Потребление электроэнергии в мире увеличивается, поскольку во многих странах продолжает расти спрос на кондиционирование воздуха. Частично вследствие этого производители кондиционеров стали фокусироваться на увеличении энергоэффективности систем. На это повлияло и ужесточение экологического и энергетического законодательств.

Компрессор, на который приходится примерно 90 % потребления электрической энергии, играет решающую роль в определении эффективности и производительности кондиционера. Следовательно, чтобы обеспечить необходимое охлаждение и соответствовать жёстким требованиям европейского законодательства об использовании энергии (или даже превосходить их), необходимо усовершенствовать именно компрессор.

Решая эту сложную задачу, компания LG создала революционный компрессор, который поднимает планку для всей отрасли производства коммерческих систем кондиционирования воздуха.

История появления на свет компрессора LG R1. 3/2019. Фото 1

Начнём со знакомства. Расскажите, пожалуйста, нашим читателям о себе, своей должности и о том, за какое направление в компании LG вы отвечаете.

К.Ч.-Х.: Меня зовут Ким Чоль-хван (Kim Cheol-hwan), я разработчик в лаборатории кондиционирования воздуха Центра L&A, который является частью подразделения CTO. В нашей лаборатории мы разрабатываем инновационные технологии, которые обычно появляются на рынке после 5–10 лет напряжённой работы и неустанных исследований и усовершенствований. Мы сотрудничаем с фабрикой LG в Чханвоне и обеспечиваем поддержку от разработки идеи до полной коммерциализации продукта. Я начал работу в этой команде в 2002 году и сейчас отвечаю за исследования и разработки для нашего спирального компрессора. Это мой второй проект, первым была работа над спиральным компрессором высокого давления для системы Multi V.

Вы работаете в LG более десяти лет — удивительно, что это всего лишь ваш второй проект. Сколько времени обычно требуется для завершения проекта?

К.Ч.-Х.: Разработка нового типа компрессора требует технологического совершенства. От первоначального планирования до этапа массового производства может пройти семь или восемь лет. Что касается разработки спирального компрессора высокого давления — первого проекта, над которым я работал, — для его завершения потребовалось около восьми лет. Что касается компрессора R1, мы начали изучать технологию в 2010 году, подали заявку на патент в 2012-м, начали коммерциализацию в 2015 году и приступили к запуску продукта в 2018-м.

История появления на свет компрессора LG R1. 3/2019. Фото 2

Поскольку разработка компрессора R1 заняла так много времени, вы, должно быть, сильно к нему привязались. Можете кратко рассказать о нём нашим читателям?

К.Ч.-Х.: Компрессоры в кондиционерах в идеале должны быть высокоэффективными в плане энергосбережения и производить мало шума для сохранения тишины. Инновационный LG R1 сочетает в себе характеристики спиральных и роторных компрессоров, которые позволяют соответствовать этим двум целям.

Для успешного внедрения спиральной конструкции с нижним сжатием вал должен проходить через центр компрессионного элемента, чтобы обеспечить оптимальную подачу масла в критические области с высоким коэффициентом трения.

Для этого LG разработала первую в мире гибридную спиральную конструкцию со сквозным валом, которая не только нагнетает требуемое давление даже при сквозном расположении вала, но и обеспечивает структурную целостность формы спирали.

Кроме того, лопасть обычного спирального компрессора, как правило, имеет форму дуги с постоянной толщиной, что не даёт большой вариативности с точки зрения конструкции.

С другой стороны, гибридная спираль состоит из двадцати дуг различной формы, что в конечном счёте обеспечивает больше свободы при проектировании. Важно отметить, что в новом компрессоре область сжатия хладагента имеет область эллипса. По завершению цикла скорость сжатия увеличивается, что позволяет хладагенту быстрее достичь требуемого давления, а также повысить надёжность компрессора, увеличивая толщину стенок в области сжатия. LG запатентовала эту технологию в Южной Корее и Соединённых Штатах Америки.

Итак, новый компрессор объединил в себе преимущества своих предшественников — спиральных и роторных компрессоров. Как вам пришла в голову такая инновационная идея?

К.Ч.-Х.: Разработка компрессора R1 началась с идеи поддержания эффективности спирального компрессора при использовании конкурентоспособной цены роторного компрессора, а также его возможностей подачи масла и простоты конструкции. Мне нравится проводить аналогию с грузовиком, чтобы объяснить, насколько R1 лучше по эффективности, чем предыдущие модели компрессоров. Если в прошлом люди использовали десятитонный грузовик для перевозки одной тонны груза, то теперь они могут использовать грузовик грузоподъёмностью в одну тонну для перемещения одной тонны груза и десятитонный грузовик для десятитонной нагрузки. Представляется разумным иметь компрессор, который сможет регулировать свою производительность в зависимости от имеющейся нагрузки. Это как раз то, что делает компрессор R1.

Итак, мы начали искать способы объединить преимущества обоих типов компрессоров. В случае роторного компрессора сжатие происходит один раз за оборот, что приводит к большим колебаниям нагрузки и шумной работе. Тем не менее, эта технология по-прежнему имеет свои достоинства. Система подачи масла у неё лучше, поскольку компрессионный элемент расположен в нижней части устройства. Кроме того, простая конструкция корпуса делает его производство относительно недорогим.

Спиральный компрессор, с другой стороны, эффективен и не производит шума — две взаимосвязанные спирали обеспечивают плавное сжатие рабочего тела. Тем не менее, сложность конструкции его верхнего компрессионного элемента приводит к относительно низкой конкурентоспособности с точки зрения цены.

Наш компрессор R1 — первое устройство, которое эффективно сочетает «метод сжатия» спирального компрессора и конструкцию механизма роторного компрессора, устраняя при этом недостатки и несовершенства каждого типа.

С какими основными трудностями вы столкнулись при разработке и как вы их преодолели?

К.Ч.-Х.: Насколько я помню, было две основные трудности. Во-первых, подобрать верное соотношение между давлением газа и толщиной стенок компрессора, то есть расположить вал внутри компрессионного элемента, чтобы решить фундаментальную проблему спирального компрессора. Однако после размещения вала в центре области сжатия мы обнаружили, что для потребного сжатия не хватает места, что приводит к снижению эффективности и надёжности. Также проявилась недостаточная прочность конструкции.

Мы поняли, что при обычной форме спирали вариант «сквозного вала» невозможен. Обсудив возможные решения проблемы с командой проекта, мы придумали новую форму спирального компрессора с областью сжатия хладагента, имеющей форму эллипса. Так появилась одна из лучших особенностей компрессора R1 — первая в мире гибридная форма спирали со сквозным валом. После этого мы начали проводить глубокие исследования, чтобы воплотить в реальность эту конструкцию.

Вторая трудность была связана с тем, что вал изгибался при высоком выходном давлении. Мы столкнулись с этим, когда пытались понять, как создать спиральный компрессор со сквозным валом и верхним компрессионным элементом.

Проект даже был временно приостановлен, так как решение не находилось. Мы оказались на распутье в ситуации, когда наше исследование могли полностью остановить. К счастью, у компании LG есть отличная программа поддержки, которая помогает исследователям в тот момент, когда они находятся на грани провала. Эта неоценимая поддержка позволила нам привлечь больше финансирования для исследований, и после реорганизации команды мы смогли разработать спиральную конструкцию с нижним компрессионным элементом, которая была способна удерживать вал при высоком выходном давлении.

Ваш пример действительно показывает, что новаторские продукты требуют долгосрочных исследований и разработок. Расскажите, пожалуйста, вкратце об основных характеристиках компрессора R1 и о том, какую пользу они принесут клиентам.

К.Ч.-Х.: Сегодня мы наблюдаем тенденцию ужесточения годовых норм энергопотребления для кондиционеров. Таким образом, для повышения годовой энергоэффективности важно снизить потери энергии при работе под низкой нагрузкой. Одним из самых больших преимуществ нашего компрессора R1 является его способность расширить рабочий диапазон, чтобы минимизировать возможные потери энергии. Это позволяет потребителю экономить на затратах на электрическую энергию и наслаждаться спокойной домашней обстановкой благодаря низкому уровню шума и минимальному уровню вибрации компрессора. А благодаря его способности работать на высоких скоростях улучшается эффективность обогрева при низких температурах.

В каких продуктах вы будете использовать компрессор R1?

К.Ч.-Х.: Мы будем использовать R1 в различных продуктах — от тепловых насосов «воздух-вода» (AWHP) до охлаждающих систем. Блок кондиционирования воздуха, оснащённый спиральным компрессором с нижним компрессионным элементом, может использовать технологию впрыска хладагента, что облегчает контроль и регулировку температуры. Сильные стороны компрессора R1 проявят себя в системах AWHP, ориентированных на ключевые европейские рынки. В Европе отопительные котлы постепенно замещаются тепловыми насосами «воздух-вода» под влиянием общей тенденции ориентированности на экологичность и энергоэффективность.

Способность компрессора R1 работать с высоким коэффициентом давления делает его идеальным и для холодильных установок, где требуется температура до – 45 °C. В таких случаях обычно используются два спиральных компрессора, соединённых последовательно. Однако теперь для выполнения такой работы достаточно использовать всего один компрессор R1.

Как вы думаете, какое влияние компрессор R1 окажет на сектор кондиционеров и другие отрасли производства?

К.Ч.-Х.: Во-первых, мы расширим охват компрессора R1 на весь сектор кондиционеров, предоставив его непревзойдённую производительность решениям для крупных коммерческих зданий и сооружений, а также для небольших жилых помещений. В будущем мы постараемся использовать нашу передовую технологию не только в системах кондиционирования воздуха и охлаждения, но и в других отраслях промышленности. На данном этапе мы всё ещё находимся в процессе изучения и рассматриваем возможности для будущей реализации.

Что ожидает этот революционный компрессор в будущем? Зная LG, могу утверждать, что вы не остановитесь на том, что сделали, и развитие, несомненно, является частью ваших планов.

К.Ч.-Х.: Несмотря на то, что у нас пока нет конкретных планов, мы постараемся разработать технологии как для бóльших, так и для меньших типоразмеров компрессора R1. Я так долго и усердно работал над этим проектом и потратил так много времени, чтобы увидеть, как он развился до сегодняшнего уровня, что R1 для меня уже как родной сын!

Если ваша уверенность в этом компрессоре окажется обоснованной, он может стать козырем компании LG, который изменит условия игры на рынке. Как вы думаете, вы все станете миллионерами в ближайшем будущем и уйдёте в отставку? 

К.Ч.-Х.: Я думаю, что самая большая награда для исследователя — это получение знаний, профессиональный рост и участие в разработке технологий, которые раньше не существовали. Моя цель не деньги. Я считаю, мне повезло, что в моей жизни было целых две возможности создать оригинальные технологии, и я довёл оба проекта до конца. Если рассматривать такой опыт как ценность, я думаю, что уже стал очень богатым.

Можете ли дать прогноз, что ждёт рынок кондиционеров в будущем?

К.Ч.-Х.: Как и во всех других отраслях, среда и рыночные условия могут быстро измениться. В последние годы в отрасли систем вентиляции, отопления и кондиционирования наблюдается рост спроса на кондиционирование воздуха в силу экономического развития и повышения температуры в некоторых регионах мира. В результате увеличилось потребление энергии, и оно продолжает расти. Это увеличение сыграло роль в ужесточении нормативов, касающихся энергоэффективности кондиционеров.

В Евросоюзе уже ужесточили Директиву по энергопотребляющей продукции ErP — от класса A (охлаждение/нагрев — 5,1/3,4) в 2013 году до A+ (5,6/4,0) в 2015-м, затем до A++ (6,1/4,6) в 2017 году и до A+++ (8,5/5,1) в 2019-м. Чтобы постоянно соответствовать этим стандартам, нам пришлось разработать экологичный кондиционер, который обеспечивает высокую эффективность и использует хладагент с низким потенциалом глобального потепления (GWP). Мы не думаем, что нормативы будут сильно ужесточены в ближайшее время. Однако новыми лидерами отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздухе станут компании, которые будут разрабатывать инновационные технологии с опорой на эффективность и экологичность.