Sistema geotérmico de climatização

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1 Seite 1 von 7 Sistema geotérmico de climatização Hoje, uma grande porcentagem da energia consumida em edificações destina-se aos sistemas de calefação ou refrigeração. Um luxo difícil de se justificar, considerando-se que existem alternativas mais econômicas e que respeitam o meio ambiente. Apesar dos esforços realizados para o uso de energias renováveis, o investimento inicial necessário para produção e instalação dos sistemas de energia solar, painéis fotovoltaicos ou eólicos ainda resultam muito dispendiosos quando se compara com a economia energética prevista. Nesse sentido, apresentamos uma tecnologia de construção para climatização que utiliza o intercâmbio térmico com a superfície terrestre, localizada embaixo do edifício, como meio de armazenamento, e a energia solar como fonte dessa energia. Essa tecnologia requer pouco consumo de energia e baixíssimo impacto ao meio ambiente. A utilização dessa tecnologia, de custo reduzido, funcionamento simplificado e de baixo impacto na emissão de gases que contribuem para o aquecimento global, apresenta-se como caminho econômico alternativo de aproveitamento do potencial de armazenamento de calor do solo próximo à construção, juntamente com a energia solar. O sistema é denominado de Terra-Sol. Essa tecnologia de construção já vem sendo implantada em diversos países do mundo como Alemanha, Luxemburgo, Bélgica, Espanha, Japão, França, Suíça, EUA, Malásia, Venezuela, Polônia, China, Emirados Árabes e Índia. Sabe-se que no Brasil, a 2 m de profundidade no solo, a temperatura se mantém constante entre 14ºC e 18ºC, aproximadamente, tanto no verão quanto no inverno. Esse fenômeno se percebe ao tocar o solo fresco recentemente escavado. Se pudéssemos transferir essa temperatura, digamos que com 16ºC, do solo fresco para as superfícies externas dos edifícios, que normalmente encontram-se com temperaturas mais reduzidas ou mais elevadas, criaríamos uma barreira térmica (TB), que contribuiria para climatizar o ambiente interno das edificações, e o

2 Seite 2 von 7 consumo de energia do edifício para climatização dos ambientes só dependeria da troca de calor entre o interior da edificação e a barreira térmica (figura 1). E como transferir essa temperatura do solo para as superfícies externas? Abaixo da estrutura da edificação, aproximadamente a 60 cm de profundidade, colocam-se tubos por onde circula água. Essa água incorpora a temperatura do solo e é bombeada para as paredes externas do edifício e depois de circular, a água volta à base da construção. Ao se construir um edifício e cobrir a sua base, o fluxo de calor proveniente do interior da terra acumula-se abaixo da base do solo. Em regiões frias, as temperaturas aumentam até que se chegue a um equilíbrio com o fluxo de calor que escapa pelas laterais do edifício. Esse aumento depende, entre outros fatores, da profundidade da construção e da superfície da planta do edifício. Se a temperatura aumentar 2ºC, a temperatura da barreira térmica passaria a 18ºC (figuras 2 e 3). É recomendável diminuir essa diferença de temperatura até se atingir uma temperatura interior agradável (cerca de 22ºC), prescindindo assim de uma alimentação energética, sendo que se pode tomar como fonte energética nesse caso a energia solar disponível de forma gratuita. Em locais de clima frio, por exemplo, pode-se aproveitar esse potencial da energia do sol com resultados muito eficazes. A radiação solar em algumas regiões do Brasil está em torno de kwh/m²/a. Além disso, vale lembrar que não só os telhados horizontais ou inclinados serviriam para a captação, mas também as superfícies de paredes verticais - como as laterais dos edifícios. Com o sol dispomos de uma fonte de energia que nos permite climatizar edifícios de maneira quase ilimitada. A questão limita-se ao controle da absorção, translado e armazenamento da energia. Com o solo temos um meio para armazenar o calor do sol. Embaixo do telhado, exatamente entre o telhado e o isolamento térmico circula um sistema de tubos de polipropileno que suporta temperaturas de até 80ºC. Quando a temperatura é elevada, a água é transportada para uma região central de armazenamento abaixo das fundações da edificação formando o circuito quente. Quando essa temperatura é mais amena ela vai a regiões mais periféricas embaixo da construção (ver Elementos que compõem o sistema - figura 4). Desde a parte superior da construção o calor é transmitido para a terra, onde se armazena para diminuir a possibilidade de perdas de calor. Ao redor da edificação a 1-2 m de

3 Seite 3 von 7 profundidade encontram-se tubos que formam o circuito frio com temperaturas entre 14ºC e 18ºC para climatizar as paredes exteriores no verão. Em várias medições realizadas em edifícios que utilizam a tecnologia Terra-Sol, demonstra-se que a temperatura da água contida nos tubos da base, antes de ser bombeada para a superfície externa, encontra-se próxima à temperatura da terra debaixo do piso. Além disso, após décadas de uso desse sistema, comprovou-se que a superfície do telhado de um edifício como superfície de absorção dispõe de mais energia que o necessário. Na maioria dos casos, coloca-se na zona central do edifício um armazenador central isolado, diferenciado do restante da área de armazenamento. Com ele a temperatura da água chega a 35ºC, que é utilizada para pré-aquecimento da água para chuveiros, por exemplo. Os tubos da barreira térmica que no inverno são utilizados para impedir a perda de calor nos ambientes, no verão são utilizados para amenizar o calor.

4 Seite 4 von 7 Com respeito à velocidade de variação de temperatura dentro dos ambientes, tendo em vista a necessidade de climatização imediata, exigência do estilo de vida moderno, propõe-se a troca do ar circulante. Com esse fim, introduz-se um elemento de agilização na forma de uma ventilação especial. O sistema Terra- Sol prevê a instalação de um dispositivo formado por dois tubos coaxiais de aço inoxidável, um dentro do outro. No tubo externo circula o ar que entra na edificação e no tubo interno circula o ar expelido (figura 5). Esse sistema de tubos é colocado embaixo do solo. Por meio desse sistema torna-se possível recuperar até 98% da energia que se perderia. Além disso, a energia da terra envolta no tubo exterior é absorvida pelo ar de entrada, o que representa uma eficiência energética adicional.

5 Seite 5 von 7 O armazenamento central de água quente no subsolo (figura 6), que mantém a água aquecida pelo sol, incidente nos telhados, consiste num recipiente térmico central localizado abaixo do solo, para que não haja perdas significativas de calor mesmo em longos períodos de armazenamento. Os gráficos 1 e 2 mostram uma série de medições ao longo de quatro anos das temperaturas externas e internas em uma casa residencial. Essa construção foi edificada em 1995, em Luxemburgo, com paredes de concreto leve de 15 cm de espessura, e isolamentos nas faces interiores e exteriores das paredes, com 7,5 cm de espessura, tendo a construção uma área útil de 175 m². Observa-se pelo gráfico 2 que o sistema garante temperaturas agradáveis constantes após o 2 o ano. Perspectivas O uso de energia solar juntamente com a energia geotérmica próxima à superfície da edificação une de forma surpreendentemente simples as vantagens de ambos os procedimentos: técnica solar e aproveitamento do calor terrestre. Muitos dos exemplos aplicados para várias zonas climáticas

6 Seite 6 von 7 demonstram a eficácia desse sistema que resulta muito econômico tanto do ponto de vista de produção quanto de custos de manutenção. As experiências acumuladas tornam possível uma intervenção técnica que respeita o meio ambiente e é viável economicamente. Passo a passo da instalação 1) Criação do núcleo de armazenamento e circuitos intermediários utilizando

7 Seite 7 von 7 isolamento térmico 2) Cobertura de areia sobre circuitos de PPR 3) Tubos de ventilação concêntricos (aço inoxidável) 4) Concretagem de radier sobre acumuladores 5) Execução de fôrmas com cobertura de EPS para concretagem de paredes 6) Colocação de tubos de PPR para barreira térmica das paredes 7) Contrapiso sobre material isolante térmico. Esperas para sistema de climatização por tubos contracorrente. 8) Circuitos de captação de energia solar de cobertura 9) Sistema de distribuição de ar e água Aspecto final da edificação Edmond D. Krecké, engenheiro, Físico e Pesquisador, desenvolvedor do Sistema Terra-Sol, terrasol-th@monaco.mc Diogo Piloni e Silva, engenheiro Civil pela Universidade de Brasília, diogopiloni@yahoo.com.br Leia Mais