RESFRIAMENTO E AQUECIMENTO GEOTÉRMICO

Anna Dorothea PrangeJulia Scremin da Silva

Luani Martins Schlickmann

Introdução O uso de fontes de energia alternativa tem

estado na pauta dos projetos de edificações, com o intuito de reduzir o consumo de energia elétrica. Os sistemas mais utilizados estão relacionados ao uso de energia solar para produção de água quente ou energia elétrica, bem como o aproveitamento das forças do vento por meio de turbinas eólicas. Outra fonte de energia ainda a ser explorada aqui no Brasil é a energia que pode ser gerada por meio de transferência de calor com o solo ou água denominada energia geotérmica.

Resfriamento e aquecimento geotérmico

Outro uso do solo se encontra na climatização de ambientes, pois em níveis de profundidade de 3 a 100 metros, a temperatura do solo é bastante estável (amplitudes de temperatura de 1°C a 2°C ao longo do ano) com níveis menores que a temperatura do ar ao nível do solo. Neste caso, o solo é usado na rejeição de calor dos ambientes climatizados no período do ano com temperaturas acima do nível do solo altas (verão) e usado para fornecer calor no período com temperaturas acima do nível do solo baixas (inverno).

Fonte de energia geotérmica

 A fonte de energia geotérmica vem do interior da terra, pois a terra se solidificou a milhares de anos atrás, enquanto recebia a energia do sol. Ela consiste em retirar o calor natural do solo/rocha, da água subterrânea, transferindo para o ambiente por meio de simples tubos ou dutos. Essa energia geotérmica pode ser encontrada próxima à superfície nas áreas de vulcanismo e onde ocorre movimentação das placas terrestres.

Tipos de sistemas geotérmicos

1 - Tipo de fluido de trabalho: podem ser usados o ar, fluido refrigerante ou uma solução salina;

2 - Sistemas abertos e fechados: o fluido pode circular em circuito fechado ou aberto

Neste sistema (1), o ar exterior é levado para dentro do tubo enterrado no solo de forma passiva (ventilação natural) ou ativa (ventilação mecânica). A vantagem do uso deste tipo de sistema está na simplicidade de execução e custos de instalação e operação relativamente baixos em relação a outros sistemas. A desvantagem reside no fato que o sistema é dependente da temperatura externa, pois este sistema consegue reduções de até 5°C em relação à temperatura exterior.

Bomba de calor geotérmica (GCHP) O GCHP consiste em um sistema de tubulação de

polietileno de alta densidade, sendo que normalmente o fluido de trabalho é água ou água mais anticongelante, formando um ciclo fechado que troca calor com o solo e com a bomba de calor. Algumas vezes o GCHP é chamado de bomba de calor com ciclo fechado e foi um dos primeiros sistemas a ser implantado na década de 1970. Sua principal vantagem é que ele elimina os problemas de possível contaminação da água, não depende da proximidade de fontes de água e geralmente consome menos energia para as bombas.

Bomba de calor geotérmica vertical

O sistema vertical do GCHP consiste tipicamente em uma configuração de um até dezenas de poços para trocar calor com o solo, onde dentro destes poços estão tubulações em forma de U.

Os sistemas verticais, além de não precisar de grandes áreas para a instalação, têm outras vantagens, tais como: maior estabilidade da troca de calor, possibilidade de troca de calor com águas subterrâneas e maior adaptabilidade.

Uma das tarefas fundamentais para projetar adequadamente este sistema é dimensionar o tamanho e a profundidade deste trocador de calor com o solo.

Bomba de calor geotérmica vertical

Bomba de calor geotérmica horizontal

Não é preciso realizar grandes perfurações, pois a configuração típica consiste em uma série de arranjos de tubos paralelos dispostos em valas ou trincheiras, cavadas a profundidades entre 0,91 a 2 metros. Dessa maneira, o custo da instalação é menor. Contudo, é preciso considerar grandes áreas para que o sistema troque calor adequadamente. 

Vantagens e desvantagens

O sistema de resfriamento geotérmico pode trazer benefícios no sentido de reduzir o consumo de energia e proporcionar condições de conforto térmico em residências e edificações comerciais.

Devido às condições climáticas brasileiras, o uso destes sistemas seria principalmente para o resfriamento dos ambientes. 

Outro aspecto importante a se considerar é o custo de implantação e de operação/manutenção destes sistemas.

Porém, a sua aplicação depende de vários fatores. Entre eles, encontram-se as características do solo, como por exemplo, sua composição (areia, rocha, barro, etc.) e o seu perfil de temperatura em diferentes profundidades ao longo do ano. No que diz respeito às características do solo, a presença ou não de água também afeta o comportamento térmico do solo.

Vantagens e desvantagens

ConclusãoO uso de sistema de resfriamento geotérmico pode se apresentar como uma alternativa para a climatização de residências e edifícios comerciais. Porém existem algumas barreiras a serem ultrapassadas: aprofundamento do conhecimento sobre os aspectos tecnológicos e de desempenho destes sistemas em condições climáticas brasileiras, redução de custos de implantação para tornar mais atrativa a aplicação destes sistemas do ponto de vista financeiro e aprofundamento do estudo das características e perfis de temperatura do solo no território brasileiro.

Referências

Resfriamento e aquecimento geotérmico. Disponível em: http://www.engenhariaearquitetura.com.br/noticias/883/Resfriamento-e-aquecimento-geotermico.aspx. Acesso em: 15/06/2015