Il condizionatore intelligente

Air
Creative Commons License photo credit: Jan Tik

Perdonate il ritardo, ma purtroppo il tempo è per me estremamente tiranno e altri articoli hanno avuto la precedenza a questo, anche se si tratta di un argomento per lo più estivo.

Sebbene la riduzione dei consumi sia una priorità per le Case costruttrici noto sempre più come l’attenzione sia più orientata verso il contenimento delle emissioni nel ciclo omologativo ECE, ciclo che, come sappiamo, non risulta essere fedele al reale utilizzo non solo per quel che riguarda il profilo di velocità, di accelerazioni e l’auto provata (non vengono provati i reali allestimenti), ma anche per l’assenza dell’utilizzo dei sistemi di bordo come ad esempio il climatizzatore. Non bisogna dimenticare la possibilità che qualche Casa abbia delle mappe nelle centraline create ad hoc per il circuito d’omologazione che si attivano riconoscendo il profilo di velocità e le tempistiche di tale ciclo.
Oltre ad un relativamente basso interesse nella direzione della minimizzazione del consumo reale da parte dei clienti vi sono anche scarse conoscenze da parte dei Costruttori dell’utilizzo vero delle auto da parte degli utenti, come dimostrato da Toyota con i test delle Prius plug-in affidate ad una ristretta cerchi di persone interne ed esterne all’azienda monitorate costantemente per capirne il reale funzionamento di questa particolare versione ibrida, migliorarne i consumi e l’affidabilità oltre a capire l’approccio dell’utente medio.
Ho già parlato tempo fa della possibilità dell’utilizzo dell’ibrido, delle sue potenzialità di riduzione dei consumi nella versione plug-in e del “saling mode” a cui ho dedicato un articolo http://www.gruppohainz.it/auto-ibride/sailing-mode/, ma vorrei sottolineare i vantaggi dell’ibrido in estate, specie se plug-in.
Il tutto si basa sul presupposto che, con il funzionamento in modalità elettrica, il classico condizionatore collegato al motore endotermico tramite la cinghia dei servizi non funziona, questo impone di avere un compressore del climatizzatore azionato da un motore elettrico e, quindi, che può essere posizionato lontano da quella fonte di calore che è il motore endotermico. Questo è sicuramente un enorme vantaggio a cui si associano le medesime riflessioni fatte nell’articolo http://www.gruppohainz.it/hainz/elettrificazione-dei-componenti-del-motore/ per la pompa dell’acqua e per il climatizzatore.
Se pensate che il vostro climatizzatore di casa ha una potenza di 2 kWh pensate a quello che necessità un’auto con un sistema che deve essere estremamente compatto, ma poter funzionare sia durante a bassi giri del motore che a massima potenza. Di fatto la richiesta è sensibilmente più elevata e le condizioni critiche sono in città dove il motore spesso gira al minimo e non vi è molto scambio termico come quando in piena estate state percorrendo in colonna qualche autostrada affollata da o verso una località balneare, il caldo è forte e il condizionatore è al massimo visto che l’auto è piena di persone e cose; sebbene il motore endotermico si potrebbe spegnere tramite lo start&stop perché siete fermi o procedete solo per inerzia il condizionatore impone a quella “stufa” del motore endotermico di rimanere acceso e di girare in una delle condizioni più difficili, cioè al minimo! Ci troviamo quindi di fronte ad un vero e proprio paradosso perché si tratta di tenere in movimento una fonte di calore a cui è collegata tramite la cinghia dei servizi il sistema di raffreddamento, per di più non potendola neanche posizionare molto lontano visto che devono essere collegati tra di loro.
La condizione è ancor più gravosa per i motori piccoli (e io ne so qualcosa!), infatti l’assorbimento del compressore del climatizzatore è pari a circa 2 cavalli ogni mille giri (a 6000 giri si tratta di 12cv), ma quello che rende meglio l’idea è l’assorbimento ragionando in coppia che è pari a 10Nm. Se prendete per esempio la Fiat Cinquecento degli anni ’90 con il motore 900cc che avrà si e no 60Nm di coppia capite perché c’è un aumento dei consumi e un peggioramento netto nelle prestazioni. A questo assorbimento bisogna aggiungere 500 watt (circa 0,75 cavalli) delle ventole del condensatore e il rendimento della cinghia dei servizi (si tratta sempre di una trasmissione!).
Nelle ibride tutto ciò non serve, si può addirittura arrivare ad eliminare la cinghia dei servizi ed eliminare o trasformare o “fondere” i vari componenti che affollano il vano motore come l’alternatore con il motorino di avviamento e le varie pompe (pensate ad esempio alla riduzione della lunghezza del motore in ottica del “pianale Hainz” http://www.gruppohainz.it/tag/chassis-hainz/).
Di conseguenza si può spostare il compressore che verrà posizionato più lontano dal propulsore e alimentato da un motore elettrico dedicato che può far operare il climatizzatore con la strategia che la centralina ritiene più opportuna senza dover inseguire i regimi e i carichi del motore endotermico, se in più l’auto è plug-in può mantenere il condizionatore acceso anche durante le soste magari comandabile a distanza da un’app sul proprio smartphone o programmabile secondo un orario imposto. In questi casi ci sarebbe il limite della capacità della batteria a meno a che l’auto non sia collegata ad una colonnina di ricarica; vedo però molto difficile pensare ai taxisti fermi ad aspettare i clienti scendere a collegare e scollegare la presa dalla colonnina, ritengo molto più intelligente un sistema ad induzione posizionato sotto al veicolo che prende l’energia dal fondo stradale (per induzione o eventualmente per contatto) della piazzola di sosta dei taxi.
Dato che vi è il compressore e tutti i sistemi elettrici si può anche pensare di avere un pannello solare sul tetto in modo da alimentare la ventola dell’aria dall’abitacolo e il climatizzatore, ma già la sola ventola fa miracoli se si lascia l’auto al sole in piena estate riducendo di molto la temperatura.
Come abbiamo visto precedentemente la richiesta di energia per il climatizzatore è elevata, nessuno però ha mai pensato ad un sistema di accumulo del liquido refrigerante.
Poter far funzionare il sistema di climatizzatore durante i rallentamenti e quando si procede spediti (quindi quando il motore ha un rendimento migliore e vi è uno scambio termico decisamente più favorevole) sarebbe particolarmente utile anche perché salendo spesso sulle auto di amici noto il diffuso utilizzo del climatizzatore anche quando non servirebbe per raffreddare l’aria, giusto per avere un vetro completamente disappannato anche in inverno durante le giornate piovose.
Vi lascio con un piccolo appunto “estivo” generale. In estate la richiesta di calore è estremamente bassa, anzi in molti casi è un problema come nel caso dei sempre più diffusi climatizzatori che scambiano calore con l’aria esterna, mentre si potrebbe sfruttare questo calore integrando nello scaldabagno una serpentina del refrigerante del condizionatore (e lo scambio liquido-liquido è molto più efficace!).
Per i sistemi centralizzati (palazzi) e le grandi utenze come industrie, sedi commerciali si potrebbe sfruttare il calore aggiungendo un secondo collegamento alle auto nei parcheggi o nei garage in aggiunta a quello elettrico per le ibride plug-in (o elettriche) e cioè quello al sistema di raffreddamento e, quindi, anche all’olio motore, così da poter ridurre notevolmente il warm-up del motore non solo in estate, ma anche in inverno visto l’elevato rendimento delle centrali termiche domestiche. Da non sottovalutare, poi, come in inverno il calore del motore potrebbe essere ceduto all’impianto di casa….

Enzo Ceroni – Hainz 29/12/2012
http://www.gruppohainz.it/auto-ibride/il-condizionatore-intelligente/

PICCOLO APPUNTO SULLE IBRIDE sulle ibride e in particolar modo quelle che ritengo vero ibride (le plug-in). Il recupero energetico nei rallentamenti o nelle frenate permette di non utilizzare o di ridurre di molto l’usura di dischi e pastiglie con conseguente risparmio sulla sostituzione di tali componenti!


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2 Commenti

  1. Dear Enzo:

    Talking about the last piccolo appunto sulle ibride, I think it would be interesting to see this video: It is from Brembo and explains the changes in the braking system in the F1 with the energy recovery

    http://youtu.be/GNHOXqUGPmU (copy and paste)

    Very interesting, really changes a lot,
    One of the consequences is that, as you say, the wear of the rear system is reduced.
    With the F1 point of view applied, in this case the solution is to reduce the size (and weight) of the brakes.

    In the real world, the inmediate issue will be forgetting to maintain the rear brakes. In the long run, factories will use smaller/cheaper rear brake systems.

    In this case, I think the F1 will show the industry the way to follow, same as with brake-by-wire and super capacitors.
    This is some kind of disruption in auto technology. I think we will see a wide implementation in the industry.

    Saluti

    • I read the presentation and see the new mid engine (3 and 4 cylinder) but I think that Fiat Powertrain should think to study plug-in hybrid and engine that could work fine with this type, especially the possibility to remove the external belt and relocate air-condition. If you have a plug-in hybrid you couldn’t have this chain, the air condition could work better, away from the hot engine and without comprimize (now the compressor must work from 1’000 to 6’000rpm and from 0 to max p.m.e.). I also think that Fiat shoud have design the engine with the exhaust on the back because is more efficient in the warm-up, the center of the gravity of the vehicle is lower and rear and the hood lower (or a better score in crash-test) and use a single sump for the tranverse and longitudinal position.

      For the brake I think that if the rear break of a F1 is 7% more lighet for a normal car would be around 30% lighter and cheaper and you could change the brake every 100′-200’000 km!

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