As bombas de calor industriais da Coreia do Sul ultrapassam as normas de ensaio

Uma proposta para 600 RT surge num mercado que já utiliza máquinas de 1 000 RT

A proposta sul-coreana de uma norma nacional para bombas de calor de fonte de água abrangeria equipamentos com uma capacidade nominal de aquecimento e arrefecimento até 2 110 quilowatts, aproximadamente 600 toneladas de refrigeração (RT). No entanto, o Korea World Trade Center já instalou um sistema da classe de 1 000 RT, descrito como a primeira bomba de calor de fonte de água dessa dimensão no país. Também estão a ser introduzidos equipamentos de 1 000 RT ou mais em setores como o fabrico de papel.

A proposta da Agência Coreana de Tecnologia e Normas quadruplicaria a cobertura atual, de aproximadamente 150 RT. Ainda assim, ficaria muito aquém da capacidade das máquinas que estão a ser instaladas. Uma unidade de 1 000 RT é cerca de 67% maior do que o limite proposto de 600 RT, deixando uma diferença substancial entre o âmbito da norma e as decisões de compra efetivas.

Esta discrepância é importante num momento em que o Governo promove as bombas de calor para fornecer calor industrial mais limpo e para grandes edifícios, no âmbito da iniciativa de transição ecológica K-GX. Antes de se comprometerem com equipamentos, infraestruturas elétricas e obras, os compradores precisam de dados comparáveis sobre eficiência e consumo de eletricidade. Sem um quadro de ensaio comum para estas máquinas de maior dimensão, torna-se mais difícil verificar essas decisões.

O problema tem um historial documentado. Um programa de investigação lançado em outubro de 2020 pretendia desenvolver uma bomba de calor de fonte de água de 500 RT, bem como normas técnicas e um sistema de certificação. Um relato de setembro de 2022 sobre esse programa identificou a falta de critérios de ensaio de desempenho acima dos 530 quilowatts, aproximadamente 150 RT, como um obstáculo à utilização de equipamentos de grande dimensão certificados.

A proposta mais recente alargaria substancialmente esse limite. A questão central é saber se o limite de 600 RT poderá servir um mercado que já ultrapassou a escala visada pela investigação anterior.

O que significam, na prática, os valores de capacidade

Uma tonelada de refrigeração mede a capacidade térmica, não o peso do equipamento. Os valores usados na norma proposta, 2 110 quilowatts e aproximadamente 600 RT, indicam a quantidade de aquecimento ou arrefecimento que uma máquina pode fornecer. Não significam que a máquina consuma 2 110 quilowatts de eletricidade.

Esta distinção é essencial para os compradores industriais. Uma bomba de calor utiliza eletricidade para transferir calor, em vez de produzir todo o calor útil diretamente por resistência elétrica. A sua procura de eletricidade depende da eficiência e das condições de funcionamento, incluindo a temperatura da água da fonte e a temperatura necessária para o edifício ou processo industrial.

Assim, duas máquinas com a mesma capacidade térmica nominal podem ter necessidades de eletricidade diferentes. Para as comparar de forma justa, são necessárias condições de ensaio equivalentes e uma definição clara dos equipamentos incluídos na medição. Só a capacidade nominal não permite determinar o fornecimento de eletricidade de que uma instalação irá necessitar.

A norma proposta diz respeito a sistemas que trocam calor entre uma fonte de água e um circuito de água que serve o edifício ou o processo. Não resolve, por si só, a lacuna normativa identificada para as grandes bombas de calor industriais de fonte de ar. Estas máquinas extraem calor do ar e precisam de ensaios adequados às suas próprias condições de funcionamento.

Como surgiu a lacuna na certificação

Em 2022, as bombas de calor de fonte de água não dispunham de critérios de certificação próprios. Em vez disso, os critérios de instalação recorriam a normas desenvolvidas para bombas de calor geotérmicas, que trocam calor com o solo. As normas relevantes eram a KS B 8292, a KS B 8293 e a KS B 8294.

O âmbito diferia consoante o tipo de equipamento. A KS B 8292 abrangia sistemas que transferiam calor entre circuitos de água até 530 quilowatts. A KS B 8293 abrangia sistemas que transferiam calor entre água e ar até 175 quilowatts, enquanto a KS B 8294 abrangia sistemas com várias unidades de água e ar até ao mesmo limite de 175 quilowatts.

Estas distinções impedem que se interprete os 150 RT como o limite de todas as categorias de bombas de calor. Os cerca de 150 RT correspondiam ao limite aplicável aos equipamentos de circuito de água abordados pelo programa de investigação sobre grandes bombas de calor de fonte de água. As outras categorias tinham limites inferiores.

A ausência de critérios de ensaio acima desse limite, então assinalada, tornava, na prática, indisponíveis os equipamentos de grande dimensão certificados ao abrigo do quadro descrito em 2022. Isso não significava que não fosse possível fabricar ou instalar máquinas maiores. A instalação posterior de 1 000 RT demonstra a diferença entre a implementação técnica e a cobertura por um sistema nacional de certificação comum.

Um programa de investigação centrado nos 500 RT

O anterior esforço de desenvolvimento foi liderado pela Korea Water Resources Corporation, com o apoio do Ministério do Comércio, Indústria e Energia e do Instituto Coreano de Avaliação e Planeamento de Tecnologia Energética. Participaram onze organizações, entre as quais o Instituto Coreano de Investigação Energética e o Centro Coreano de Avaliação da Refrigeração e do Ar Condicionado.

O programa estava previsto para decorrer durante 39 meses, de outubro de 2020 a dezembro de 2023. Os seus objetivos incluíam tecnologia de permuta de calor com água de rio, uma bomba de calor de grande dimensão que utilizasse refrigerantes com menor impacto ambiental, sistemas que combinassem armazenamento térmico com aquecimento e arrefecimento, e normas técnicas e certificação para equipamentos de grande dimensão.

A máquina de 500 RT prevista refletia as expectativas da altura quanto à procura, durante a fase inicial de expansão do aquecimento e arrefecimento de fonte de água. A crítica mais recente à proposta de 600 RT é que continua assente em investigação realizada quatro anos antes, apesar de os clientes estarem agora a instalar máquinas com o dobro da capacidade prevista nesse objetivo inicial de desenvolvimento.

A sequência mostra a evolução das políticas e do mercado de equipamentos:

• Outubro de 2019: Uma alteração ao decreto de execução da Lei de Promoção do Desenvolvimento, Utilização e Difusão de Energias Novas e Renováveis integrou o calor da água dos rios no quadro das energias renováveis.
• Outubro de 2020: Teve início o programa de investigação de 39 meses, que incluía o desenvolvimento de uma bomba de calor de 500 RT e de critérios de certificação.
• Abril de 2022: O Ministério do Ambiente e a Korea Water Resources Corporation assinaram acordos-piloto com oito instituições, abrangendo nove edifícios.
• 19 de setembro de 2022: O programa de investigação foi descrito como ainda em curso, tendo sido identificada como problema a falta de critérios de ensaio acima de aproximadamente 150 RT.
• Dezembro de 2023: Data prevista para a conclusão do programa.
• Debate mais recente sobre as normas: O limite proposto de aproximadamente 600 RT está a ser contestado, uma vez que já estão em funcionamento instalações da classe de 1 000 RT.

A instalação do Korea World Trade Center é descrita como tendo ocorrido no ano anterior ao relato mais recente, mas não é indicada a data de publicação desse relato. Só com base nessa descrição não é possível determinar o ano civil. A data prevista para o fim do programa de investigação também não permite saber quando foram concluídos ou adotados os seus objetivos de certificação.

Porque escolhem os compradores menos máquinas, mas maiores

As grandes bombas de calor são atrativas por razões que vão além da sua capacidade nominal. A utilização de menos máquinas pode reduzir o espaço necessário na sala de máquinas e diminuir o número de tubagens de água, válvulas e unidades independentes que exigem manutenção. Estas considerações são importantes em grandes edifícios, onde o espaço técnico concorre com outras utilizações.

O programa de desenvolvimento de 2022 previa que muitos locais-piloto precisassem de mais de 530 quilowatts de capacidade de aquecimento ou arrefecimento. Esperava-se que satisfazer esses requisitos com numerosas unidades mais pequenas aumentasse o espaço de instalação e complicasse a manutenção.

Os equipamentos maiores também diferem na sua construção. As bombas de calor mais pequenas utilizam habitualmente compressores alternativos ou scroll. À medida que a capacidade aumenta, os fabricantes podem recorrer a compressores de parafuso ou centrífugos, que comprimem o refrigerante com um impulsor de rotação rápida.

Os grandes sistemas de fonte de água descritos no relato de investigação utilizam permutadores de calor separados para produzir água quente e fria. Em vez de inverterem o fluxo do refrigerante para alternar entre aquecimento e arrefecimento, selecionam o circuito de água adequado através de válvulas. Isso permite conceber cada permutador de calor para a sua função específica.

As aplicações podem incluir aquecimento e arrefecimento de edifícios, arrefecimento de centros de dados, armazenamento refrigerado, aquecimento de estufas, produção de água quente e de vapor. São exemplos de utilizações de grandes bombas de calor, não prova de que todas essas aplicações já disponham de uma instalação de 1 000 RT na Coreia do Sul. Os diferentes requisitos de temperatura ajudam a explicar por que motivo as máquinas de grande dimensão são muitas vezes concebidas e fabricadas à medida das necessidades de cada cliente.

O planeamento elétrico depende de dados de desempenho fiáveis

A consequência mais imediata da lacuna normativa é a incerteza nas aquisições. Os compradores precisam de saber se máquinas concorrentes fornecem a mesma quantidade de aquecimento ou arrefecimento útil consumindo quantidades comparáveis de eletricidade. Sem condições de ensaio coerentes, as diferenças nas especificações dos produtos podem refletir pressupostos de medição diferentes, além de diferenças no desempenho dos equipamentos.

A incerteza estende-se às infraestruturas elétricas das instalações. As grandes instalações podem exigir equipamento elétrico adicional e uma avaliação da infraestrutura que recebe eletricidade da rede. As estimativas da procura elétrica influenciam a dimensão das atualizações necessárias e o orçamento de instalação.

A capacidade térmica não substitui esta avaliação. Uma fábrica que escolha uma máquina de 1 000 RT precisa de dados sobre o consumo de eletricidade às temperaturas e cargas exigidas pelo seu processo. A eficiência da bomba de calor é apenas uma parte do cálculo quando a água tem de ser transportada por uma extensa rede de tubagens.

Representantes do setor pedem uma atualização mais rápida das normas para apoiar as aquisições públicas, os projetos de demonstração e as instalações privadas de maior dimensão. Defendem que a verificação comum deve acompanhar a procura de equipamentos, permitindo aos compradores comparar produtos antes de avançarem com obras dispendiosas nas instalações.

A lacuna assinalada não prova que as máquinas de grande dimensão existentes tenham um desempenho fraco. Identifica a falta de uma base para uma comparação normalizada. Os alertas de que isso poderá atrasar a adoção nacional ou as exportações da indústria verde são preocupações quanto às consequências, e não provas de atrasos quantificados ou de vendas perdidas.

Projetos-piloto revelam o potencial, mas também os limites

Os acordos-piloto de abril de 2022 juntaram oito instituições: o Samsung Medical Center, o WTC Seoul, a Mirae Asset Global Investments, a cidade de Sangju, a NCSoft, a Korea Power Exchange, a província de Chungcheong do Norte e o Gabinete de Educação da Província de Gyeongsang do Sul. Os projetos abrangeram nove edifícios.

O apoio descrito para as instituições participantes cobria 50% dos custos dos equipamentos de fonte de água, incluindo tubagens de água da fonte, permutadores de calor, tubagens interiores e bombas de calor. Esta abrangência é importante porque a máquina é apenas um dos elementos de uma instalação funcional. O acesso a uma fonte de água adequada e o custo de a transportar até ao edifício podem influenciar todo o projeto.

Para os nove edifícios, previa-se que o consumo anual de eletricidade para aquecimento e arrefecimento diminuísse de 101,9 gigawatts-hora para 65,4 gigawatts-hora. A diferença é de 36,5 gigawatts-hora, aproximadamente 35,8% do total inicial. Previa-se uma redução anual das emissões de gases com efeito de estufa de 19 000 toneladas.

Estes valores eram previsões associadas à introdução dos sistemas, não resultados verificados após a conclusão da operação. Ilustram os benefícios esperados que ajudaram a motivar o programa-piloto, mas não permitem confirmar as poupanças em todas as instalações industriais nem o desempenho das atuais máquinas de 1 000 RT.

A localização também afeta a viabilidade económica. Um estudo de 2020 de Jo Hang-mun, investigador sénior, sobre a expansão da energia de fonte de água em Seul identificou a proximidade entre uma fonte de água e um consumidor de calor como condição fundamental. Distâncias maiores aumentam o custo do transporte da água e da construção de tubagens, podendo comprometer um projeto que, de outro modo, seria promissor.

O que as normas, por si só, não resolvem

As bombas de calor de fonte de água utilizam a temperatura relativamente estável da água para apoiar o aquecimento e o arrefecimento. No inverno, extraem calor da fonte; no verão, podem transferir para ela o calor de um edifício. Ainda assim, o programa de investigação identificou vários problemas técnicos que exigiam trabalho, incluindo as baixas temperaturas dos rios no inverno, a entrada de detritos no sistema, os choques de pressão nas tubagens e os efeitos ambientais da água descarregada.

A conceção dos compressores e a escolha do refrigerante também influenciam o desempenho. O programa identificou a necessidade de equipamento de ensaio de precisão, de rolamentos fiáveis para compressores de rotação rápida e de sistemas de controlo para evitar o surge, uma condição instável que pode perturbar o funcionamento do compressor. Alargar o intervalo de capacidade de uma norma exige, por isso, capacidade de ensaio adequada, além da revisão do limite numérico.

A viabilidade económica da instalação envolve decisões políticas distintas. Em 2022, foi referido que a energia de fonte de água não estava abrangida pelos mecanismos de ponderação aplicáveis aos certificados de energia renovável (RECs). O financiamento dos custos iniciais de instalação, o apoio financeiro e as alterações às tarifas de energia também foram apontados como questões. Estas descrições documentam as preocupações da altura, não a sua resolução atual.

Os equipamentos de aquecimento existentes podem exigir temperaturas incompatíveis com a produção da bomba de calor proposta. A temperatura e o caudal da água, bem como as condições ambientais, também têm de ser avaliados em cada local. A certificação pode tornar o desempenho dos equipamentos mais comparável, mas não garante que um determinado edifício ou fábrica seja adequado.

A questão imediata ainda por resolver é a forma como a Coreia do Sul irá testar e certificar equipamentos para além do limite proposto de 600 RT, em particular máquinas de 1 000 RT ou mais. Não é indicado qualquer calendário confirmado para alargar esse intervalo, nem qualquer prazo para a próxima consulta ou data de adoção. O desafio prático consiste em conciliar as ambições do Governo para a implementação com um sistema de verificação que abranja as máquinas que os clientes já estão a comprar.

Principais pontos

• A norma proposta para bombas de calor de fonte de água abrange uma capacidade nominal de aquecimento e arrefecimento até 2 110 quilowatts, aproximadamente 600 RT.
• Foi instalado no Korea World Trade Center um sistema da classe de 1 000 RT, e estão a ser introduzidos equipamentos dessa dimensão no fabrico de papel.
• O limite de capacidade proposto quadruplica o limite atual de aproximadamente 150 RT, mas continua abaixo das instalações de grande dimensão existentes.
• Um programa de investigação previsto para decorrer de outubro de 2020 a dezembro de 2023 tinha como objetivos uma máquina de 500 RT e um quadro de certificação.
• A falta de critérios comuns dificulta a comparação da eficiência, as aquisições e o planeamento das infraestruturas elétricas.
• Previa-se que os nove edifícios-piloto poupassem 36,5 gigawatts-hora de eletricidade por ano. Essa previsão não corresponde a um resultado operacional verificado.
• Não é indicada qualquer data confirmada para a adoção de normas nacionais que abranjam equipamentos acima do limite proposto de 600 RT.