12 Noiembrie 2025, 15:34
Redacţia PiataAuto.md
Pompele de căldură sunt o tehnologie tot mai răspândită în lume, permiţând producţia de energie termică folosind principii termodinamice ale refrigerenţilor, pe baza electricităţii, consumate în principal pe funcţionarea compresoarelor. Principiul de bază e că orice gaz presurizat devine fierbinte, iar un compresor care presurizează un refrigerent poate obţine un randament admirabil în generarea de căldură, mult mai eficient decât încălzirea cu rezistenţe electrice. Desigur, la pompe de căldură contează foarte mult şi sursa primară de captare a căldurii iniţiale, lucrul mecanic al compresoarelor trebuind să fie mai mic dacă diferenţa de temperatură dintre mediul final şi cel primar e mai mică. Pompele de căldură şi-au dovedit eficienţa în sisteme de încălzire la case particulare, iar noi chiar am relatat de curând cifrele de consum din proprie experienţă a unei pompe, dar în ultimul timp au început tot mai mult a fi folosite la sisteme centralizate de încălzire, mai ales în oraşe europene, înlocuind centrale cu cărbune sau cu gaz. Ceva timp în urmă, noi am fost în interiorul unei asemenea centrale din Danemarca şi am filmat un reportaj complet acolo despre modul în care funcţionează acea centrală, mai ales că ea trebuia să încălzească apa pentru un oraş cu sistem de încălzire vechi, cu pierderi mai mari. Acum, însă, inginerii germani vor construi cea mai mare pompă de căldură din lume, care va livra la final nu apă fierbinte, ci abur de 300 grade Celsius, pentru un sistem de încălzire centralizată din Boston, SUA.
Diferenţa e absolut enormă în aceste temperaturi. La o pompă de căldură de casă, unde pompa nu are pierderi de transport, ea poate fi setată să livreze 30-35 grade Celsius în apa din sistemul de încălzire, iar în perioade mai geroase — 35-42 grade Celsius. Doar casele care nu sunt izolate termic deloc ar putea avea nevoie de temperaturi mai mari, de 45-55 grade Celsius sau mai mult.
Foto: Pompă de căldură casnică
La o pompă de căldură precum cea din Danemarca, care are dimensiunea uriaşă a unei centrale, care asigură cu căldură 100.000 locuitori din 25.000 gospodării ale unui oraş, temperatura apei de ieşire din pompă e de până la 90 grade Celsius, când afară e mai frig, pentru a compensa pierderile de transportare până la casă şi sistemul de ţevi mai vechi. Iar atunci când pompa nu mai trebuie să livreze apă caldă la final, ci abur, asta înseamnă o temperatură cu mult peste 100 grade Celsius şi un sistem mult mai complex şi mai energofag, care trebuie să asigure acest abur.
Foto: Pompa de căldură din Danemarca
Anul trecut, noi scriam că germanii de la BASF vor construi cea mai mare pompă de căldură industrială din lume, cu care vor produce abur de sute de grade Celsius la cea mai mare fabrică a lor, Ludwigshafen. Pompa de căldură de la fabrica BASF va trebui să producă abur la temperaturi cuprinse între 240 şi 520 grade Celsius, întrucât acest abur e folosit în reacţiile chimice la multitudinea de produse fabricate în Ludwigshafen. Deci, aparent, temperaturile finale sunt echivalente sau chiar mai mare cu pompa de căldură care urmează a fi construită în Boston. Doar că la fabrica BASF pompa de căldură îşi captează căldura iniţială din căldura reziduală a diverselor instalaţii de la fabrică, unele zone generând emanări importante de căldură. Astfel, pompa de căldură de la fabrica BASF va reuşi să-şi păstreze un coeficient bun de performanţă, întrucât nu va miza pe aer rece de afară, spre exemplu, ci pe medii fierbinţi iniţiale, pe care le va duce ulterior la sutele de grade Celsius necesare.
În noul sistem pe care germanii îl vor construi în Boston, însă, sursa primară de căldură e apa curgătoare din râul Charles. Partea bună e că apa ar trebuie să nu aibă o temperatură negativă niciodată, însă iarna ea ar putea avea doar 1-2 grade Celsius, ceea ce înseamnă o diferenţă foarte mare faţă de cei 300 grade Celsius necesari la final. Inginerii germani care vor produce noua pompă de căldură, însă, sunt aceeaşi care au proiectat şi pompa de căldură din Danemarca pe care noi am vizitat-o, fosta companie MAN Energy Solutions, redenumită între timp în Everllence. În sistemul din Danemarca sursa primară era apa de mare, cu temperaturi similare, deci există o oarecare similaritate în această primă parte a circuitului, cu diferenţa că în Danemarca se folosea apă sărată de mare, iar în Boston se va folosi apă dulce de râu.
De ce ar avea nevoie un sistem de încălzire de abur de 300 grade? Pentru că, spre deosebire de Europa, unde sistemele centralizate de încălzire funcţionează cu apă caldă de obicei, în SUA majoritatea acestor sisteme operează cu abur fierbinte. Aburul ajunge în subsolul fiecărui bloc, edificiu, etc, şi acolo are loc degajarea căldurii în sistemul intern, cu apă, al acelui bloc, printr-un schimbător de căldură.
Foto: Un distribuitor din subsolul unui edificiu, parte dintr-un sistem centralizat de încălzire cu abur
Această abordare cu abur vine din istorie, când primele sisteme au fost gândite să fie compatibile nu doar cu locuinţele, ci şi cu spitalele şi fabricile, încă de la sfârşitul secolului XIX. Fabricile şi spitalele aveau nevoie mai mult de abur decât de apă caldă, în plină revoluţie industrială, pentru procesele lor de fabricare, iar astfel sistemul a fost gândit uniformizat pentru a acoperi şi necesităţile economice şi a fi mai viabil în costuri, dacă ar acoperi mai multe necesităţi simultan.
Foto: Țevi de transport aburi
În materie de eficienţă, e evident că încălzirea aburului la 300 grade Celsius, spre exemplu, necesită mult mai multă energie primară decât încălzirea apei la 90 grade. Dar apoi aburul are o densitate energetică mult mai mare, fiind şi presurizat de obicei, şi se consumă mai puţin la pompele de transportare a lui. Sistemele de ţevi trebuie să fie mult mai rezistente pentru a rezista presiunii şi de obicei au şi un canal de retur al condensului, dar per total nu există doar dezavantaje la acest sistem, ci şi avantaje. Însă, per total, un asemenea sistem e mai energofag şi e mai greu să se integreze în el soluţii moderne de încălzire pe bază de energie regenerabilă.
Tocmai de asta, misiunea inginerilor germani de la Everllence va fi foarte dificilă şi provocatoare şi va servi drept un prim exemplu din lume la această scară imensă.
Noua pompă de căldură din Boston va fi instalată la o centrală a celor de la Vicinity Energy şi va avea o putere termică de 35 MW, trebuind să livreze 50 tone de abur pe oră, pentru încălzirea centralizată a unei suprafeţe de edificii urbane din Boston de 6,5 milioane de metri pătraţi.
Ea va folosi electricitate din surse regenerabile, contractată de cei de la Vicinity Energy şi va înlocui actualele boilere cu gaz care produc aburul, livrând apoi acest abur în acelaşi sistem actual de ţevi al oraşului.
Inginerii germani au configurat noua pompă de căldură într-o construcţie cu două compresoare cu rol complementar. Ambele sunt compresoare Everllence cu arbori multipli, cu angrenaje integrale, special pregătite pentru folosire în asemenea condiţii solicitate. Primul compresor e unul de model RG40-8, şi va fi folosit pentru circuitul principal, cu refrigerent. E unul din compresoarele atât de puternice şi avansate, încât poate încălzi refrigerentul până la o temperatură de 450 grade Celsius. Modelul ales în acest caz nici măcar nu e cel mai puternic din gama Everllence, dar tot poate compresa un debit de 25.000 m3 pe ură de refrigerent, şi consumă până la 15 MW putere. Desigur, consumul real poate varia în funcţie de solicitările reale din sistem.
Foto: Construcţia pompei de căldură, proiectată de germani
În acest caz, refrigerentul încălzit la temperaturi de 350-400 grade Celsius va transfera căldura sa printr-un schimbător către circuitul de abur, cu scopul de a aduce aburul la 300 grade Celsius. De aici, aburul încălzit va ajunge să treacă printr-un alt compresor, RG63-6, care va avea rolul de a creşte presiunea aburului până la cei 50 bari necesari în sistem.
Aceste compresoarele vor fi produse, cel mai probabil, la fabrica din Zurich, Elveţia, a celor de la Everllence, fostul MAN Energy Solutions, întrucât acolo era locaţia principală de fabricare a celor mai performante şi sofisticate compresoare din gama lor. Construcţia lor e prevăzută pentru durabilitate de zeci de ani şi mentenanţă minimă chiar şi la rulmenţi. Iar parametrii ne spun clar că ele vor putea face faţă chiar şi cu o sursă primară de 0-5 grade Celsius, precum apa râului Charles, şi cu o sursă finală de 300 grade Celsius, sub formă de abur presurizat.
Ce COP, adică ce coeficient de performanţă, ar putea oferi o asemenea pompă de căldură uriaşă, care operează în asemenea condiţii solicitante? Germanii, elveţienii şi americanii nu anunţă, dar o analiză în lanţ a parametrilor compresoarelor folosite, a climei din Boston, a temperaturilor necesare la ieşire şi cea din mediul primar, ne duce la câteva cifre estimative. În condiţii normale de iarnă din Boston, când apa din râu ar avea cam 5 grade Celsius, iar sistemul n-ar trebui să lucreze la puterea termică maximă de 35 MW, ci la 22-25 MW, consumul total de putere ar fi de 13,75-17,9 MW. Iar asta corespunde cu un COP de circa 1,4-1,6. În condiţiile unor perioade geroase din Boston, când apa din râu ar fi cam 0 grade, iar temperaturile cu mult sub 0 grade, COP ar scădea pe la 1,2-1,4.
Nu e cel mai admirabil coeficient de randament, deci. Pentru comparaţie, sistemul din Danemarca, cu apă caldă la 90 grade, are un COP cuprins între 2,0 în cele mai dure condiţii până spre 3 în condiţii mai obişnuite. Iar acest COP poate fi tradus mai simplu ca raportul dintre MW de putere termică generală faţă de MW de putere electrică, consumată. Iar pentru comparaţie, la o pompă de căldură casnică acest raport e de obicei de 3,9-5,5. Deci asta arată cât de eficientă poate fi o pompă de căldură şi totodată arată de ce pompele de căldură care să genereze abur de sute de grade de Celsius n-au prea fost implementate până acum.
La 1,2-1,6 COP estimat, un asemenea sistem precum cel din Boston va fi energofag, însă dacă e să gândim mai amplu, două turbine eoliene îi pot asigura toată electricitatea necesară. Iar acele două turbine eoliene ar asigura efectiv încălzirea oraşului. Deci, cumva totul are sens dacă privim lucrurile din perspectiva decarbonizării, de a trece la ardere de gaz la o sursă de energie care nu emite CO2. Şi atunci chiar şi un consum relativ mare de electricitate devine cumva justificat, luând în calcul beneficiul dorit.
Foto: Interiorul compresorului folosit la noua pompă de căldură din Boston
Inginerii germani şi cei americani spun că dacă această primă pompă de căldură cu abur va fi un succes, reţeta ei va fi replicată în 12 oraşe americane, unde Vicinity Energuy are centrale de încălzire centralizată.
1
9,914
ŞTIRI DE CARE AŢI PUTEA FI INTERESAT