare “l’albero attraverso”. Dopo aver discusso le possibili soluzioni con il team di progetto, abbiamo ideato una nuova forma di compressore scroll che comprime il refrigerante in una forma ellittica durante la rotazione intorno all’albero. In quel momento è nata una delle migliori caratteristiche del compressore R1: la prima forma scroll ibrida al mondo con albero passante. Successivamente, abbiamo iniziato a condurre uno studio approfondito per trasformare questo progetto in realtà.

• La seconda sfida era la flessione dell’albero alle alte pressioni di uscita. Abbiamo riscontrato questo problema quando abbiamo cercato di capire come progettare un compressore scroll con un albero passante e un elemento di compressione superiore. Il progetto è stato addirittura temporaneamente sospeso, poiché non è stata trovata una soluzione. Ci siamo trovati di fronte a un bivio, in una situazione in cui la nostra ricerca avrebbe potuto essere completamente interrotta. Fortunatamente, LG Electronics ha un ottimo programma di supporto per aiutare i ricercatori quando sono sul punto di fallire. Questo prezioso supporto ci ha permesso di attrarre ulteriori finanziamenti per la ricerca e, dopo aver riorganizzato il team, siamo stati in grado di sviluppare un progetto a spirale con un elemento di compressione inferiore, in grado di mantenere l’albero ad un’elevata pressione in uscita.

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Può illustrarci brevemente le caratteristiche principali del compressore R1 e i vantaggi per i vostri clienti?.

Oggi si assiste a una tendenza verso standard annuali di efficienza energetica più severi per i condizionatori d’aria. Pertanto, per migliorare l’efficienza energetica, è importante ridurre le perdite di energia durante il funzionamento a basso carico. Uno dei maggiori vantaggi del compressore R1 è la capacità di estendere la gamma di funzionamento a velocità variabile per ridurre al minimo le potenziali perdite di energia. Ciò consente ai consumatori di risparmiare sui costi energetici annuali e di godere di un ambiente domestico più silenzioso grazie alla bassa rumorosità e alle vibrazioni minime del compressore. Inoltre, la capacità di operare ad alta velocità migliora l’efficienza del riscaldamento a basse temperature.

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In quali prodotti utilizzerete il compressore R1??

Utilizzeremo l’R1 in prodotti che vanno dalle pompe di calore aria-acqua AWHP ai sistemi di raffreddamento. Un condizionatore dotato di compressore scroll con elemento di compressione inferiore può utilizzare la tecnologia di iniezione del refrigerante, facilitando il controllo e la regolazione della temperatura. La forza del compressore R1 si manifesta nei sistemi AWHP destinati ai principali mercati europei. In Europa, il segmento delle caldaie si sta gradualmente spostando verso i sistemi AWHP, influenzato dalla tendenza generale al rispetto dell’ambiente e all’efficienza energetica.

La capacità del compressore R1 di funzionare con un rapporto di pressione elevato lo rende ideale per i sistemi di refrigerazione che richiedono temperature fino a -45 ˚C. In questi casi, di solito si utilizzano due compressori scroll collegati in serie. Ma ora basta un solo compressore R1 per svolgere il lavoro.

– Quale impatto avrà il compressore R1 sul settore della climatizzazione e su altre industrie manifatturiere??

Estenderemo la portata del compressore R1 all’intero settore della climatizzazione. In futuro, cercheremo di applicare la nostra tecnologia avanzata anche ad altri settori. In questa fase, stiamo ancora esplorando e considerando le opzioni per la futura implementazione.

– Può prevedere quale sarà il futuro del mercato della climatizzazione??

Negli ultimi anni il settore HVAC ha registrato una crescente domanda di aria condizionata a causa dello sviluppo economico e dell’aumento delle temperature in alcune parti del mondo. Di conseguenza, il consumo di energia è aumentato e continua ad aumentare. Questo aumento ha contribuito all’inasprimento delle normative sull’efficienza energetica dei condizionatori d’aria.

L’Europa ha già inasprito la direttiva sul consumo energetico dei prodotti ErP , passando dalla classe A raffreddamento 5,1/riscaldamento 3,4 nel 2013 alla A+ 5,6/4,0 nel 2015, quindi alla A++ 6,1/4,6 nel 2023 e alla A+++ 8,5/5,1 nel 2023.

Per soddisfare costantemente questi standard abbiamo dovuto sviluppare un condizionatore d’aria ecologico che offre un’elevata efficienza e utilizza un refrigerante a basso potenziale di riscaldamento globale GWP . Non pensiamo che i regolamenti saranno molto più severi a breve.

Ma i nuovi leader del settore HVAC verranno dalle aziende che sviluppano tecnologie innovative che si concentrano sull’efficienza e sul rispetto dell’ambiente.