Sistema geotérmico de climatização - Isomax

Revista Téchne
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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
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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
2.000 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
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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.
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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 TerraSol 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.
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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 2o
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
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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
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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,
[email protected]
Diogo Piloni e Silva, engenheiro Civil pela Universidade de Brasília,
[email protected]
Leia Mais
www.isomaxbuilding.com
www.construible.es/noticiasDetalle.spx?id=297&c=6&idm=10&pat=10
www.geosolmax.es/content/documentos_tecnicos_certificaciones/itb.doc
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