Bombas de calor industriais da Coreia do Sul superam seus padrões de teste

Proposta para 600 RT encontra um mercado que já usa máquinas de 1.000 RT

A proposta de padrão nacional da Coreia do Sul para bombas de calor de fonte hídrica abrangeria equipamentos com capacidade nominal de aquecimento e resfriamento de 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 hídrica desse porte no país. Equipamentos de 1.000 RT ou mais também estão chegando a setores como o de fabricação de papel.

A proposta da Agência Coreana de Tecnologia e Padrões ampliaria em quatro vezes a cobertura atual, de aproximadamente 150 RT. Ainda assim, ficaria bem abaixo da capacidade das máquinas que estão sendo instaladas. Uma unidade de 1.000 RT é cerca de 67% maior que o limite proposto de 600 RT, deixando uma lacuna considerável entre o escopo do padrão e as decisões reais de compra.

Essa discrepância é importante enquanto o governo promove bombas de calor para fornecer calor industrial mais limpo e atender grandes edifícios, no âmbito da iniciativa de transição verde K-GX. Antes de investir em equipamentos, infraestrutura elétrica e obras, os compradores precisam de dados comparáveis sobre eficiência e consumo de eletricidade. Sem uma estrutura comum de testes para essas máquinas maiores, fica mais difícil verificar essas decisões.

O problema tem um histórico documentado. Um programa de pesquisa lançado em outubro de 2020 tinha como objetivo desenvolver uma bomba de calor de fonte hídrica de 500 RT, além de padrões técnicos e um sistema de certificação. Um relato sobre o programa, de setembro de 2022, apontou que a ausência de critérios de teste para capacidades superiores a 530 quilowatts, aproximadamente 150 RT, era um obstáculo ao uso de equipamentos de grande porte certificados.

A proposta mais recente ampliaria consideravelmente esse limite. A questão central é se o teto de 600 RT pode atender a um mercado que já superou a escala visada pela pesquisa anterior.

O que os números de capacidade realmente significam

Uma tonelada de refrigeração mede capacidade térmica, não o peso do equipamento. Os números usados no padrão proposto, 2.110 quilowatts e aproximadamente 600 RT, indicam quanto aquecimento ou resfriamento uma máquina pode fornecer. Não significam que ela consuma 2.110 quilowatts de eletricidade.

Essa distinção é essencial para compradores industriais. Uma bomba de calor usa eletricidade para transferir calor, em vez de produzir todo o calor útil diretamente por resistência elétrica. Sua demanda de eletricidade depende da eficiência e das condições de operação, incluindo a temperatura da água da fonte e a temperatura exigida pelo edifício ou processo industrial.

Assim, duas máquinas com a mesma capacidade térmica nominal podem ter demandas de eletricidade diferentes. Uma comparação justa exige condições de teste equivalentes e uma definição clara de quais equipamentos estão incluídos na medição. A classificação de capacidade, sozinha, não permite determinar o fornecimento de eletricidade de que uma instalação precisará.

O padrão proposto diz respeito a sistemas que trocam calor entre uma fonte de água e um circuito hidráulico que atende ao edifício ou processo. Por si só, ele não resolve a lacuna separada nos padrões identificada para grandes bombas de calor industriais de fonte de ar. Essas máquinas extraem calor do ar e precisam de testes adequados às suas próprias condições de operação.

Como surgiu a lacuna na certificação

Em 2022, as bombas de calor de fonte hídrica não tinham critérios de certificação próprios. Em vez disso, os critérios de instalação usavam padrões desenvolvidos para bombas de calor geotérmicas, que trocam calor com o solo. Os padrões pertinentes eram KS B 8292, KS B 8293 e KS B 8294.

O escopo variava conforme o tipo de equipamento. A KS B 8292 abrangia sistemas que transferem calor entre circuitos hidráulicos de até 530 quilowatts. A KS B 8293 abrangia sistemas que transferem calor entre água e ar de até 175 quilowatts, enquanto a KS B 8294 abrangia sistemas com várias unidades de água e ar, com o mesmo limite de 175 quilowatts.

Essas distinções impedem interpretar simplesmente 150 RT como limite para todas as categorias de bombas de calor. Aproximadamente 150 RT era o limite pertinente aos equipamentos de circuito hidráulico discutidos no grande programa de pesquisa sobre bombas de calor de fonte hídrica. Outras categorias tinham limites menores.

A ausência relatada de critérios de teste acima desse limite tornava, na prática, indisponíveis equipamentos certificados de grande porte por meio da estrutura descrita em 2022. Isso não significava que máquinas maiores não pudessem ser fabricadas ou instaladas. A instalação posterior de 1.000 RT demonstra a diferença entre a implantação técnica e a cobertura de um sistema doméstico comum de certificação.

Um programa de pesquisa centrado em 500 RT

O esforço de desenvolvimento anterior foi liderado pela Korea Water Resources Corporation, com apoio do Ministério do Comércio, Indústria e Energia e do Instituto Coreano de Avaliação e Planejamento de Tecnologia Energética. Participaram 11 organizações, entre elas o Instituto Coreano de Pesquisa Energética e o Centro Coreano de Avaliação de Refrigeração e Ar-Condicionado.

O programa tinha duração prevista de 39 meses, de outubro de 2020 a dezembro de 2023. Seus objetivos incluíam tecnologia de troca de calor com água de rios, uma bomba de calor de grande porte que usasse refrigerantes de menor impacto ambiental, sistemas que combinassem armazenamento térmico com aquecimento e resfriamento, além de padrões técnicos e certificação para equipamentos de grande porte.

A máquina de 500 RT prevista refletia as expectativas da época sobre a demanda durante a expansão inicial do aquecimento e resfriamento com fonte hídrica. A crítica mais recente à proposta de 600 RT é que ela continua vinculada a pesquisas iniciadas quatro anos antes, enquanto os clientes já instalam máquinas com o dobro da capacidade prevista naquele objetivo inicial de desenvolvimento.

A sequência mostra como as políticas e o mercado de equipamentos evoluíram:

• Outubro de 2019: Uma emenda ao decreto de aplicação da Lei de Promoção do Desenvolvimento, Uso e Difusão de Novas Energias Renováveis incluiu o calor da água de rios na estrutura de energia renovável.
• Outubro de 2020: Começou o programa de pesquisa 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 Meio Ambiente e a Korea Water Resources Corporation assinaram acordos para projetos-piloto com oito instituições, abrangendo nove edifícios.
• 19 de setembro de 2022: O programa de pesquisa foi descrito como ainda em andamento, e os critérios de teste para capacidades acima de aproximadamente 150 RT foram apontados como um problema.
• Dezembro de 2023: Data prevista para a conclusão do programa.
• Debate mais recente sobre os padrões: O teto proposto de aproximadamente 600 RT está sendo contestado porque instalações da classe de 1.000 RT já estão em uso.

A instalação do Korea World Trade Center é descrita como tendo ocorrido no ano anterior ao relato mais recente, mas a data de publicação desse relato não foi especificada. Não é possível determinar o ano-calendário apenas com base nessa descrição. O término previsto do programa de pesquisa também não permite saber quando seus objetivos de certificação foram concluídos ou adotados.

Por que os compradores escolhem menos máquinas, porém maiores

As bombas de calor de grande porte são atraentes por motivos que vão além da capacidade nominal. Usar menos máquinas pode reduzir o espaço necessário na sala de equipamentos e diminuir o número de tubulações de água, válvulas e unidades separadas que precisam de manutenção. Essas considerações são importantes em grandes edifícios, onde o espaço técnico concorre com outros usos.

O programa de desenvolvimento de 2022 previa que muitos locais-piloto precisariam de mais de 530 quilowatts de capacidade de aquecimento ou resfriamento. Atender a essas necessidades com diversas unidades menores deveria aumentar o espaço de instalação e complicar a manutenção.

Os equipamentos maiores também têm diferenças construtivas. Bombas de calor menores costumam usar compressores alternativos ou do tipo scroll. À medida que a capacidade aumenta, os fabricantes podem optar por compressores de parafuso ou centrífugos, que comprimem o refrigerante com um rotor que gira rapidamente.

Os grandes sistemas de fonte hídrica descritos no relato da pesquisa usam trocadores de calor separados para produzir água quente e fria. Em vez de inverter o fluxo do refrigerante para alternar entre aquecimento e resfriamento, eles selecionam o circuito hidráulico adequado por meio de válvulas. Isso permite projetar cada trocador de calor para uma função específica.

As aplicações podem incluir aquecimento e resfriamento de edifícios, resfriamento de centros de dados, armazenamento refrigerado, aquecimento de estufas, produção de água quente e vapor. São exemplos de usos de bombas de calor de grande porte, não evidências de que cada aplicação já conte com uma instalação de 1.000 RT na Coreia do Sul. As diferentes exigências de temperatura ajudam a explicar por que máquinas grandes costumam ser projetadas e fabricadas para atender às necessidades de um cliente específico.

O planejamento da eletricidade depende de dados de desempenho confiáveis

A consequência mais imediata da lacuna nos padrões é a incerteza na compra. Os compradores precisam saber se máquinas concorrentes fornecem a mesma quantidade útil de aquecimento ou resfriamento consumindo níveis comparáveis de eletricidade. Sem condições de teste consistentes, as diferenças nas especificações dos produtos podem refletir tanto premissas distintas de medição quanto diferenças no desempenho dos equipamentos.

A incerteza também afeta a infraestrutura elétrica do local. Grandes instalações podem exigir equipamentos adicionais de energia e uma avaliação da infraestrutura que recebe eletricidade da rede. As estimativas de demanda elétrica influenciam a dimensão das atualizações necessárias e o orçamento da instalação.

A capacidade térmica não substitui essa avaliação. Uma fábrica que escolha uma máquina de 1.000 RT precisa de informações sobre o consumo de eletricidade nas temperaturas e cargas exigidas pelo processo. A eficiência da bomba de calor é apenas uma parte do cálculo quando a água precisa ser transportada por uma extensa rede de tubulações.

Representantes do setor defendem uma atualização mais rápida dos padrões para apoiar compras públicas, projetos de demonstração e instalações privadas de maior porte. O argumento é que a verificação comum deve acompanhar a demanda por equipamentos, permitindo que os compradores comparem os produtos antes de se comprometerem com obras caras no local.

A lacuna relatada não prova que as máquinas grandes existentes tenham desempenho ruim. Ela aponta a falta de uma base para comparações padronizadas. Os alertas de que isso poderia atrasar a adoção no mercado interno ou as exportações da indústria verde são preocupações sobre as possíveis consequências, e não evidências de atrasos ou vendas perdidas quantificados.

Projetos-piloto mostram o potencial, com ressalvas

Os acordos para projetos-piloto de abril de 2022 reuniram oito instituições: Samsung Medical Center, WTC Seoul, Mirae Asset Global Investments, Prefeitura de Sangju, NCSoft, Korea Power Exchange, Província de Chungcheong do Norte e Secretaria 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 hídrica, incluindo tubulações da fonte de água, trocadores de calor, tubulação interna e bombas de calor. Essa abrangência é importante porque a máquina é apenas um dos componentes de uma instalação funcional. O acesso a uma fonte de água adequada e o custo de levá-la ao edifício podem influenciar todo o projeto.

Para os nove edifícios, a previsão era de que o consumo anual de eletricidade para aquecimento e resfriamento caísse de 101,9 gigawatts-hora para 65,4 gigawatts-hora. A diferença é de 36,5 gigawatts-hora, cerca de 35,8% do total original. A redução anual de gases de efeito estufa foi estimada em 19 mil toneladas.

Esses números eram previsões associadas à adoção dos sistemas, não resultados verificados após a conclusão da operação. Eles ilustram o benefício esperado que ajudou a motivar o programa-piloto, mas não comprovam economias em todas as instalações industriais nem o desempenho das máquinas atuais de 1.000 RT.

A localização também afeta a viabilidade econômica. Um estudo de 2020 do pesquisador sênior Jo Hang-mun sobre a expansão da energia de fonte hídrica em Seul identificou a proximidade entre a fonte de água e o consumidor de calor como uma condição fundamental. Distâncias maiores elevam o custo de transportar água e construir tubulações, podendo reduzir a viabilidade de um projeto promissor em outros aspectos.

O que os padrões, sozinhos, não resolvem

As bombas de calor de fonte hídrica usam a temperatura relativamente estável da água para apoiar o aquecimento e o resfriamento. No inverno, extraem calor da fonte; no verão, podem transferir para ela o calor de um edifício. Ainda assim, o programa de pesquisa identificou várias questões técnicas que exigem trabalho, incluindo as baixas temperaturas dos rios no inverno, a entrada de detritos no sistema, os choques de pressão nas tubulações e os efeitos ambientais da água descartada.

O projeto dos compressores e a escolha do refrigerante também afetam o desempenho. O programa identificou a necessidade de equipamentos de teste precisos, rolamentos confiáveis para compressores de alta rotação e controles para evitar o surge, uma condição instável que pode prejudicar o funcionamento do compressor. Portanto, ampliar a faixa de capacidade de um padrão exige recursos de teste adequados, além de revisar o limite numérico.

A economia da instalação envolve decisões políticas distintas. Em 2022, foi informado que a energia de fonte hídrica não estava incluída nos critérios de ponderação aplicáveis aos certificados de energia renovável (RECs). O financiamento dos custos iniciais de instalação, o apoio financeiro e as mudanças nas tarifas de energia também foram apontados como questões. Essas informações registram as preocupações da época, não sua situação atual.

Os sistemas de aquecimento existentes podem exigir temperaturas incompatíveis com a saída da bomba de calor proposta. A temperatura e o fluxo da água, assim como as condições ambientais, também precisam ser avaliados em cada local. A certificação pode tornar o desempenho dos equipamentos mais comparável, mas não garante que um edifício ou uma fábrica específica seja adequada.

A questão imediata ainda sem resposta é como a Coreia do Sul testará e certificará equipamentos acima do limite proposto de 600 RT, sobretudo máquinas de 1.000 RT ou mais. Não há um cronograma confirmado para ampliar essa faixa, nem uma próxima data-limite para consulta ou adoção. O desafio prático é conciliar as metas de implantação do governo com uma verificação que abranja as máquinas que os clientes já estão comprando.

Pontos principais

• O padrão proposto para bombas de calor de fonte hídrica abrange capacidade nominal de aquecimento e resfriamento de até 2.110 quilowatts, aproximadamente 600 RT.
• Um sistema da classe de 1.000 RT foi instalado no Korea World Trade Center, e equipamentos desse porte estão chegando à fabricação de papel.
• O limite de capacidade proposto é quatro vezes o limite atual, de aproximadamente 150 RT, mas continua abaixo das grandes instalações em operação.
• Um programa de pesquisa previsto para o período de outubro de 2020 a dezembro de 2023 tinha como metas uma máquina de 500 RT e uma estrutura de certificação.
• A ausência de critérios comuns dificulta a comparação de eficiência, as compras e o planejamento da infraestrutura elétrica.
• A previsão era de que os nove edifícios-piloto economizassem 36,5 gigawatts-hora de eletricidade por ano. Essa projeção não é um resultado operacional verificado.
• Não foi especificada uma data confirmada para a adoção de padrões nacionais que abranjam equipamentos acima do limite proposto de 600 RT.