Prezentarea tehnologiilor aplicabile în proiecte civile și industriale pentru creșterea eficienței energetice

Informare în privința tehnologiilor disponibile pentru proprietarii sau operatorii de clădiri civile și industriale ce doresc să aplice programe de reducere a cheltuielilor cu energia.
1. Co-generare și tri-generare pe gaz natural și biogaz
2. Pompe de căldură și chillere de înaltă eficiență Turbocor
3. Sisteme termo-solare
4. Sisteme de ventilație cu recuperare de căldură

1. Co-generare și tri-generare

Cogenerarea reprezintă producția simultană de energie electrică și energie termică într-un echipament unitar. Grupul de cogenerare poate sa aibă la bază un motor cu ardere internă similar motoarelor instalate pe autoturisme și camioane sau un motor turbină cu gaz. În ambele variante, energia combustibilului este transformată în energie mecanică și energie termică, energia mecanică fiind utilizată pentru operarea unui generator electric, iar energia termică fiind utilizată pentru încălzire sau pentru diverse procese industriale.

Energia termică mai poate fi folosită pentru operarea unui chiller cu absorbție, caz în care vorbim de tri-generare, producerea simultana de energie electrica, căldură și frig.
Principalul argument în favoarea cogenerării este eficiența totala imbatabilă, peste 90% (cca 40% electric și cca 50% termic). Centralele termo-electrice clasice cu combustie externa obțin randamente electrice de ordinul a 35-40%, oricare ar fi combustibilul utilizat (cărbune, gaz). În soluția cu ciclu combinat, randamentele ajung la 50 – 55 %.

Grupurile de cogenerare pot funcționa pe gaz natural sau pe biogaz, obținut prin fermentarea anaerobă a nămolului rezultat din procesul de epurare a apei sau prin fermentarea anaerobă naturală a deșeurilor organice în gropi de gunoi cu celula închisă. O dezvoltare recentă o reprezintă cogenerarea cu hidrogen, în acest moment având disponibile comercial grupuri de 800 kW electric.
Soluțiile de cogenerare pe gaz sunt recomandate atunci când consumul de energie electrica și energie termică sunt echilibrate tot timpul anului, situație valabilă în special în cazul consumatorilor industriali, dar și a unor aplicații comerciale speciale, cum ar fi spălătorii/secții de sterilizare în spitale, centre SPA.
Pentru consumatorii ne-industriali, cogenerarea pe bază de gaz natural poate deveni atractivă în combinație cu tehnologia de răcire prin absorbție. Astfel, energia termică este folosită iarna pentru încălzire, iar vara pentru operarea unui chiler cu absorbție ce poate acoperi necesarul de frig pentru aer condiționat al locației respective. Investiția inițiala este semnificativ mai mare decât în cazul unei soluții clasice de tip boiler pe gaz + chiller electric, dar eficiența mult superioară a sistemului de tri-generare determină un timp de amortizare mai rapid. Foarte atractivă devine cogenerarea și trigenerarea în situația unui obiectiv comercial nou, în locații unde rețeaua electrică nu asigură noul necesar de consum, iar suplimentarea capacității rețelei electrice presupune investiții foarte mari din partea beneficiarului. Soluția producerii de energie electrică în locație devine foarte atractivă și preia o parte din solicitarea ce apasă pe rețeaua de distribuție electrică existentă.
Soluțiile de cogenerare pe biogaz sunt o soluție aproape obligatorie în cazul stațiilor de epurare ape uzate municipale și al depozitelor de deșeuri cu celulă închisă.

In cazul stațiilor de epurare, procesul tehnologic are ca rezultat secundar obținerea de nămol încărcat organic, ce trebuie fermentat în digestoare închise, în care bacteriile anaerobe transformă deșeurile organice în metan, bioxid de carbon și hidrogen sulfurat. Odată pus la punct procesul tehnologic de obținere a biogazului (CH4 + CO2), transformarea acestuia în energie utilă presupune o investiție mult mai mică relativ la dimensiunea întregii stații de tratare ape uzate. Prin utilizarea biogazului, în procesul de cogenerare se obține energie electrică, utilizată în locație, pentru pompe, turbosuflante și alte echipamente, și energie termică ce se consumă pentru păstrarea temperaturii optime în digestor și pentru încălzirea spațiilor tehnice.

Proiecte de referință:
Proiect trigenerare pentru clădire publică din București
Soluție de cogenerare pentru stație de epurare
Cogenerare pe gaz în industria piscicolă

2. Pompe de căldură

Pompa de căldură reprezintă un sistem închis, cu o zona în care se captează energia termică, prin evaporarea unui fluid și o zonă unde se eliberează energia termică, prin condensarea gazului evaporat anterior. Evaporarea și condensarea sunt procese termodinamice ce preiau / cedează în mediu energie termică. Chiar și un aparat de aer condiționat sau banalul frigider este o pompa de căldură, care extrage căldura din partea rece și o transfera către exterior, unde este dispersată în mediu. În practică se extrage energia din aerul exterior (pompă de căldură aer/apă) sau din sol/pânza freatica (pompa apă/apă).

Procesul de evaporare condensare este pus în mișcare de un compresor (scroll, screw, cu piston, Turbocor), care consumă energie electrică în acest scop. Energia consumată de compresor pentru a pune în mișcare procesul de evaporare condensare se compară cu cantitatea de energie extrasă din mediu și pusă la dispoziția consumatorului, pentru a afla eficiența pompei de căldură (exprimata sub diferite forme ca: COP, EER, SEER etc.)Eficiența este cu atât mai mare, cu cât diferența de temperatură între zona rece și cea caldă este mai mică. În practică, asta se traduce prin necesitatea de a seta pompa de căldură pe temperaturi mici ale agentului termic produs, 40-45°C. Cu un agent termic relativ rece la 45°C, radiatoarele clasice nu mai pot asigura încălzirea spațiului, de aceea în conjuncție cu pompele de căldură se folosesc sisteme de distribuție radiante (încălzire în pardoseală sau plafon radiant) sau cu ventilo-convectori.O altă modalitate de a scădea diferența între temperatura părții reci și a celei calde, deci de a crește eficiența, este de a folosi ca sursă de căldură solul sau pânza freatică. Solul, la adâncimi peste 1m, este ferit de îngheț și își păstrează pe timpul anului o temperatură relativ constantă, de 5-10°C, o temperatură mai mare decât temperatura aerului pe timp de iarnă. În practică, o pompa de căldură aer-apă are o eficiență de 2,5-3 (produce 2,5-3 kW de energie termică la 1 kW de energie electrică consumat), iar o pompă apă-apă are o eficiență de 4-4,5. Pompele de căldură Turbocor ajung chiar și la 8-10, în varianta apă-apă.

O altă caracteristică importantă a pompelor de căldură o reprezintă potențialul de încălzire globală a agentului folosit, GWP. Calculul se bazează pe efectul de seră generat de agentul frigorific atunci când scapă accidental în atmosferă, 1 reprezentând efectul de seră al CO2, deci un GWP de 2000 înseamnă că un kilogram de agent frigorific scăpat în atmosferă are efectul a 2000 kg de CO2. Pompele de căldură, până acum câțiva ani foloseau cu precădere agentul sintetic R410, un agent cu un GWP mare conform standardelor actuale (>2000 puncte). O alternativă mai prietenoasă cu mediul, apărută recent, este R32, dar și acesta are un GWP considerabil, de 675. O soluție cu adevărat ‘verde’ este reprezentată de agentul natural R290 (propan), cu GWP <1. Acest agent are și avantajul că permite obținerea unor temperaturi mai mari de către pompa de căldură.

Proiecte de referință:
Proiect pompă geotermală R290 la Universitatea de Științe Agronomice și Medicină Veterinară

3. Sisteme termo-solare

O sursă ieftină de energie este energia solară transformat[ direct în energie termică, cu ajutorul panourilor termosolare. Aceste panouri, plane sau cu tuburi vidate, se încălzesc sub acțiunea directă a razelor solare, și transferă căldură către un amestec de apă cu glicol. Amestecul este circulat de o pompă de înaltă eficiență controlată de un sistem de automatizare și ajunge într-un acumulator de apă caldă, unde cedează căldură printr-o serpentina schimbător de căldură.
Sistemele termo-solare sunt un element ajutător pentru o instalație ce are la bază o soluție cu centrală pe gaz / cogenerare / pompă de căldură, reducând în zilele însorite chiar și iarna necesarul de energie convențională pentru prepararea apei calde menajere.
Sistemul este recomandat în aplicații de tipul SPA sau HORECA unde se instalează împreună cu un sistem în cogenerare și o centrală termică în condensare sau în aplicații industriale, unde este necesar permanent agent termic.

4. Sisteme de ventilație cu recuperare de căldură

Ventilația mecanică cu recuperare de căldură este o condiție obligatorie pentru eficiență energetică în orice tip de clădire. În aplicații comerciale sau industriale este permanent nevoie de aer proaspăt, pentru confortul și sănătatea persoanelor și pentru a elimina noxele degajate din procesele industriale. Evacuarea și introducerea aerului se face cu ajutorul unor centrale de tratare a aerului (CTA), care prin intermediul unui schimbător de căldură în plăci, rotativ sau cu fluid intermediar, extrag căldura din aerul viciat și o transferă în aerul proaspăt introdus. În practică, la un aer exterior de -15°C și un aer viciat de 22°C, aerul introdus din exterior poate fi pre-încălzit chiar până la cca +10°C fără consum de energie termică, reducând necesarul de energie pentru a încălzi aerul proaspăt introdus până la +26°C.
Centralele de ventilație sunt prevăzute cu funcțiuni multiple, de la filtrare si încălzire/răcire, la umidificare și dezumidificare. Umiditatea este un factor critic în multe procese industriale (baterii Li-Ion, electronică, mecanică fină, alimentară etc.), iar controlul umidității este un proces consumator de energie datorita căldurii latente mari a apei. Prin soluții inovatoare putem reduce semnificativ consumul de energie aferent inclusiv prin utilizarea unor pompe de căldură/chillere cu recuperare de căldură sau a recuperatoarelor rotative duble.

Proiecte de referință:
Hermes Business Campus 2
Saint Gobain Glass Călărași
Hermes Business Campus