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geotermia e implicações nas tecnologias da construção – estudo de

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1. 3 44 Zona T cnica NE Fig 5 43 Liga o das sondas geot rmicas zona t cnica Quadro 5 14 Legenda da liga o das sondas geot rmicas bomba de calor Legenda 1 Furos 2 Bomba de calor Para uma melhor compreens o da zona t cnica representado na Figura 5 44 o esquema hidr ulico que permite fazer a climatiza o ambiente com o aproveitamento da energia geot rmica e produ o das guas quentes sanit rias atrav s da conjuga o da energia solar e geot rmica A zona t cnica constitu da por quase todos os equipamentos e circuitos representados na Figura 5 44 excep o da capta o vertical e do painel solar que ficam no exterior 120 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos pa gota paid 1174 Fig 5 44 Esquema hidr ulico da moradia Quadro 5 15 Legenda do esquema hidr ulico da moradia Legenda Profundidade de 80 metros para os furos Sondas geot rmicas Bomba de calor geot rmica 12 kW Dep sito de AQS 300 litros Dep sito de in rcia 200 litros Painel solar O 0O N O A RIO Vaso de expans o k o Grupo de impuls o Circuito do pavimento radiante 12 Circuito
2. Fig 4 39 Passo de aplica o 1 SG Passo de aplica o 2 Ap s a sonda estar correctamente preparada ent o colocada num local superior ao furo normalmente fica apoiada na parte de cima da m quina de perfura o para entrar com facilidade e totalmente na vertical durante o desenrolar Fig 4 40 Passo de aplica o 2 SG 69 66 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Na aplica o da sonda usual encher a mesma com gua de modo a ficar com peso suficiente para conseguir vencer a for a da gua existente no furo Ap s o furo ser feito normal aparecer gua no furo vinda das camadas subterr neas isto poder dificultar depois a aplica o da sonda Durante a aplica o da sonda no furo s o colocados os separadores no caso de ter sondas duplas e o tubo de injec o Passo de aplica o 3 Finalizada a aplica o da sonda geot rmica s o cortados os tubos da sonda deixando as pontas de fora do furo Fig 4 41 Passo de aplica o 3 SG 63 Ap s cortar os tubos da sonda protege se a entrada dos mesmos para n o entrarem res duos que os possam danificar Ao retirar os tubos ocos utlizados na abertura do furo que nesta situa o s o necess rios ao encamisamento do furo h tend ncia a ocorrer a entrada de res duos nos tubos da sonda da a devida protec o Retirados os tubos ocos feito o enchimento do furo com o
3. Base de consumo litros dia 300 L dia Temperatura de gua quente Tag 45 C Temperatura de gua fria Taf 12 Necessidade de AQS anual 4203 kW h O esquema do dep sito de AQS usado na moradia apresentado na Figura 5 46 36 metros tubo WM25 0x1 5 sep 2 4 serp 1 14 metros tubo 033 7x2 7 solar Fig 5 46 Dep sito de AQS Quadro 5 18 Legenda do dep sito de AQS Legenda ra Entrada da gua da rede Sa da AQS Sa da permutador solar Entrada permutador solar Sa da permutador apoio bomba de calor Entrada permutador apoio bomba de calor Sonda comando painel solar Sonda term stato o NI OL a A O N nodo magn sio 124 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos O dep sito constitu do por duas serpentinas sendo uma para o sistema geot rmico e outra para o sistema solar O sistema geot rmico apenas far apoio ao solar para a produ o das AQS dando sempre prioridade ao sistema solar Sendo a moradia da tipologia T4 admitiram se cinco ocupantes Ao considerar se 50 litros por cada ocupante obt m se um valor final de 250 litros Arredondou se este valor para uma produ o de 300 litros de gua quente sanit ria por dia para uma temperatura de 45 C Uma vez por semana sobe se a temperatura para 60 C para desinfec o t rmica 5 5 3 DEP SITO DE IN RCIA Z O dep sito de in rc
4. 143 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos O sistema construtivo procurando alcan ar a maximiza o de um processo modular e pr fabricado pretende ser simples e compact vel num container para ser transportado at ao local de constru o Havendo necessidade de acrescer uma como nova unidade m dulo para aumentar uma casa S E R j existente h que usar novo container O mesmo se passar se houver necessidade de transportar a pr pria casa para outro lugar ou demolir desmontando a casa e reciclando as suas componentes 86 Este sistema construtivo permite fazer o alargamento do espa o da casa ao longo do tempo sistema evolutivo consoante as necessidades e possibilidades do utilizador Figura 6 2 Fig 6 2 Sistema evolutivo da casa S E R 88 A estrutura met lica sendo revestida exteriormente por pain is de fibrocimento tipo Viroc isolamento t rmico caixa de ar para preenchimento no local com material com caracter sticas de grande in rcia t rmica e interior em gesso cartonado 87 As estruturas modulares Viroc permitem uma grande flexibilidade e rapidez de constru o bem como responder aos elevados padr es de efici ncia energ tica Os volumes acess rios a sala de estar e quartos disp em se alternadamente criando p tios de forma a criar a melhor exposi o solar e aproveitar assim de forma passiva a radia o solar O mot
5. 2 1 ENQUADRAMENTO HISTORICO Sucia aida italia 3 2 2 DESENVOLVIMENTO SUSTENT VEL oonnocccccccoconnnnnnnnnnonorrrnnnn naar rr nr rn rr rrnnnnnnnr rr rrnnnnanannnannnnes 4 2 3 ENQUADRAMENTO ENERG TICO NA CONSTRU O EM PORTUGAL cccccccccncccncncncnnncnnnnnonnnnnos 5 2 4 CONSTRU O SUSTENT VEL a 7 2 AM SISTEMAS PASIVOS A a ataca 7 2 42 SISTEMAS ACTIVOS concccicinnasi lacio do fediama a El Se aa N da S dn Sa S 7 2 5 AN LISE DO CONSUMO ENERG TICO DO SISTEMA DE CLIMATIZA O DE UM EDIF CIO 8 2 O ENERGIA in a ais caes aa Saens aeee ds 9 2 6 1 FORMAS DE ENERGilA oocccccccccccnonoconnononconononnnnnnonononnnnnnnnnnnnnnnnonnnnnrnnnnnnnnnnnnrnnnnnnnnnnrnnnnrnnnnnanenanannnnannns 10 2 06 21 FONTES DE ENERGIA ans nuas aa dad ma a aa A eL td idad 10 2 6 2 1 Fontes n o Renov veis F sseis ou Convencionais ccccccconcnccooncnncnononononnnocnnnnnnononanonncnncnnnns 10 2 6 2 2 FONTES RENOV VO Sita tadas dadas 11 2 6 2 2 1 Grupo Ambiental SOl ooconcccnniconicccnnncconocnnonannnanncc adanan eeen edadia iah eiea dadinda painaa dekaanin 12 2 6 2 2 2 Grupo Ambiental Terra rr nana nennen nennnsenn enn 13 2 6 2 2 3 Grupo Ambiental AqUasas ii ROM 15 2 6 2 2 4 Grupo Ambiental Vento occonccconoccconcccconccononcnonocnnnnc cnn rca normar rra ranma cnnncnns 15 2 7 EFICI NCIA ENERG TICA NOS EDIF CIOS cccccocococonannnononononnnnnnanncnncnnrrnnnnnnnannrrnrrrrnnnnannaannnns 17 vii Geotermia e Implica e
6. A particularidade desta sonda que prescinde de qualquer soldadura uma vez que os tubos de PEX v m de f brica curvados no p da sonda sem qualquer tipo de uni o entre tubos A zona curvada no p da sonda protegida com uma resina de poli ster refor ada com fibra de vidro Segundo a norma DIN 16892 93 estes tubos t m uma durabilidade de 100 anos a 20 C e press o m xima de 15 bar O di metro do p da sonda depende do di metro do tubo S o apresentados no Quadro 4 5 os valores do di metro do p da sonda em fun o do di metro do tubo Quadro 4 5 Di metro do p da sonda em fun o do di metro do tubo da sonda PEX Tubo da Sonda mm P da Sonda mm 32 110 40 134 Ap s a an lise da sonda geot rmica em PEX ser apresentada a sonda geot rmica em polietileno PE 100 com caracter sticas um pouco diferentes importante salientar que as sondas em PEX apresentam custos mais elevados do que as sondas em polietileno PE 100 56 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 4 23 Sonda geot rmica PE 100 63 As sondas constitu das por tubos de polietileno PE 100 s o as mais utilizadas em Portugal As sondas de polietileno PE 100 s o constitu das por um circuito fechado de tubos em U simples ou duplo Existem duas formas relativamente ao p da sonda um vem soldado de f brica com uma pe a em forma de V mais pequeno que a sonda PEX
7. Al ado poente moradia HZ rear NE EKE a anaE EA AANE ra E NaS 94 Fig 5 19 Elemento construtivo Cobertura Exterior Plana 97 Fig 5 20 Elemento construtivo Parede Exterior arenas 97 Fig 5 21 Elemento construtivo Parede Interior 1 de separac o de espacos teis com n o teis fio fe ec To 0 RRPR a RR a RPE RREO E E ERR DR UE DR ARE TO DR RE ER RR ER 98 Fig 5 22 Elemento construtivo Parede Interior 2 de separa o de espa os teis com n o teis garagem ass anta rante di dis noaiO O O 99 Fig 5 23 Localiza o dos furos em planta rara nn nannan ennn nnmnnn 105 XV Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 24 Limpeza e nivelamento do terreno ooonccnnnccnnnocnnoccnononananana nano nc ronca nao cnn cnn cnn nnnnanancncn 106 Fig 5 25 Equipamentos necess rios ooooccconcconnninnnocnnonncnnonccnn cnn cnc cnn 106 Fig 5 26 Nivelamento da m quina e montagem dos equipamentos 107 FIg o 27 A O 108 Fig 5 28 Aplica o da peca de protec o na m quina de perfura o e do pl stico na parede 109 Fig 5 29 Coluna estratigr fica ereta aaaraanareaca nana nana a naaeanar ra aaar na nanananeaa 110 Fig 5 30 Caracter stica do tubo da sonda geot rmica PE 100 e di metro 32 mm 110 Fig 5 31 Prepara o da sonda geot rmica retrat
8. Estudo de Casos ESSES 0 IA E Eita CREED O DO dl N aj a 070 aL O al E CU e qem 250 e A 2 DIA Ep Fig 5 65 Ventiloconvectores no piso O 5 6 2 2 Montagem Neste par grafo apenas se mostrar uma apresenta o do modo como foi feita a pr instala o sem definir quais as caracter sticas dos ventiloconvectores a usar A particularidade do sistema construtivo deste tipo de sistema de distribui o a exist ncia de um tubo direccionado para a rede de esgotos devido s condensa es Na Figura 5 66 apresentada a montagem da instala o dos tubos Fig 5 66 Montagem da pr instala o dos ventiloconvectores 137 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Os tubos mais grossos e que se encontram juntos fazem a liga o entre os ventiloconvectores e o dep sito de in rcia os tubos de menor di metro como poss vel observar na caixa branca embutida na alvenaria servem para fazer a instala o el ctrica e a liga o rede de esgotos Esta instala o feita na altura da coloca o dos tubos das outras especialidades para abastecimento de gua electricidade g s esgotos a
9. Estudo de Casos Este tipo de capta o pode ser dividido em dois subtipos 54 Sistema de Capta o com dois po os Sistema de Capta o com um s po o 4 5 1 1 Sistema de Capta o com dois po os O sistema de capta o com dois po os tem o aspecto da Figura 4 5 seguinte gt Fig 4 5 Sistema de Capta o com dois po os 54 Normalmente s o usados po os duplos um para extrair po o de capta o a gua subterr nea len ol aqu fero e outro para devolver essa mesma gua extra da chamado po o de drenagem Na constru o destes po os e para a liga o bomba de calor necess rio haver uma dist ncia m nima de 10 metros entres os po os de capta o e o de drenagem Um outro aspecto a ter em conta relativamente ao fluxo do len ol de gua que o po o de capta o deve ser colocado a montante relativamente ao po o de drenagem para evitar a interrup o de gua introduzida 4 5 1 2 Sistema de Capta o com um s po o Este sistema como o nome indica s tem um po o de capta o A gua usada depois escoada para diversos locais como por exemplo rios charcos lagos e mar como poss vel ver na figura seguinte T Fig 4 6 Sistema de Capta o com um s po o 54 37 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos A gua
10. Um aspecto importante a salientar que os colectores geot rmicos podem ser colocados em camadas sobrepostas consoante o dimensionamento Isto leva a uma menor rea de ocupa o do terreno em superf cie mas maior em profundidade As exig ncias de rendimento para o arrefecimento s o moderadas excepto quando existe um escoamento superficial no local V rias empresas e cr ticos do assunto n o recomendam este sistema para o caso de ser adoptado arrefecimento passivo 4 4 2 2 Capta o Vertical A capta o vertical ao contr rio da capta o horizontal permite explorar ao m nimo o terreno volta do edif cio E poss vel dividir a capta o vertical em dois subtipos de capta o que s o feitos em diferentes circunst ncias e que ser o apresentados nesta disserta o Os dois tipos de capta o existentes na capta o vertical s o Capta o Vertical por Sondas Geot rmicas Capta o Vertical por Pilares Geot rmicos 4 5 2 2 1 Capta o Vertical por Sondas Geot rmicas Como poss vel observar pela Figura 4 11 o modo de capta o de energia feito sob o alinhamento vertical Fig 4 11 Capta o Vertical por Sondas Geot rmicas 56 Este tipo de capta o mais usado quando existem limita es ao n vel de espa o nas reas envolventes onde a capta o energ tica feita em profundidade pela abertura de furos que variam entre os 20 e 200 metros dependendo do tipo de solo e da pot
11. o do di metro do tubo e da temperatura PEX 61 Quadro 4 8 Raio de curvatura em fun o do di metro do tubo e da temperatura PE 100 62 Quadro 4 9 Caracter sticas dos materiais PEX e PE 100 nan nnnnnnccnnncnns 62 Quadro 4 10 Caracter sticas dos materiais PEX e PE 100 continua o 63 Quadro 4 11 Valores requeridos para as temperaturas de envio nos circuitos em diferentes sistemas de distribui o sa naaa EA aE N ASRA AAEE aSa anna nana AS 77 Quadro 5 1 rea dos compartimentos do piso Diada ai 89 Quadro 5 2 rea dos compartimentos do piso 1 oooociconconococnnonnnnonenocnrnnnornonocornonenannenororonnoonenocnrnnnos 90 Quadro 5 3 Propriedades do ar exteriOT ooooooocconocccononoccconononccnnononcnnnnnonncnnnnnnnnnnn nano nr n naar rr n naar nr nnne ennen 96 Quadro 5 4 Propriedades do ar interiOF ooooooconnccccnonoccccnononcnnnononnnnnonononnnnn nn nnnnnn nn rnnnnn nr nn naar nnmnnn ennnen 96 Quadro 5 5 Cobertura Exterior Plana nan cnn rn nano rra n cnn rra anna 97 Quadro 5 6 Parede Exterior cnn cnn nn nn na cn nnnccns 98 Quadro 5 7 Parede Interior 1 de separa o de espa os teis com n o teis garagem 98 Quadro 5 8 Parede Interior 2 de separa o de espa os teis com n o teis garagem 99 Quadro 5 9 Caracter sticas dos V os Envidra ados Verticais ia 99 Quadro 5
12. superf cie ou seja no piso 0 No empreendimento todo os ve culos circulam pelo piso subterr neo da a entrada nas garagens de cada uma das habita es existentes ser feita no piso 1 As reas referentes ao piso 1 est o apresentadas no quadro 5 2 Quadro 5 2 rea dos compartimentos do piso 1 Compartimentos rea m Piso 1 Quarto 4 29 Sala de estar 28 Lavandaria 11 WC 4 3 5 WC 5 4 4 Jardim interior 37 Zona t cnica 9 3 Garagem 46 Arrumos 5 Elevador 2 P tio 9 C mara corta fogo 3 tamb m no piso 1 que est localizada a zona t cnica Como foi na fase da elabora o do projecto de arquitectura que se optou pelo uso da geotermia para a climatiza o ambiente e a produ o de AQS levou a planear se um local t cnico para as exig ncias do uso desta tecnologia A zona t cnica foi projectada para ser um local onde estivessem todos os equipamentos e respectivas m quinas que fizessem a alimenta o do edif cio em termos de climatiza o e AQS Ou seja al m dos equipamentos e m quinas relativos geotermia tamb m est o os equipamentos necess rios para o painel solar Relativamente sua localiza o espacial na moradia foi projectada no piso 1 junto aos arrumos e garagem individual sem proximidade de espa os delicados como salas ou quartos Este aspecto tido em conta sempre que haja essa possibilidade pois nem sempre poss vel local
13. 773 V lvula de 3 vias lt Resist ncia El ctrica de Abastecimento aquecimento para o interior Ma A 102 do edificio o Lo Circuito de y aquecimento Pavimento Radiante gua quente Bal o de In rcia o y Es Retorno do Acumulador j m ES end ca de AQS A TT Vaso de expans o Capta o IIT Bomba de calor Geot rmica Fig 4 54 Esquema representativo de produ o de AQS utilizando uma v lvula de 3 vias Stene 2004 No caso de haver necessidade de usar m quinas com grandes pot ncias necess rio ter um dep sito para as AQS exterior bomba de calor Se a m quina for de pequena pot ncia j existem no mercado bombas de calor com os dep sitos incorporados A vantagem de se ter o dep sito incorporado na bomba de calor o facto do espa o que ocupa ser menor Como j foi dito anteriormente quando se opta por um sistema geot rmico para se fazer a climatiza o ambiente e a produ o de AQS usual haver uma combina o de fontes de energias renov veis As energias renov veis s o a geot rmica e a solar O sistema calculado de maneira a aproveitar de uma forma eficiente as duas fontes de energias renov veis ou seja a instala o final feita com a conjuga o de pain is solares e bomba de calor geot rmica Na fase de projecto na altura da escolha do tipo de bomba a usar no edif cio devem ser consideradas as situa es ma
14. A n vel estrutural as casas existentes eram compostas essencialmente por pedra observando se um bom estado de conserva o de alguns elementos construtivos nomeadamente as paredes Figura 5 3 Fig 5 3 Fachada de uma das casas existentes 84 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Como poss vel ver na Figura 5 3 as casas existentes caracterizam se por uma arquitectura do in cio do s culo passado Na Figura 5 4 poss vel observar a constitui o das paredes e qual o seu estado inicial Fig 5 4 Paredes em pedra No terreno existiam dois elementos paisag sticos que apesar de mostrarem indica es de inutiliza o j h v rios anos apresentavam um estado de conserva o adequado para o seu tempo de exist ncia um lago e uma gruta artificial constru dos em pedra sendo esta ltima vis vel na Figura 5 5 Fig 5 5 Gruta artificial Por fim no terreno onde se desenvolve a constru o do condom nio fechado tamb m existiam rvores centen rias Umas encontravam se num estado bastante degradado e outras apresentavam um estado de conserva o mediano onde um tratamento espec fico poderia trazer de volta as suas finalidades est ticas e ambientais Na Figura 5 6 mostrada a parte interior da Quinta dos Cep das onde poss vel ver se uma parte da rea de jardim e algumas rvores 85 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru
15. Estudo de Casos Ao meu Pai N o existe falta de energia N o existe crise energ tica Existe uma crise de ignor ncia Buckminster Fuller Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos AGRADECIMENTOS Ao meu orientador Professor Dr Miguel Gon alves Chichorro por ter sido inicialmente o nico a acreditar no tema de tese por mim proposto pela simpatia e total disponibilidade A minha namorada e fam lia pelo apoio Um agradecimento especial ao meu pai Jos Manuel Vieira Espinheira Rio pela inspirag o que me transmitiu e que deu origem ao tema desta tese Ao amigo Engenheiro Rui Almeida pela inteira disponibilidade paci ncia e compreens o e pela preciosa ajuda empresa 100 Fumos pela informa o e dados fornecidos A empresa Norma Empresa T cnica Construtora SA que me permitiu acompanhar no terreno um dos casos de estudo desta tese A todos o meu sincero Obrigado Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos RESUMO Perante um cen rio de crise energ tica mundial traduzida por consequ ncias negativas ambientais e econ micas salienta se a necessidade de utilizar mais as energias renov veis em detrimento das f sseis Focando se no ramo da con
16. naturalmente em locais onde h acumula o de mat ria org nica E um biocombust vel que dado a elevada percentagem de metano tem diversas utiliza es desde a produ o de energia t rmica e el ctrica at sua aplica o no mercado dos transportes como alternativa aos combust veis f sseis convencionais Os res duos s lidos urbanos RSU cont m 50 a 70 de mat ria org nica biodegrad vel Quando acumulados em aterro s o degradados por ac o biol gica em condi es de humidade e temperatura produzindo um efluente l quido lixiviados e um gasoso biog s Biodiesel E um combust vel biodegrad vel produzido a partir de leos vegetais ou gorduras animais Actualmente os leos de cozinha soja palma e girassol s o os mais utilizados Pode substituir o gas leo rodovi rio O biodiesel pode ser misturado com gas leo em qualquer propor o e ser usado nos motores a gas leo normalmente utilizados Pode ser usado puro ou misturado com diesel dependendo do motor As misturas denominam se BXX sendo XX a percentagem de biodiesel da mistura B20 cont m 20 de biodiesel e 80 de gas leo As percentagens mais utilizadas por ve culos ligeiros s o 5 20 e 30 de biodiesel e por ve culos pesados podem ser usadas misturas mais ricas em biodiesel ou biodiesel puro conforme o motor 14 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 2 6 2 2 3 Grupo Ambiental gua
17. o Fazer um furo para aplicar sondas geot rmicas ou abrir valas para colocar colectores geot rmicos s o implica es construtivas Sem esta tarefa n o poss vel aplicar esta tecnologia 33 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 4 3 ZONA T CNICA A zona t cnica uma divis o do edif cio que tem que ser pensada na fase inicial da elabora o do projecto de arquitectura Esta divis o tem a particularidade de ser chamada casa das m quinas pois o local onde ficam todos os componentes do sistema geot rmico como a bomba de calor geot rmica o dep sito de AQS e de in rcia controladores tubos e todos os outros componentes necess rios O tamanho da casa das m quinas n o tem uma rea m nima regulamentar no entanto conv m ter uma rea desej vel para o equipamento necess rio e para qualquer tipo de manuten o que seja preciso A bomba de calor geot rmica um equipamento que por muito evolu do que seja faz sempre algum ru do Por este motivo e por uma quest o de organiza o espacial das divis es do edif cio recomend vel que a zona t cnica n o fique em contacto com as divis es mais delicadas como quartos ou sala Quando n o poss vel colocar este local nestas condi es recomend vel um refor o de isolamento ac stico Um aspecto importante a salientar sobre esta zona a sua localiza o quando n o existe possibilidade de a colocar de
18. o Mista 61 44 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Ser feita apenas uma pequena apresenta o deste tipo de capta o visto ainda n o existirem muitas informa es sobre ele A grande vantagem do uso deste tipo de capta o est no modo construtivo Este tipo de sondas al m de poderem ser aplicadas a pouca profundidade o material usado no enchimento dos furos pode ser o pr prio da escava o Isto deve se ao facto destas sondas helicoidais serem feitas em tubos de PEX Esta tecnologia ainda pouco usada pois recente e os v rios representantes em Portugal ainda n o t m grandes conhecimentos Esta afirma o deve se ao facto de se ter entrado em contacto com v rias empresas e ter obtido esta resposta Na Figura 4 16 apresentado uma sonda helicoidal em PEX usada neste tipo de capta o j Fig 4 16 Sonda helicoidal em PEX 61 Este tipo de capta o denominada por mista porque tem caracter sticas dos tipos de capta o horizontal e vertical As caracter sticas da capta o horizontal devem se ao facto de a sua implanta o ter um panorama id ntico visto a distribui o tamb m ser feita horizontalmente Relativamente s semelhan as com a capta o vertical este tipo de sondas helicoidais tamb m s o colocadas na vertical A aplica o da capta o mista implica como na capta o horizontal ter um vasta rea de terreno onde seja permit
19. o de edif cios climatiza o ambiente e AQS O Cap tulo 5 referente an lise de um caso pr tico de utiliza o de um sistema geot rmico numa moradia O Cap tulo 6 tem como objecto de estudo a casa S E R na qual foram aplicados os conhecimentos obtidos nos cap tulos anteriores para a implementa o de um sistema geot rmico O Cap tulo 7 conclui os principais aspectos ambientais e econ micos decorrentes da aplicabilidade da geotermia nos edif cios para al m de apontar desenvolvimentos futuros nesta tem tica Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 2 ENQUADRAMENTO DA UTILIZA O DA ENERGIA NOS EDIFICIOS 2 1 ENQUADRAMENTO HIST RICO O homem assistiu desde a idade m dia destrui o dos recursos n o renov veis e teve a consci ncia que o seu mundo finito quando surgiu a primeira crise energ tica A utiliza o massificada e indiscriminada dos combust veis f sseis teve in cio durante a Idade M dia na Europa Os valores m ximos da sua utiliza o ocorreram na Revolu o Industrial sendo que o seu crescimento no s culo XX encontrou um primeiro obst culo em 1973 com a chamada crise petrol fera Naquela data 95 da energia mundial provinha de combust veis f sseis cujas reservas s o finitas 1 E ap s esta fase que se inicia a consciencializa o do conceito de Desenvolvimento Sustent vel E precisamente neste conceito que este trabalho se in
20. 1997 10 06 2011 78 Uponor Aplica o de aquecimento radiante e climatiza o Manual T cnico 2008 79 www prediclima pt faq php 10 06 2011 80 Oliveira Cl udia Coberturas ajardinadas tornam cidades mais sustent veis Jardins 08 02 2011 pp 18 Portugal 11 06 2011 81 www repositorio Ineg pt handle 10400 9 1111 11 06 2011 82 www abcclim net calcul bilan thermique html 13 06 2011 83 www uponor pt media Files Uponor Portugal Tarifa Tabela 20Uponor 202011 ashx 13 06 2011 84 www nbaa pt P INCURSOES exposicoes SER ser pt htm 14 06 2011 85 www d arco blogspot com 2009 06 nbaa arquitecturaprojecto sustainable html 15 06 2011 86 www nbaa pt P INCURSOES exposicoes SER ser pt htm 17 06 2011 87 www viroc pt viroc index php option com content amp view article amp id 56 amp lItemid 117 amp lang pt 15 06 2011 88 www archi europe com archi saie awards 342 1 pdf 22 06 2011 89 www toutsurlisolation com Lexique RT 2005 Reglementation Thermique 2005 22 06 2 168
21. 23 05 2011 70 Enertes Eficiencia Energ tica en Calefacci n y Refrigeraci n Aprovechamientos Geot rmicos mediante Bomba de calor 2009 71 www enat pt pt subpages php id 29 amp sub 7 24 05 2011 72 www enat pt pt subpages php id 7 01 06 2011 73 Stene J temperature requirements Residential CO Heat Pump System for Combined Space Heating and Hot Water Heating pp 16 Thesis submitted for the degree of Doktor Ingenior Norwegian University of Science and Technology Department of Energy and Process Engineering 2004 03 06 2011 167 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 74 Stene J temperature requirements Residential CO2 Heat Pump System for Combined Space Heating and Hot Water Heating pp 10 Thesis submitted for the degree of Doktor Ingenior Norwegian University of Science and Technology Department of Energy and Process Engineering 2004 03 06 2011 75 Uponor Aplica o de aquecimento radiante e climatiza o Manual T cnico 2008 05 06 2011 76 Stene J temperature requirements Residential CO Heat Pump System for Combined Space Heating and Hot Water Heating pp 11 Thesis submitted for the degree of Doktor Ingenior Norwegian University of Science and Technology Department of Energy and Process Engineering 2004 06 06 2011 77 Afjei T Low Cost Low Temperature Heating with Heat Pump Systems IEA Heat Pump Centre Newsletter Vol 15 N 3 pp 26 28
22. H drica Designa se por energia h drica a energia mec nica dispon vel associada gua em repouso ou em movimento sob o efeito da gravidade A ocorr ncia de gua na natureza resulta do ciclo hidrol gico pelo que a energia h drica considerada uma fonte de energia renov vel ou end gena A energia h drica come ou por ser convertida em energia mec nica moinhos e azenhas e actualmente tem por finalidade predominante a produ o de energia el ctrica em centrais hidroel ctricas O esquema t pico de uma instala o hidroel ctrica inclui uma barragem que permite o armazenamento tempor rio de gua na albufeira e a deriva o de um caudal para a central onde ocorre a convers o de energia h drica em energia el ctrica Posteriormente este caudal restitu do a uma cota inferior da albufeira Mini H drica E uma instala o que permite transformar a energia da gua de um rio em energia el ctrica utilizando desn veis topogr ficos E usual denominar se como mini h dricas os aproveitamentos hidroel ctricos com uma pot ncia instalada inferior a 10 MW Produz energia el ctrica utilizando recursos naturais end genos Por se tratar de uma tecnologia limpa permite substituir a produ o de electricidade pela via t rmica contribuindo assim para a redu o de emiss es poluentes e para a redu o da importa o de energia No fundo uma mini h drica funciona como um antigo moinho de gua ao qual se j
23. Na F 30 Amieira 27 CI Ca Na 5 Caldelas 33 HCO 3 Ca F 31 Bicanho 28 Cl Ca Mg Na 6 Eirogo 25 H2S Cl HCOs Na F 32 Azenha 29 Cl Na 7 Taipas 32 H2S HCOs Na F 33 Monfortinho 28 SiOz Cl Na K 8 S Miguel das Aves 22 H2S HCOs Na 34 Fonte Quente 24 CI HCO Na 9 Vizela 62 H2S HCOs F Na 35 Salgadas 23 Cl Na 10 Sa de 30 H2S Cl Na F 36 Envendos 22 SiOz Cl Na K 1 Carl o 29 H2S HCOs Na F 37 Piedade 27 Cl HCO Na 12 S o Louren o 30 H2S HCOs Na K 38 Salir 20 Cl Na 13 Canavezes 35 H2S F HCOs Na 39 Caldas da Rainha 36 H S Cl S04 Na Ca Mg 14 Moledo 45 H2S HCOs Na F 40 Arr bidos 29 HS Cl Na 15 Fonte Sta do Seixo 21 H S HCO Na 41 Vimeiro 26 HCO Cl Na Ca 16 Aregos 62 H2S HCO Na F 42 Cucos 40 Cl Na F 17 Longroiva 34 H2S HCOs Na 43 Alca arias 30 Cl Na 18 S Jorge 23 HzS CI Na 44 Hosp For a A rea 50 HCOs Ca Mg 19 Carvalhal 41 H2S HCOs Na F 45 Oeiras S S F A 30 HCOs Na 20 Cavaca 29 H2S HCOs Na F 46 Estoril 35 Cl Na 21 S Pedro do Sul 69 H2S HCOs Na F 47 Santa Comba 22 HCOs Ca 22 Alcafache 51 H2S HCOs Na F 48 Malhada Quente 28 HCOs Na SO 23 Sangemil 50 H2S HCOs Na F 49 Alferce 27 HCOs Na 24 Cr 23 H2S HCOs Na 50 Monchique 32 HCOs Na F 25 Felgueira 36 H2S HCOs Na F 51 Santo Ant nio 25 HCOs Ca 26 Manteigas 48 HzS HCOs Na F 52 Fte Sta de Quarteira 21 HCOs Na Ca Mg Fig 3 7 Emerg ncias termais temperatura m xima e caracter sticas da gua 40 Estas
24. Passo de aplica o 4 uni o de sonda SG 46 eene es ne erneeseensessrnesrnnerne 68 Fig 4 45 Passo de aplica o 4 colector de distribui o SG 70 senene nennen 68 Fig 4 46 Desaterro do terreno 46 ss ssmise coro ia br 69 Fig 4 47 Passo de aplica o 1 CG OB ecconcconcconicicinnccnnncccnorcnnnccnnnnncnconcccnnrnnnnnrnnnncrrrrcnnnnnn 69 Fig 4 48 Passo de aplica o 2 CG 63 aerea areeanarea aaa nana 70 Fig 4 49 Passo de aplica o 3 CG 46 reatar rc 70 Fig 4 50 Passo de aplica o 4 CG 63 rear aaa areeaaarea aaa nanenanas 71 Fig 4 51 Bomba de calor Alfa innotec rr cnn nr nan nn nr rnnn rn nnnn rca 72 xiv Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 4 53 Exemplo do COP de 4 72 nn nc cnn 74 Fig 4 54 Esquema representativo de produ o de AQS utilizando uma v lvula de 3 vias Stene A a LD ia a o Sa 76 Fig 4 55 Pavimento radiante Uponor 2011 rrenan raras 77 Fig 4 56 Rela o entre temperaturas e carga t rmica 75 78 Fig 4 57 Perfis de temperatura para os diversos sistemas de distribui o fun o aquecimento 78 A A A EA A AN 79 Fig 4 58 Ventiloconvector Jaga 2011 errante aerea naarennanaaren antenas 81 Fig 4 59 Ventiloconvector embutido na parede e rrrreeaarerae nn nn ran nana 81 Fig 4 60 Ventiloco
25. XX Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos S MBOLOS E ABREVIATURAS AQS guas quentes sanit rias CE Comunidade Europeia CG Colector Geot rmico CGPV Central Geot rmica do Pico Vermelho CGRG Central Geot rmica da Ribeira Grande CH Metano CO Di xido de Carbono COP Coeficiente de Performance de uma Bomba de Calor IUCN International Union for Conservation of Nature MIT Massachusetts Institute of Technology ONG Organiza o n o governamental ONU Organiza o das Na es Unidas PCI Pot ncia calor fica RCCTE Regulamento das Caracter sticas de Comportamento T rmico dos Edif cios RSECE Regulamento dos Sistemas Energ ticos de Climatiza o em Edif cios RSU Res duos s lidos urbanos S E R Sustainable Evolutive Residence SCE Sistema de Certifica o Energ tica e Qualidade do Ar Interior de Edif cios SERP Serpentina SG Sonda Geot rmica Taf Temperatura de gua fria Taq Temperatura de gua quente Tec Temperatura exterior corrigida TH Temperatura proveniente da fonte quente Ti Temperatura interior de conforto TL Temperatura proveniente da fonte fria TRT Teste de Resposta T rmica xxi Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos xxii Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 1 INTRO
26. a nono nora ncnnnan 152 Fig 6 9 Zona t cnica da casa S E R erre raraa aaa naaeaaaara near naaaaaanaaa 152 Fig 6 10 Esquema hidr ulico da casa S E R rca 153 Fig 6 11 Compara o entre custos anuais conca narran cnn rana ra ncnin 157 Fig 6 12 Gr fico da compara o entre custos anuais eretas 158 Fig 6 13 Amortiza o do equipamento ir cnc c nano ear acc nnnnn nn araraa acena 159 FIg 6 15 Acro Ml iii ii e ii e 160 xvii Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos xviii Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos NDICE DE QUADROS Quadro 2 1 Consumos energ ticos dos edif cios oooooocccnnnnccconnnocccnnononnnnnnnonnnnnnnonnnnnnnr nr nnnnnn cnn 17 Quadro 4 1 Associa o das curvas s esta es da Figura 4 19 48 Quadro 4 2 Valores de pot ncia de capta o VDI 4640 rr 52 Quadro 4 3 Calor especifico de extrac o em fun o do tipo de subsolo VDI 4640 54 Quadro 4 4 Dimens o do tubo em fun o do tipo de solo VDI 4640 54 Quadro 4 5 Di metro do p da sonda em fun o do di metro do tubo da sonda PEX 56 Quadro 4 6 Di metro do p da sonda em fun o do di metro do tubo da sonda PE 100 57 Quadro 4 7 Raio de curvatura em fun
27. emperatura Bolbo H mido Coincidente Propriedades Ar Seco C Inverno 0 E Ver o 31 21 6 5 4 1 2 Condi es Interiores No Quadro 5 4 apresentam se as propriedades do ar interior utilizadas para o c lculo das cargas t rmicas dos espa os onde se previu condicionamento Quadro 5 4 Propriedades do ar interior Funcionamento Temperatura C Humidade Aquecimento 20 Arrefecimento 24 50 5 4 1 3 Envolvente do Edif cio O c lculo das pot ncias de aquecimento foi obtido com base nos dados disponibilizados no Projecto de Arquitectura Apresenta se nas imagens e nos quadros seguintes a descri o dos elementos construtivos da envolvente exterior da envolvente interior e dos v os envidra ados correspondentes moradia em estudo 96 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Cobertura Exterior Plana TAPETE PR CULTIVADO TIPO XEROFLOR FELTRO DE RETENS O DE HUMIDADE ISOLAMENTO T RMICO TIPO ROOFMATE 5cm ESP TELAS DE IMPERMEABILIZA O CAMADA DE FORMA COM REGULARIZA O 0 26 N N o 1 S k k i gt 1 L I l TECTO FALSO ESTRUTURA DE SUSPENS O y J J j l l Fig 5 19 Elemento construtivo Cobertura Exterior Plana Quadro 5 5 Cobertura Exterior Plana Material Esp em P kg m3 R m C W Terra Vegetal 12 1800 0 11 Iso
28. o das sondas nos buracos feito um enchimento do espa o com uma argamassa atrav s de uma m quina bombe vel e de um tubo de injec o Fig 4 27 Material de enchimento e veda o tubo de injec o 54 58 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos A argamassa constitu da por cimento bentonite gua e por vezes areia de s lica com gr o muito fino Esta argamassa tem as seguintes finalidades 68 Provocar um bom assentamento da sonda Melhorar a transmiss o t rmica existente entre o solo e a sonda Proteger contra agress es qu micas da gua e do solo Selar as camadas imperme veis que tenham sido atravessadas durante a perfura o evitando a contamina o de guas subterr neas O material de enchimento deve ser injectado de baixo para cima com a ajuda do tubo de injec o 4 7 1 5 Tubo de injec o O tubo de injec o usado para se fazer a injec o do material de enchimento e veda o O material do tubo de polietileno de alta densidade PE 100 PN16 e o seu di metro normalmente de 25mm Figura 4 28 O tubo com estas caracter sticas est em condi es de aguentar as grandes press es existentes no solo Fig 4 28 Tubo de injec o 68 4 7 1 6 Uni o de sondas A uni o de sondas normalmente tem a forma de Y como poss vel ver na Figura 4 29 Fig 4 29 Uni o de sondas 68 Este acess rio serve p
29. o e produ o de AQS de um edif cio comum usar a mesma bomba de calor para as duas finalidades No projecto de t rmica do edif cio poss vel analisar os valores das necessidades energ ticas para o aquecimento e para produ o de AQS O que acontece na maioria dos edif cios que a pot ncia necess ria para o aquecimento superior relativamente pot ncia necess ria para as AQS Neste caso deve ser escolhida uma bomba de calor para a situa o mais desfavor vel das necessidades valor mais elevado que normalmente corresponde necessidade de aquecimento Este tipo de op o de dimens o pode levantar algumas d vidas relativamente situa o de se usar o aquecimento e as AQS em simult neo Em instala es dom sticas ou comerciais normalmente dada a prioridade produ o de gua quente relativamente ao aquecimento ambiente No caso de o edif cio ter um sistema de distribui o com pavimento radiante este problema n o sentido pois o aquecimento feito de uma maneira homog nea implicando a n o perda de rendimento do sistema 75 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Para que esta prioridade de funcionamento das AQS relativamente ao da climatiza o tenha sucesso utilizada uma v lvula de 3 vias que comuta do circuito de aquecimento centralizado no bal o de in rcia ou dep sito de in rcia para a produ o de guas sanit rias Figura 4 54
30. o g queci ento e Electrodom sticos Arrefecimento 50 25 25 Estes valores representam uma mera grandeza do consumo energ tico mas que nos ajudam a identificar os principais vectores de actua o dos edif cios de forma a optimizar a efici ncia t rmica e energ tica Analisando estes valores pode se destacar 16 a O peso decisivo dos consumos correspondentes produ o de AQS cuja fonte energ tica energia final se divide maioritariamente entre o g s e a electricidade e onde a energia solar t rmica e a geot rmica poder o ter um impacto muito importante na sua redu o b O peso importante dos consumos correspondentes aos electrodom sticos e ilumina o onde o incremento da efici ncia energ tica fundamental Neste caso s o importantes as estrat gias da etiquetagem energ tica e da obten o de n veis m nimos da efici ncia dos electrodom sticos e das l mpadas de modo a poder se informar os consumidores sobre quais as op es mais adequadas c O peso crescente dos consumos destinados ao conforto t rmico aquecimento e arrefecimento embora n o sejam muito significativos em termos globais cerca de 25 Este consumo tem aumentado significativamente nos ltimos anos com a aten o dada s exig ncias de conforto No controlo do seu crescimento surge como determinante o modo de aplica o do isolamento t rmico as solu es de ventila o assim como os sistemas de climatiza o instalad
31. rmica necess rio prepar la de modo a que a sua aplica o seja feita da maneira correcta A sonda geot rmica colocada neste furo constitu da por tubos de polietileno PE 100 de di metro 32 mm Nos tubos certificados v m marcadas as suas caracter sticas como poss vel observar na Figura 5 30 FURTO Ra SA SST QE ASIA E q tt 32429 PEIOO S5 PNIS SKZ A278 06 5633 11471 he a Fig 5 30 Caracter stica do tubo da sonda geot rmica PE 100 e di metro 32 mm 110 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos A prepara o da sonda consiste em colocar o peso de fundo 20 kg de peso na extremidade da sonda assim como o rolo de tubo numa posi o elevada de modo a que a sonda entre na vertical e mais facilmente Figura 5 31 E ge ERA E E A Fig 5 31 Prepara o da sonda geot rmica Ap s a prepara o da sonda foi tomada uma decis o antes de coloc la no furo Essa decis o determinou que se optasse por encher os tubos da sonda com gua de modo a esta ficar mais pesada para que a sua coloca o se fizesse de um modo mais f cil Esta op o deve se ao facto de ap s a realiza o do furo este come ar a ficar com alguma gua proveniente de pequenos len is fre ticos e que dificultariam a entrada da sonda Estando a sonda cheia de gua procedeu se sua coloca o como vis vel na Figura 5 32 Fig 5 32 Aplica o da sonda ge
32. rmico provoca que as cabe as dos detentores abram ou fechem permitindo aumentar ou diminuir o caudal para chegar temperatura ambiente desejada Na moradia em an lise foram usados circuitos individuais para cada divis o a climatizar e duas caixas de distribui o De acordo com as recomenda es da marca do pavimento radiante foi colocada uma caixa de distribui o em cada piso Esta recomenda o praticamente obrigat ria porque cada caixa de distribui o tem apenas capacidade para 12 circuitos o que ultrapassa o n mero total de circuitos da moradia As caixas de distribui o s o os elementos onde s o fixados os colectores e ligados os tubos provenientes do grupo de impuls o Nas Figuras 5 50 e 5 51 est o representadas as caixas de distribui o dos respectivos pisos 1 e O Caixa de Distribuic o Fig 5 50 Caixa de distribui o do piso 1 zona t cnica 128 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Nos pr ximos par grafos ser o analisados todos os pormenores relativos s duas caixas de distribui o ER ARE Fig 5 51 Caixa de distribui o do piso O cozinha Todos os circuitos est o ligados s caixas de distribui o estando os circuitos do piso 1 ligados caixa existente na zona t cnica e os do piso O ligados caixa de distribui
33. 5 34 el ctrica e serve para dar press o ao movimento do cimento e da bentonite em conjunto com a gua dentro do tubo de injec o A entrada do material de enchimento e veda o provoca a sa da de detritos e de gua que possam estar no furo logo tem se a certeza do enchimento completo quando se observa apenas material de enchimento e veda o sa da do furo Estando o furo preenchido com o cimento e a bentonite retiraram se os tubos mais largos que serviram para abrir o furo e que serviram de conten o ao material solto Ap s esta tarefa d se por conclu da a aplica o da sonda geot rmica Por uma quest o de protec o dos tubos das sondas comum dobrar as pontas exteriores Figura 5 35 113 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 35 Dobragem das pontas exteriores da sonda geot rmica Nestas pontas da sonda s o depois aplicadas as uni es de sondas aqui e faz se a liga o bomba de calor que fica na zona t cnica Neste caso particular n o foram usados colectores de distribui o porque apenas foram executados dois furos para o abastecimento da moradia e ambos mesma profundidade Devido aos furos terem a mesma profundidade o caudal nas sondas constante o que leva aboli o dos colectores de distribui o Se por acaso houvesse mais furos e com profundidades diferentes era necess rio usar colectores de distribui o para fazer com qu
34. Aplica o da argamassa sobre OS tubos reatar 136 Fig 5 64 Ventiloconvectores no piso 1 rear nono nr terrenas 136 Fig 5 65 Ventiloconvectores no piso O pantani eita ela pasa RA EKAA An i Panka plar iTA KRE cnn nnccinns 137 Fig 5 66 Montagem da pr instala o dos ventiloconvectores 137 Fig 5 67 Pormenor geral n a a e a a er N 138 Fig 5 68 Pormenor da caixa branca embutida na parede ne 138 Fig 5 609 Pre o das NAS ii A a a e a a 139 Fig 5 70 Compara o entre custos anuais cc nn cn narran cnn arrancan 140 Fig 5 71 Gr fico da compara o entre custos anuais rrenan 140 Fig 5 72 Amortiza o do equipamento iria e arara acena n nn rana nn cr naar nnccinns 141 Fig 6 1 Casa S E R Oli A E a Da OG aaa 143 Fig 6 2 Sistema evolutivo da casa S E R 88 nn n conc narran nr nc 144 Fig 6 3 Particularidades da casa S E R 88 nano cnn narran cnn 144 Fig 6 4 Constru o de um m dulo da casa S E R 86 rea 146 Fig 6 5 Pormenores da casa S E R 88 rare cnn rca rra 146 Fig 6 6 Planta casa S E R 88 rara aaa aaa niione iaaiiai 147 Fig 6 7 Corte da casa S E R 88 re ecarr aaa aaaaaa aee anara aaa ananana 147 Fig 6 8 Localiza o da zona t cnica e do furo na casa S E R
35. DO FURO Antes de come ar a fazer o furo necess rio saber o local no terreno onde decorrer o procedimento Para esta casa n o se escolheu um local espec fico para a realiza o do furo O local do furo conv m ser escolhido consoante a localiza o da zona t cnica de modo a este n o ficar muito afastado desta evitando perdas de carga Por este motivo antes de escolher o local do furo escolheu se um local para a zona t cnica A zona t cnica um local da habita o que conv m ser projectada na fase de execu o do projecto de arquitectura No entanto para o caso da casa S E R n o foi poss vel projectar esta divis o nessa altura pois o projecto j se encontrava desenvolvido Analisando o projecto de arquitectura tentou se escolher no interior da casa um local onde se pudesse EO do ag 5 2 Z colocar esta divis o com uma rea aproximadamente de 6 m No entanto a arquitectura da casa muito particular e n o foi poss vel encontrar uma alternativa Quando sucede este tipo de problema normal fazer se uma zona t cnica no exterior Para a casa S E R optou se por fazer uma zona t cnica subterr nea junto a uma das paredes da casa que n o tem janelas e que d para o quarto de banho e antec mara longe das divis es delicadas sala e quartos Existem dois locais onde se pode fazer o furo sendo um no lado exterior casa e zona t cnica e outro dentro da zona t cnica O que fica dentro da zona t cnic
36. Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 7 E Fig 4 14 Armadura e colectores geot rmicos dos pilares energ ticos Como poss vel ver na Figura 4 14 os colectores s o colocados longitudinalmente sobre a armadura e s o amarrados atrav s de umas abra adeiras Estes colectores s o protegidos por uma capa de modo a proteger o sistema da corros o do a o Os colectores encontram se protegidos por uma barreira contra a difus o do oxig nio Os colectores ideais s o os de PEX devido s suas vantagens t cnicas de aplica o Boa resist ncia a mossas e ranhuras devido s tens es existentes no solo Flex vel e de f cil coloca o inclusive a baixa temperaturas Bom funcionamento em servi o para raios de curvatura reduzidos 20 cm para o tubo com di metro de 20mm e 25 cm para o tubo com di metro de 25 mm Em Portugal n o existe nenhum edif cio ou outro tipo de constru o que utilize este tipo de capta o particular Um exemplo de edif cio que usa este tipo de capta o o conhecido One Hyde Park situado em Londres Foi usado este sistema para fazer a climatiza o do edif cio e a produ o de AQS 60 4 5 2 3 Capta o Mista Actualmente existe um novo tipo de capta o tamb m pouco explorado em Portugal que a capta o mista Este tipo de capta o usa sondas helicoidais como poss vel ver na Figura 4 15 61 Fig 4 15 Capta
37. PE 100 continua o Colector Geot rmico PEX PE 100 Resist ncia qu mica Anexo 1 da norma DIN 8075 Anexo 1 da norma DIN 8075 Densidade 0 94 g cm 0 95 g cm Aptid o para acumula o de Ilimitada temperatura de N o temperatura de servi o calor servi o at 95 C m xima apenas de 30 C Ilimitada temperatura de servi o m xima apenas de 40 C Aptid o para refrigera o Sim temperatura de servi o por m quina frigor fica at 95 C Glicol Utiliz vel Segundo a orienta o VDI 4640 4 8 INSTALA O E MONTAGENS DOS TIPOS DE CAPTA O Como j dito anteriormente somente ser o analisados os tipos de capta o mais utilizados em Portugal ou seja a capta o vertical por sondas geot rmicas e a capta o horizontal com colectores geot rmicos Neste par grafo ser o apresentadas todas as fases desde a escava o do furo at implementa o dos permutadores de calor sondas e colectores 4 8 1 SONDAS GEOT RMICAS Neste par grafo ser feita uma abordagem dos passos mais importantes No entanto no pr ximo cap tulo na an lise de um caso pr tico real ser o apresentados todos os passos de uma forma mais detalhada A aplica o das sondas geot rmicas composta particularmente por 2 fases Execu o do furo Introdu o das sondas geot rmicas no furo 4 8 1 1 Execu o do furo No in cio prepara se o local onde se vai realizar o furo sendo necess rio proce
38. Solar Fotovoltaica a convers o directa de Energia Solar em electricidade Serve para produzir energia el ctrica a partir de energia solar em locais isolados ou para integra o directa na rede el ctrica Podem tamb m ser utilizados em sinaliza o de emerg ncia na bombagem de gua e em outras aplica es de pequeno consumo Este tipo de energia funciona a partir da convers o da luz solar numa corrente el ctrica em materiais semi condutores 2 6 2 2 2 Grupo Ambiental Terra Geotermia Geotermia a designa o usada para as ci ncias e t cnicas que estudam e exploram o calor terrestre ou energia geot rmica O fluido geot rmico que usualmente a gua serve de ve culo de transporte do calor gerado no interior da terra para a superf cie Devido heterogeneidade da crosta terrestre o gradiente de temperatura pode ser localmente inferior ou superior ao valor m dio Alta e baixa entalpias s o utilizadas para identificar as caracter sticas do fluido gua consoante a sua temperatura seja superior ou inferior a 150 C Biomassa A Biomassa consiste na frac o biodegrad vel proveniente de produtos e res duos da agricultura pecu ria e silvicultura bem como de res duos industriais e urbanos 18 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Pode se transformar a biomassa em energia el ctrica t rmica aquecimento e ou arrefecimento gerar calor e elect
39. T RMICO DA MORAD A 20 ion donas Lo cinass sadm 95 5 4 1 BASES DE DIMENSIONAMENTO Garros tt anadir meg asa idas 96 5 4 1 1 Condi es Exteriores rar raaea area aaar aa aaaraaanaaaaaraa aaa aa nana nannaaananaa 96 5 4 1 2 Condi es Interiores ii etrreaearaaaaaaacaneeaaaraa aan aaaanaaa area rana canncans 96 5 4 1 3 Envolvente do Edificio azar anasariiasats quai a ae ada E e Lad eia 96 5 4 2 NECESSIDADES ENERGET Aita 100 5 4 3 CLASSE ENERG TICA m aaa a iaa id 100 BA TIPO DEICAPTA O ostia 101 5 4 1 DIMENSIONAMENTO DO TIPO DE CAPTA O ococccccccnnnonocnnnnnnnnnnnnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnanannnnnnnnnnnninannnns 102 5 4 2 EXECU O DO FURO urna iia to pe cia ler EAE sia il bolos 105 5 4 3 APLICA O DA SONDA GEOT RMICA cccmccoccconncncnncnononononnnnnnnnnononononnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnannnonannnnnninannnns 110 5 4 3 INJEC O DO MATERIAL DE ENCHIMENTO E VEDA O occcccccccnoconocnnncnncnononononononnnnnnonanonononannnnnnnnnnna 113 5 4 4 TESTE DE RESPOSTA T RMICA TRT canci n dimitir 114 5 5 ZONA TECNICA usasse A o a Dn 119 5 571 BOMBA DE GALO Roo a A MOD PA guia SEPARADO Moda dA ada qr 122 552 DEP SITO DEAN Si A UA aa OLE ss 123 5 5 3 DEP SITO DE INERCIA coi AA QD 125 5 5 4 GRUPO DEIMPUELSAO siiin aiin aa aai ad 125 5 6 SISTEMAS DE DISTRIBUICAO 00000 aiaa damara aaaea ananin ioaludaa sis sos voadudas sos as dando 127 5 6 1 PAVIMENTO RADIANTE reed Pa E a 127 Geotermia e Im
40. Ventiloconvectores Convectores Radiadores Distribui o Radiante Temperatura 35 45 C 40 50 C 45 55 C 60 80 C 4 10 1 PAVIMENTO RADIANTE O pavimento radiante um sistema de distribui o destinado para fazer a climatiza o de um edif cio ou outro espaco id ntico e a sua configurac o tem o aspecto da Figura 4 55 Fig 4 55 Pavimento radiante Uponor 2011 Os sistemas de pavimento radiante a baixa temperatura s o uma t cnica muito antiga sendo j utilizados pelos romanos Os romanos utilizavam um pavimento t rreo falso sob o qual passava vapor que por sua vez era transferido por condensa o para o interior das constru es Durante os tempos a t cnica foi sofrendo altera es e hoje torna se bastante vantajosa a sua utiliza o nas finalidades apresentadas ao longo da disserta o 77 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Actualmente o pavimento radiante torna se como um dos sistemas de climatiza o mais eficiente a usar com uma bomba de calor pois funcionam a baixas temperaturas como poss vel ver pelo Quadro 4 11 Estes sistemas podem apresentar emiss es at 60 W m sem se ultrapassar o limite de 29 C na superf cie do pavimento imposto pela norma europeia EN 1264 4 para temperaturas de envio entre os 35 C e os 45 C 74 As temperaturas obtidas nos pavimentos radiantes n o correspondem s temperaturas no interior dos edif cios E
41. acess rios como a bomba circuladora uma v lvula misturadora de 3 vias uma liga o ao colector e um by pass com v lvula de press o 125 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos diferencial Incorpora a unidade de refrigera o e aquecimento para o funcionamento ideal do sistema de acordo com as condi es requeridas Figura 5 48 A sua localiza o a jusante do dep sito de in rcia e a montante do circuito do pavimento radiante fazendo o seu abastecimento Figura 5 44 Os acess rios que constituem o grupo de impuls o t m o aspecto da Figura 5 48 Grupo de impuls o Cooling ZRS K25 Fig 5 48 Grupo de impuls o A temperatura de impuls o ou seja a temperatura da gua nos circuitos dos sistemas de distribui o controlada no grupo de impuls o atrav s da temperatura exterior Analisados todos os equipamentos principais que normalmente ficam colocados na zona t cnica apresentado na Figura 5 49 a forma como ficam instalados no local Dep sito de AQS Fig 5 49 Equipamentos que constituem a zona t cnica 126 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 5 6 SISTEMAS DE DISTRIBUI O Apresentados os princ pios de funcionamento e equipamentos utilizados a montante do dep sito de in rcia referente ao esquema hidr ulico da moradia apresentar se o os sistemas de distribui o que est o a jusante Com
42. cios s o obrigados por lei a incorporar pain is solares de modo a fazerem apoio na produ o das AQS Como foi poss vel observar ao longo desta disserta o a geotermia uma fonte de energia renov vel que aplicada nos edif cios permite abdicar dos pain is solares Os pain is solares servem apenas para produzir AQS quando existem temperaturas exteriores ptimas enquanto a geotermia permite fazer a climatiza o e as AQS durante todo o ano qualquer que seja a temperatura exterior Esta disserta o permitiu analisar a tecnologia geotermia nos edif cios analisando todas as implica es construtivas assim como avaliar as vantagens econ micas e ambientais provenientes da sua utiliza o 7 1 2 DESENVOLVIMENTOS FUTUROS Sendo a geotermia aplicada aos edif cios uma tecnologia recente em Portugal Continental seria interessante poder se monitorizar os consumos e custos reais da moradia caso de estudo Uma vez que os pain is solares n o tiveram at h bem pouco tempo qualquer concorr ncia no mercado relativamente ao uso de energias renov veis nos edif cios a geotermia surge como uma potencial concorrente para o futuro De salientar tamb m a import ncia do conhecimento desta tecnologia para que esta n o seja encarada como uma alternativa dispendiosa Deste modo h que desmistificar essa ideia uma vez como foi observado no Cap tulo 5 os custos da moradia com geotermia relativos ao consumo anual de energia est o
43. com hidromassagens ou jac zis Normalmente estes valores v m mencionados no projecto de t rmica do edif cio O c lculo das necessidades de AQS feito em conjuga o com o painel solar tirando vantagens da conjuga o dos dois sistemas em funcionamento o geot rmico com o solar 4 2 5 TEMPERATURA DE CONFORTO Z E preciso estabelecer qual a temperatura de conforto no interior do edif cio A temperatura recomendada de 20 a 22 C no Inverno e de 24 C no Ver o para uma humidade relativa do ar na ordem dos 50 4 2 6 SISTEMAS DE DISTRIBUI O E importante procurar a melhor solu o do sistema de distribui o para o aquecimento e arrefecimento Existem alguns sistemas poss veis como o pavimento radiante e os ventiloconvectores sendo estes os mais indicados para uma melhor efici ncia do sistema geot rmico 4 3 ENQUADRAMENTO DE UM SISTEMA GEOT RMICO NA EFICI NCIA ENERG TICA Actualmente no RCCTE j se encontram estipuladas as exig ncias para se utilizar uma fonte de energia renov vel que forne a parte das necessidades de aquecimento das guas sanit rias 31 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Este regulamento est preparado para se contabilizar a energia solar t rmica fornecida a partir de colectores solares A rea m nima estipulada de colectores solares instalados de modo a contribuir Som 7 2 para o aquecimento das guas quentes sanit rias E
44. de calor Quadro 6 5 Caracter sticas da bomba de calor geot rmica usada na casa S E R Bomba de calor geot rmica SWC 80H K Performances Pot ncia calor fica COP com B0 W35 segundo EN 225 com um At de 10 K na E COP com B0 W35 segundo EN 14511 89kW 45 Caudal de gua glicolada da fonte de calor 1900 l h Caudal de gua para o aquecimento 1500 l h Peso de fluido frigor fico R4o7C 2 1 kg Valores de utilizac o Valores de utiliza o da gua de aquecimento 20a 65 TC Valores de utiliza o de gua glicolada 5a 25 C 154 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quadro 6 6 Caracter sticas da bomba de calor geot rmica usada na casa S E R continua o Bomba de calor geot rmica SWC 80H K continua o Press o diferencial no circuito de aquecimento com um At de 7 K 0 41 bar a no circuito de gua glicolada com um 0 68 bar Aparelho Dimens es Largura x Profundidade x Altura 650 x 500 x 1550 mm Peso incluindo embalagem de transporte 208 kg Caracter sticas el ctricas Tens o consumo m ximo da bomba de calor 400 V 6 9 A Resist ncia el ctrica de apoio integrado na bomba de calor 2 4 6kW Consumo em B0 W35 segundo EN 14511 1 98 kW 3 7 A A fun o da bomba de calor geot rmica neste caso de estudo foi a de produzir energia para permitir fazer a climatiza o ambiente e AQS Similarmente
45. de corros o Quando se opta pela explora o destas instala es ou seja extrac o e escoamento de guas subterr neas necess rio que sejam pedidas e obtidas as devidas autoriza es As linhas de gua subterr neas ocupam uma grande rea e em quase todos os casos pertencem a v rios lotes n o s o nosso e podem estar a ser usadas para alguma finalidade o que leva a ter algumas regras de uso Existem alguns cuidados importantes a ter em conta antes de se proceder execu o do projecto quando se opta por este tipo de capta o a Consultar mapas geol gicos da zona ou outros documentos inerentes s caracter sticas locais espec ficas do len ol fre tico b Devem ser feitas perfura es e testes de bombeamento especialmente para determinar Profundidade do len ol fre tico Estabilidade do n vel Direc o e sentido do fluxo Qualidade da gua Caudal existente c Analisar a ocorr ncia de infiltra es de guas superficiais estas podem baixar a temperatura de alimenta o da bomba de calor e diminuir os rendimentos previstos A an lise da qualidade da gua um cuidado muito importante a ter e existem factores que definem a qualidade da gua pela an lise de certos valores Esses factores s o a temperatura o valor do PH a condutibilidade os limites de ferro mangan sio nitrato sulfato e outros Se a gua ultrapassar os limites indicados de ferro e mangan sio podem vir a for
46. do sol e da chuva logo necess rio colocar os colectores em zonas onde possa chegar sem qualquer impedimento o calor proveniente do sol e da chuva Por este motivo n o se deve cobrir a zona onde est o colocados os colectores com constru es garagens edif cios pr fabricados etc nem com pavimentos impermeabilizados ou terra os Este tipo de condi es leva a uma observa o pr tica e pertinente Por vezes existe espa o suficiente para a implementa o deste tipo de capta o mas o terreno existente n o cumpre as condi es em cima referidas o que condiciona a aplica o A disposi o dos colectores tem de respeitar dist ncias m nimas 2 0 metros das zonas de sombra causadas por edif cios em redor muros rvores sebes ou outros obst culos 1 5 metros das redes das instala es enterradas de tipo n o hidr ulico redes el ctricas de telefone e de g s 2 0 metros das redes das instala es enterradas de tipo hidr ulico redes de gua sanit ria de gua de esgoto e de guas pluviais 3 0 metros das funda es po os de gua fossas s pticas e po os de escoamento O uso deste tipo de capta o n o altera as condi es do solo podendo se jardinar colocar relvados e arbustos superf cie desde que n o se criem zonas de sombra significativas e sempre com um profundidade m nima de 1 5 metros 40 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos
47. dois po os 54 rear 37 Fig 4 6 Sistema de Capta o com UM s po o 54 reatar 37 Fig 4 7 Sistema de Capta o com um s po o guas pluviais 54 38 Fig 4 8 Capta o Horizontal 56 re rteanaraaaaaraananaaarea near aa aaaraa areas 39 Fig 4 9 Capta o Horizontal 54 rare cnn 39 Fig 4 10 Profundidade e dist ncia entre tubos 57 seara 40 Fig 4 11 Capta o Vertical por Sondas Geot rmicas 56 nara nanncnnnncn 41 Fig 4 12 Arrefecimento passivo Free Cooling 58 arraia 42 Fig 4 13 Pilares energ ticos 59 ianiai eate ndir anei paana aa aaaaaaraa arara Piada areas 43 Fig 4 14 Armadura e colectores geot rmicos dos pilares energ ticos 44 Fig 4 15 Capta o Mista 61 nc 44 Fig 4 16 Sonda helicoidal em PEX 61 rrenan aaraaaaraaaaeana 45 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 4 17 Capta o mista implanta o 61 arrancan rn 45 Fig 4 18 Aplica o das sondas helicoidais 62 rear 46 Fig 4 19 Representa o da varia o da temperatura no solo em profundidade conforme a esta o do ano 63 2 m2 2 iscas aiaa e E EAN EER sal db NE AA Sa peld A all petas isa pena c sap NE lhos 48 FIg 4 20 Ensaio TRATA kee arar carnada tr Staind 49 Fig 4 21 Esquema da sonda geot rm
48. dos ventiloconvectores 13 Entrada da gua da rede 14 Sa da AQS 15 Bomba circuladora de aquecimento 16 V lvula de 3 vias monitorizada No esquema hidr ulico est o apenas legendados os acess rios principais no entanto existem outros que s o importantes para o funcionamento da instala o Esses acess rios s o v lvulas sondas purgador term statos filtros entre outros N o s o legendados porque a sua an lise ultrapassa o objectivo desta disserta o 121 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos No circuito geot rmico o fluido usado a gua glicolada e no restante circuito o fluido predominante a gua desencrustante para evitar o calc rio No pr ximo par grafo ser o apresentadas as caracter sticas de alguns equipamentos assim como o modo de funcionamento 5 5 1 BOMBA DE CALOR A bomba de calor geot rmica utilizada neste sistema geot rmico do tipo terra gua de 12 kW e tem arrefecimento passivo integrado ou seja permite fazer o arrefecimento com temperaturas altas entre 15 e 18 C No Quadro 5 16 s o apresentadas as caracter sticas da bomba de calor e na Figura 5 45 apresentado o tipo de bomba implementada na moradia em estudo 122 Quadro 5 16 Caracter sticas da bomba de calor geot rmica usada na moradia Bomba de calor geot rmica SWC 120H K Performances Pot
49. e 65 C Actualmente a maioria das bombas de calor apresenta um limite de temperatura de 55 C devido essencialmente s caracter sticas f sicas e qu micas dos fluidos interm dios utilizados Este limite n o causa nenhum tipo de problema nas instala es onde os terminais funcionam a baixa temperatura e onde a gua quente sanit ria n o necessita ter mais de 48 50 C No entanto se for pretendido ultrapassar estes limites como por exemplo obter gua quente sanit ria a 52 53 C necess rio recorrer a outro tipo de bombas de calor concebidas para funcionar at aos 65 E Este princ pio de funcionamento apresentado apenas para o caso de aquecimento No entanto num sistema de climatiza o necess rio existirem os dois tipos de par metros de conforto ou seja tamb m importante abordar o caso do arrefecimento 74 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 9 1 2 Princ pio de funcionamento da bomba de calor Arrefecimento Para o caso de arrefecimento existem duas solu es que podem ser definidas da seguinte maneira Bombas de Calor Revers veis Arrefecimento Passivo As Bombas de Calor Revers veis s o m quinas que permitem inverter os ciclos de trabalho isto inverter o sentido de circula o do fluido interm dio S o bombas capazes de produzir calor e frio Para se conseguir inverter o sentido de circula o s o acoplados bomba de calor alguns com
50. e s tem duas uni es soldadas o outro tem forma de U tamb m com as mesmas caracter sticas Este tipo de sonda o mais usado na pr tica visto ter um pre o mais baixo do que as sondas em PEX Neste tipo de sonda o di metro do p est dependente do di metro do tubo Quadro 4 6 Quadro 4 6 Di metro do p da sonda em fun o do di metro do tubo da sonda PE 100 Tubo da Sonda mm P da Sonda mm 32 84 40 104 4 7 1 2 Peso de fundo O peso de fundo est fixo na parte inicial da sonda Figura 4 24 ou seja no p da sonda e serve para dar estabilidade impedindo que a tubagem oscile 4 p SE HAXA S ERODUR Fig 4 24 Peso de fundo 68 Este peso ap s a sua coloca o no solo n o reutiliz vel situa se entre os 15 e 20 kg 57 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos O p da sonda geot rmica em polietileno PE 100 mais usado em Portugal tem o aspecto da Figura 4 25 Fig 4 25 P da sonda 68 4 7 1 3 Separador Existem diversos tipos de separadores e s o apresentados na Figura 4 26 os mais usados a Fig 4 26 Separadores 68 Os separadores servem para assegurar uma dist ncia de separa o entre os 4 tubos da sonda e para impedir a sonda de raspar nas paredes da perfura o No meio existe um espa o para a coloca o do tubo de injec o 4 7 1 4 Material de enchimento e veda o Ap s a coloca
51. es e melhorias necess rias nos edif cios e sistemas energ ticos caldeiras e equipamentos de ar condicionado no que respeita ao desempenho energ tico e qualidade do ar interior Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 2 4 CONSTRU O SUSTENT VEL Depois de analisado o estado do Desenvolvimento Sustent vel abordar se um dos seus ramos a Constru o Sustent vel A Constru o Sustent vel est inteiramente relacionada com as tr s dimens es fundamentais do Desenvolvimento Sustent vel ou seja a econ mica a social e a ambiental Por esta raz o a Constru o Sustent vel apoia se em alguns pilares essenciais como por exemplo economizar a energia e gua maximizar a durabilidade minimizar a produ o de res duos assegurar a salubridade dos edif cios a utiliza o de materiais eco eficientes planear a conserva o e a reabilita o diminuir os custos e garantir a higiene e seguran a nos trabalhos 17 A constru o sustent vel pode ser definida como um conjunto de t cnicas metodologias e materiais que podem melhorar a qualidade das constru es assim como dos utentes que as utilizam com o intuito de tirarem vantagens ambientais e econ micas Um dos aspectos importantes a ter em conta na Constru o Sustent vel o consumo energ tico dos edif cios procurando solu es que fa am um uso eficiente da energia dispon vel aproveitando as fontes de energi
52. fazer a climatiza o de ver o atrav s do arrefecimento passivo da n o se contabilizar este consumo Para se fazer o c lculo da compara o dos custos anuais usou se a tabela da figura 5 67 representada no cap tulo 5 referente aos pre os das energias e usou se o mesmo m todo permitindo chegar aos seguintes valores apresentados na Figura 6 11 CONSUMO Aumento do Ti pos d e ANUAL Consumo custo anual de a Custo anual v rias aquecimento Rendimento anual de 5 energias em Energias eta energia rela o quente Geotermia Propano 2 076 Kg 4 235 68 Gas leo 3 036 L 3 096 24 G s Natural 26 722kWh 1 780 58 Geotermia 4 548 kWh 601 74 Fig 6 11 Comparac o entre custos anuais 157 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos No caso espec fico da geotermia o custo anual unicamente referente electricidade gasta Atrav s da Figura 5 67 poss vel observar o custo da electricidade nos respectivos per odos No entanto neste caso em estudo o custo da electricidade foi calculado com base num funcionamento bi hor rio adoptando 50 para cada per odo Com os valores do custo anual de cada energia poss vel fazer um gr fico para an lise dos valores obtidos aa O RE 5 6 A 9 JA Propano Gas leo G s Natural Geotermia TIPOS DE ENERGIA Fig 6 12 Gr fico da compara o entre custos anuais Pela a
53. fico poss vel tirar algumas conclus es A uma profundidade entre os 1 2 e 1 5 metros a temperatura varia entre os 7 e 13 C ao longo do ano A uma profundidade de 18 metros a temperatura mant m se constante de 10 C independentemente das condi es climat ricas Regra geral a temperatura aumenta cerca de 2 a 3 C por cada 100 metros Assim admite se que a 100 metros de profundidade poderemos ter no solo temperaturas de aproximadamente 12 C e a 200 metros de profundidade cerca de 15 C A temperatura do solo pode variar de acordo com a regi o diferentes tipos de solo e a exist ncia de len is de gua subterr nea situando se entre os O e 20 C consoante a profundidade e a esta o do ano Devido a estas varia es de temperatura do solo poss vel aproveitar estas temperaturas para a climatiza o ambiente e produ o de AQS de um edifico com ajuda de uma bomba de calor geot rmica 48 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Para se dimensionar uma instala o geot rmica preciso saber qual a pot ncia de aquecimento e arrefecimento instant neas e a capacidade de aquecimento e arrefecimento anual Ap s a obten o destes valores estuda se o tipo de solo existente e analisa se qual a capacidade energ tica que o solo pode oferecer em conjunto com a bomba de calor geot rmica Em pequenas instala es edif cios com pot ncias t rmicas m ximas de 30
54. jardim permite a entrada de luz natural na moradia poss vel observar este aspecto atrav s de algumas imagens a reas e da cobertura Figura 5 17 Fig 5 17 Vistas a reas e da cobertura sobre o jardim interior Os quartos e a sala de estar est o virados a sudoeste e a cozinha o hall e a lavandaria est o virados a noroeste E poss vel ver na Figura 5 17 que existem divis es da moradia nomeadamente os quartos e a sala de estar que est o favorecidos pela luz solar Apresentado o al ado que fica a nascente e que corresponde fachada principal apresentado na Figura 5 18 o outro nico al ado existente o al ado poente Fig 5 18 Al ado poente moradia H2 A 94 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Como poss vel ver na Figura 5 18 o al ado poente n o tem qualquer pormenor sendo simplesmente composto por uma parede de bet o A imagem apenas mostra o piso O pois o piso 1 encontra se enterrado No entanto o al ado tamb m constitu do por uma parede de bet o 5 3 DESCRI O DOS SISTEMAS DE CLIMATIZA O E AQS Neste cap tulo ser feita uma apresenta o dos passos que consistiram na implementa o da geotermia na moradia em quest o para finalidades j enunciadas ou seja a climatiza o ambiente e o aquecimento das guas sanit rias Ser o apresentados todos os aspectos necess rios para a implementa o de um sistema geot rmico na
55. kW a directriz alem VDI 4640 63 descreve os passos necess rios para o dimensionamento dos respectivos tipos de capta o em an lise nesta disserta o Quando h casos em que as pot ncias t rmicas s o superiores a 30 KW recomend vel fazer um c lculo mais preciso que tem como base o estudo do solo Para o estudo do solo feito um ensaio chamado Teste de Resposta T rmica TRT 4 6 2 1 Teste de Resposta T rmica O TRT um ensaio feito no terreno e tem a finalidade de determinar com efic cia a condutibilidade t rmica do solo O seu aspecto pode ser visto na Figura 4 20 AQUECIMENTO E AQUISI O DE DADOS ENERGIA DE ALIMENTA O PERMUTADOR DE CALOR DO FURO SONDAS Fig 4 20 Ensaio TRT 64 Este ensaio feito sempre que ocorre uma das duas condi es seguintes Em edif cio com necessidades de pot ncias t rmicas ou necessidades energ ticas m nimas de 30 kW Quando existem v rios furos O ensaio TRT feito unicamente nestas condi es uma vez que tem um custo elevado O par metro condutibilidade t rmica de solo obtido neste ensaio muito importante para o dimensionamento de sistemas geot rmicos com o tipo de capta o vertical nomeadamente as sondas verticais e os pilares geot rmicos nas condi es acima referidas 64 No caso de um edif cio com pot ncias t rmicas superiores a 30 kW necess rio ter um valor correcto da condutibilidade do terreno pois tr
56. maior Este aspecto pode ficar recomendado como poss vel alternativa de estudo 160 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 7 CONCLUSOES 7 1 CONCLUS ES E DESENVOLVIMENTO FUTUROS Neste ltimo cap tulo ser o enunciadas as poss veis conclus es que se obtiveram com a realiza o desta disserta o e quais os desenvolvimentos futuros que se recomendam e merecem ser estudados 7 1 1 CONCLUS ES Durante a realiza o desta disserta o foi poss vel concluir alguns aspectos fundamentais relativamente ao uso das energias renov veis nos edif cios e em particular a geotermia de baixa entalpia O uso da geotermia nos edif cios atrav s de bombas de calor geot rmicas permite obter benef cios ambientais e econ micos nomeadamente na climatiza o ambiente e nas AQS Como foi poss vel observar pelos cap tulos anteriores 55 da energia final utilizada no consumo dom stico destina se climatiza o ambiente aquecimento e arrefecimento e produ o AQS sendo os restantes consumos essencialmente el ctricos Hoje em dia e perante a constru o que se pratica em Portugal no aquecimento ambiente e AQS as energias consumidas s o essencialmente a energia el ctrica e o g s em que este tem um peso maior J no arrefecimento o consumo maiorit rio de energia el ctrica Os benef cios ambientais que se obt m na utiliza o da geotermia s o o facto de se usar uma font
57. moradia entre os quais T rmica do edif cio Tipo de capta o Bomba de calor geot rmica Sistemas de distribui o E objectivo desta disserta o fazer a an lise de todos os aspectos da aplica o geot rmica assim como detalhar os m todos e t cnicas usadas neste caso pr tico Neste caso espec fico foi usada a fonte de energia renov vel geotermia para fazer a climatiza o ambiente aquecimento e arrefecimento e apoio s AQS Para a produ o das guas quentes sanit rias em todo o empreendimento usada a energia solar que faz o complemento com a geotermia dando se sempre prioridade ao aproveitamento solar Neste caso o painel solar faz apenas o aquecimento das guas sanit rias No entanto h casos em que pode fazer tamb m o aquecimento ambiente em conjuga o com o aproveitamento geot rmico Ser apenas detalhado o caso da geotermia visto ser o objectivo desta disserta o De uma maneira muito simplificada pode se dizer que a moradia em estudo usa o tipo de capta o vertical com sondas geot rmicas tem uma bomba de calor geot rmica terra gua e usa o piso radiante e os ventiloconvectores pr instala o como sistemas de distribui o Nos pr ximos subcap tulos ser o detalhados todos os pormenores relativamente ao sistema adoptado na moradia E importante referir que o dono de obra facultou todas as condi es para ser poss vel fazer aqui uma apresenta o real do caso de e
58. ncia calor fica COP com B0 W35 segundo EN 225 119kW 47 com um At de 10 K Pot ncia calor fica COP com B0 W35 segundo EN 14511 117kW 45 com um At de 5 K Caudal de gua glicolada da fonte de calor 2600 l h Caudal de gua para o aquecimento 2000 l h Peso de fluido frigor fico R4o7C 2 9 kg Valores de utiliza o Valores de utiliza o da gua de aquecimento 20a 65 C Valores de utiliza o de gua glicolada 5a 25 C Press o diferencial no circuito de aquecimento com um Atde 7 K Oan par P o dif ial ircui licol ress o diferencial no circuito de gua glicolada com um 0 49 bar At de 4 K Aparelho Dimens es Largura x Profundidade x Altura 650 x 500 x 1550 mm Peso incluindo embalagem de transporte 224 kg Caracter sticas el ctricas Tens o consumo m ximo da bomba de calor 400 V 7 5 A Resist ncia el ctrica de apoio integrado na bomba de calor 2 4 6kW Consumo em B0 W35 segundo EN 14511 2 6 kW 4 8 A Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Liga o das sondas geot rmicas Fig 5 45 Bomba de calor geot rmica SWC 120H K Esta bomba de calor tem duas particularidades Por um lado cont m uma resist ncia el ctrica que usada para casos de avaria de algum equipamento Independentemente de haver uma avaria a bomba de calor consegue manter as fun es a que est destinada usando apenas energia el ctrica Outra particularidade co
59. nos restantes tipos de capta o maioria dos casos Neste par grafo ser analisada apenas a bomba de calor terra gua visto ser a mais utilizada nos aproveitamentos geot rmicos para climatiza o ambiente e produ o de AQS e a que est presente nos casos de estudo No mercado existem v rios modelos de bombas de calor Na Figura 4 51 apresentado um exemplo p Fig 4 51 Bomba de calor Alfa Innotec 72 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 9 1 1 Princ pio de funcionamento da bomba de calor Aquecimento A bomba de calor uma m quina constitu da essencialmente por um circuito fechado no interior do qual continuamente comprimido e feito expandir um fluido adequado fluido interm dio frigog nico ou g s refrigerante O esquema funcional de uma bomba de calor tem o aspecto da Figura 4 52 54 Compressor Evaporador Calor cedido ao fluido quente Fig 4 52 Esquema funcional de uma bomba de calor 54 As bombas de calor geot rmicas s o m quinas que t m como base de sistema de funcionamento o ciclo de Carnot Este sistema de funcionamento o que rege a maior parte dos frigor ficos No funcionamento de um aproveitamento geot rmico d se a transfer ncia de calor do solo para o l quido das sondas gua glicolada aquecendo o e atrav s de uma bomba circuladora o calor transferido para o g s refrigerante da bomba de calor O c
60. o Estudo de Casos Fig 3 4 Central Geot rmica da Ribeira Grande 35 Nesta central a op o tamb m recaiu na tecnologia baseada num sistema bin rio segundo o ciclo de Rankine usando um fluido interm dio norma pentano para o qual transferido o calor do fluido geot rmico em tr s n veis Esta central tamb m abastecida por v rios po os de produ o e de injec o A central est em explora o desde Mar o de 1994 verificando se uma elevada estabilidade e continuidade do recurso complementadas por um bom desempenho do equipamento electromec nico usado Relativamente produ o anual tem se registado um decr scimo de produ o que est relacionado com o decl nio natural dos po os geot rmicos face explora o situa o que comum nas centrais geot rmicas O decr scimo de produ o tem sido corrigido pela execu o de po os de produ o adicionais A Figura 3 5 mostra a evolu o da produ o geot rmica nas duas centrais geot rmicas 34 7 BA 74 7 o 9 1 Pico Vermelho 99 2 99 5 96 8 o 91 3 H y 95 5 854 80 9 Ribeira Grande GWH 73 73 7 amp 69 9 11 4 7 1 5 9 b 44 35 31 07 2005 1999 2000 2001 2002 2003 2004 200 2007 2008 2009 ANUS Fig 3 5 Evolu o da produ o geot rmica em S Miguel A ores 34 Das duas centrais referidas a que maior produ o apresenta a CGPV em consequ ncia da maior abund ncia de produ o de geofluido dos act
61. o Estudo de Casos Fig 5 6 Jardim e rvores centen rias No entanto nem tudo o que h a mais num terreno pode ser vantajoso As casas existentes e algumas rvores centen rias trouxeram alguns problemas na concep o do projecto como um todo 5 2 2 EXECU O DO PROJECTO DE ARQUITECTURA A execu o do projecto de arquitectura para esta propriedade teve v rias influ ncias pr prias do arquitecto e uma delas foram os aspectos enunciados no par grafo anterior Assim os elementos existentes inicialmente no terreno tiveram um peso na prepara o do projecto de arquitectura O projecto de arquitectura final consiste nos seguintes objectivos Constru o de 15 moradias Reabilita o das casas existentes para a constru o de habita es Reabilita o da gruta e do lago Utiliza o de algumas rvores centen rias Relativamente reabilita o das casas existentes o nico elemento que foi aproveitado foram algumas paredes que eram constitu das por pedra Os outros elementos que constitu am as casas existentes encontravam se completamente deteriorados n o sendo poss vel a sua reutiliza o ou a sua reabilita o As casas foram reabilitadas para a constru o de 12 frac es Um aspecto a salientar o facto de a reabilita o das casas existentes n o ter sido unicamente op o do arquitecto Houve tamb m uma ac o obrigat ria pela lei vigente que obrigava utiliza o das cas
62. o apenas at uma profundidade m xima de 400 metros Mais uma vez os casos mais usados s o as sondas geot rmicas e os colectores geot rmicos Antes de analisar directamente o dimensionamento de cada um dos casos necess rio perceber o comportamento do solo de modo a tirar as melhores vantagens do seu uso O solo tem algumas propriedades importantes de estudo como a temperatura A temperatura do solo pode variar de acordo com a regi o e a exist ncia de len is fre ticos varia entre os 0 e os 20 C conforme a profundidade e esta o do ano Na Figura 4 19 est representado um gr fico que mostra a temperatura do solo em fun o de at 20 metros de profundidade e para cada esta o do ano varia o t pica do solo europeu 63 47 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Temperatura 15 C SH AL Om 1 5m 10m Profundidade H A IT Fig 4 19 Representa o da varia o da temperatura no solo em profundidade conforme a esta o do ano 63 15m 20 m O gr fico composto por 4 curvas e cada uma corresponde s diferentes esta es do ano Quadro 4 1 Associa o das curvas s esta es da Figura 4 19 Curva Estac o 1 1 de Fevereiro Inverno 2 1 de Maio Primavera 3 1 de Novembro Outubro 4 1 de Agosto Ver o Pela an lise do gr
63. o al ado principal corresponde fachada principal virada a nascente e a fachada de tardoz constitu da unicamente por uma parede A figura seguinte referente ao al ado principal que corresponde entrada na moradia no piso O e entrada na garagem individual no piso 1 92 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 273 Piso0 138 220 Piso 1 Fig 5 14 Alcado nascente moradia H2 A Piso 0 e 1 A Figura 5 15 referente ao al ado nascente no piso 0 ou seja entrada principal da moradia onde existem as janelas correspondentes sala e entrada da moradia e Fig 5 15 Al ado moradia H2 A Piso O Tamb m poss vel analisar na Figura 5 16 a entrada na garagem individual assim como a garagem colectiva de circula o de ve culos Fig 5 16 Garagem colectiva e respectiva entrada na garagem individual 93 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos poss vel observar pela an lise de todas as plantas da moradia que a fachada principal n o o nico local onde existe uma larga quantidade de janelas que permitem fazer o aproveitamento solar Na moradia existe tamb m um jardim interior P tio Ingl s ao qual todos os quartos a sala de estar a cozinha a lavandaria e um dos halls d o acesso atrav s de janelas A abertura existente na cobertura sobre o
64. o da cozinha Um pormenor relativamente a esta instala o o facto de os circuitos de envio do pavimento radiante e ventiloconvectores serem individuais e o circuito de retorno ao dep sito de in rcia ser o mesmo Nas Figuras 5 52 e 5 53 poss vel ver a organiza o dos circuitos adoptada respectivamente em cada piso Fig 5 52 Circuitos existentes no piso 1 129 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Nenhum dos circuitos apresentados passou o limite de comprimento de tubo ou seja n o passou dos 130 metros A passagem deste limite pode levar a problemas no funcionamento do sistema pois leva a perdas de carga significativas Os circuitos referentes ao piso O est o representados na Figura 5 53 Fig 5 53 Circuitos existentes no piso O Na sala comum piso 0 poss vel observar a exist ncia de 4 circuitos Para esta divis o houve a necessidade de adoptar este n mero de circuitos pois 1 circuito de 130 metros limite n o cobriria a sala comum Enunciado o m todo de funcionamento do pavimento radiante a esquematiza o dos circuitos e a posi o das caixas de utiliza o referentes moradia em estudo ser o de seguida apresentados todos os detalhes relativamente sua montagem 5 6 1 2 Montagem do Pavimento Radiante A montagem do pavimento radiante utilizado na moradia em quest o teve in cio com a constru o de uma laje flutuante em todas as
65. o utilizador Contrariamente ao pavimento radiante os ventiloconvectores s o extremamente r pidos a atingir a temperatura pretendida quer seja para arrefecer ou aquecer Enquanto no pavimento radiante o aquecimento e arrefecimento s o feitos de uma forma mais suave e homog nea onde n o h liberta o ar a climatiza o que resulta da ac o dos ventiloconvectores feita de uma forma directa onde h expuls o de ar No entanto ao contr rio dos sistemas de ar condicionado convencionais os ventiloconvectores movimentam o ar de uma forma silenciosa e confort vel O ar libertado sofre antes um processo de filtra o atrav s de um filtro que se encontra dentro das m quinas fazendo com que este apresente caracter sticas saud veis O ventiloconvector constitu do por uma bateria e um ventilador situado por baixo dessa mesma bateria for ando a circula o do ar ambiente Pela bateria circula gua quente ou arrefecida dependendo da temperatura desejada para o compartimento a climatizar A gua pode ser aquecida e arrefecida atrav s de uma bomba de calor geot rmica 79 Para evitar as condensa es no interior do edif cio estes sistemas j s o concebidos de maneira a evitar esse problema Por este motivo a construg o deste tipo de sistema de distribuig o implica a instalag o de uma rede de esgotos nos locais onde s o incorporadas as m quinas Como poss vel ver pelo Quadro 4 10 os ventiloconvectore
66. observa es s o conjugadas de modo a obter os seguintes resultados Evitar perdas t rmicas desnecess rias Maximizar as janelas viradas a sul beneficiando dos ganhos solares durante mais tempo no Inverno devido menor inclina o do sol e minimizando os no Ver o Evitar obst culos fixos que provoquem sombreamento durante todo o ano prejudicando os ganhos solares no Inverno e ilumina o natural 4 4 1 2 Solu o Construtiva As solu es construtivas t m efeitos directos na constru o do edif cio e a sua import ncia passa pelo tipo de materiais usados e modo como s o aplicados Ser o apresentados os aspectos mais importantes desta an lise e que t m um peso significativo no resultado final no uso desta tecnologia Tipo de isolamento t rmico e o modo como aplicado Tipo de janelas a usar dando import ncia ao tipo de caixilharia ao tipo de vidro e protec o exterior Tipo de ventila o usada evitando um edif cio 100 estanque mas sim com uma adequada circula o e renova o de ar que permita ter bons n veis de qualidade do ar interior e que evite condensa es 4 4 2 CAPTA O O tipo de capta o geot rmica a usar na aplica o desta tecnologia influencia e tem implica es nas solu es construtivas dos edif cios O uso de um sistema geot rmico num edif cio implica ter a quantidade de solo necess ria quer em superf cie como em profundidade consoante o tipo de capta
67. para o comprimento de sonda de 164 metros A empresa respons vel pela aplica o da geotermia na moradia usou um software espec fico da GudEnergy alphainnotec Este programa implicava um conhecimento de v rias vari veis correspondentes ao local e moradia O dimensionamento feito pelo software referido tem como base de c lculo um m todo expedito Franc s Para uma melhor compreens o do dimensionamento efectuado e das vari veis usadas apresentar se o significado das vari veis e das f rmulas usadas As perdas t rmicas s o equivalentes s necessidades energ ticas na maioria do casos necessidade de aquecimento com uma margem de erro compreendida entre 0 5 e 1 kW Para o c lculo das perdas t rmicas usa se a f rmula 5 1 102 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos ER Volume habit vel x G Ti Tec Suplemento das perdas Perdas t rmicas DO JH AMD jr kW 5 1 O coeficiente G do isolamento escolhido consoante o tipo de constru o e pode apresentar valores de 0 65 0 75 0 9 1 2 e 1 8 W m2 C 82 Para o caso da moradia optou se por usar o valor de 0 9 que corresponde pelo m todo Franc s a constru es ap s o ano 1980 O suplemento de compensa o das perdas significa uma margem de seguran a relativamente s perdas t rmicas Para a moradia teve se em conta uma margem de seguran a de 20 1 2 Esta margem de seguran a usada no
68. percep o da frac o do terreno onde est a ser constru do o condom nio fechado tendo sido este composto por uma vasta rea de jardim tr s casas antigas e envolvido por um muro de pedra em toda a volta com uma altura de 3 metros Na Figura 5 2 apresentada a delimita o de todo o terreno com a implanta o da constru o prevista para o mesmo 83 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 2 Delimita o do terreno 5 2 ARQUITECTURA O projecto de arquitectura executado neste condom nio fechado da autoria do Arquitecto Souto Moura Antes de referir as partes constituintes deste projecto importante salientar o que existia no terreno inicialmente pois alguns elementos arquitect nicos existentes foram aproveitados para a constru o do novo condom nio fechado 5 2 1 AN LISE DO TERRENO E EDIFICA O ANTES DA IMPLANTA O DO CONDOM NIO FECHADO Antes de iniciar o projecto de arquitectura para o terreno em quest o foi feito um levantamento do que existia no mesmo e quais as vantagens que se poderiam tirar quer a n vel est tico quer hist rico e econ mico Inicialmente o terreno era composto por tr s casas um lago uma gruta e uma vasta rea verde composta por v rias rvores centen rias Analisadas as vantagens que se poderiam tirar do terreno houve aspectos de an lise bastante delicados ao n vel das casas existentes e das rvores centen rias
69. permitir que o caudal nas diversas sondas seja sempre o mesmo Quando existem v rios furos e com profundidades diferentes j obrigat rio o seu uso Z Num caso inverso com poucos furos 2 ou 3 e com profundidades iguais n o necess ria a coloca o de colectores de distribui o reduzindo assim o custo da instala o 4 8 2 COLECTORES GEOT RMICOS A aplica o dos colectores geot rmicos mais f cil visto n o ter a necessidade de se fazer um furo que a tarefa mais pesada em termos econ micos A aplica o dos colectores geot rmicos tamb m composta por duas fases Desaterro do terreno Aplica o dos colectores geot rmicos no terreno 68 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 8 2 1 Desaterro do terreno Na aplica o de colectores geot rmicos a primeira tarefa passa por se fazer o desaterro do terreno onde v o ser colocados os colectores Figura 4 46 Fig 4 46 Desaterro do terreno 46 4 8 2 2 Aplica o dos colectores geot rmicos no terreno Feito o desaterro do terreno entra se na aplica o directa dos colectores geot rmicos Passo de aplica o 1 Numa primeira fase ap s o desaterro necess rio escolher o ponto mais alto onde se v o instalar os colectores de distribui o Neste caso podem ficar no exterior podendo ficar instalados em caixas de pl stico com uma tampa que tenha caracter sticas que protejam os tub
70. pode ser aproveitado por duas vias 38 Aproveitamento de recursos de polos termais existentes com temperaturas entre os 20 e os 76 ec Aproveitamento de calor a partir de aqu feros ou forma es geol gicas utilizando bombas de calor atrav s de permutadores instalados no subsolo permitindo utiliza es de aquecimento e climatizac o Actualmente est o em funcionamento desde os anos 80 os aproveitamentos geot rmicos em Chaves e em S Pedro do Sul No entanto existem outros polos interessantes situados em Aregos Vizela Mon o e Carvalhal 39 No caso das bacias sedimentares foi efectuada no Hospital da For a A rea no Lumiar Lisboa uma opera o geot rmica com um nico furo com 1500m de profundidade e a uma temperatura de 50 C destinado produ o de gua quente sanit ria climatiza o e gua pot vel fria Tamb m foi aproveitado o calor de um furo de 475m de profundidade 30 C cabe a do furo nos Servi os Sociais das For as Armadas Oeiras com o apoio da bomba de calor Portugal tem registos hist ricos da utiliza o de gua quente natural desde a Coloniza o Romana sendo hoje poss vel identificar grandes vest gios arqueol gicos de termas onde as guas termais eram usadas para a balneoterapia Muitas destas ocorr ncias apresentam temperaturas na emerg ncia superior a 20 C chegando se mesmo a atingir temperaturas pr ximas dos 70 C A utiliza o da gua a elevadas temperatur
71. retirar bolhas de ar existentes Depois p e se gua glicolada e faz se um teste de press o com os tubos em conjunto com os colectores de distribui o N o havendo fugas nos tubos e estando o sistema constru do procede se ao enchimento com solo figura 4 50 que depende do tipo de tubos utilizados PEX ou PE 100 No caso de se usar tubos de PE 100 necess rio colocar um leito de areia para estarem devidamente protegidos das cargas pontuais Se forem tubos de PEX pode se usar o pr prio solo de escava o Fig 4 50 Passo de aplica o 4 CG 63 Neste par grafo foram apresentados os passos principais de aplica o de sondas geot rmicas e colectores geot rmicos Existem v rias maneiras de se aplicar estes permutadores no entanto estes passos aqui apresentados permitem ter uma pequena ideia da sua aplica o Relativamente s sondas geot rmicas no cap tulo 5 ser analisado um caso pr tico e tamb m ser o apresentados os passos da sua aplica o 4 9 ZONA T CNICA CASA DAS M QUINAS A zona t cnica tamb m conhecida por casa das m quinas um local pertencente ao interior do edif cio e onde se encontram todas as m quinas equipamentos e acess rios que est o entre os tipos de capta o e os sistemas de distribui o Algumas anota es relativamente a esta zona t cnica est o referidas no par grafo 4 4 3 correspondente s implica es construtivas Dentro da zona t cnica e
72. usada tamb m pode ser escoada para sistemas de recolha de guas pluviais Figura 4 7 Fig 4 7 Sistema de Capta o com um s po o guas pluviais 54 No caso de a drenagem da gua ser feita em sistemas de recolha de guas pluviais necess rio haver uma autoriza o espec fica para este caso Relativamente ao fluxo do len ol de gua o sistema de dispers o deve ser colocado a jusante do po o de capta o para evitar o arrefecimento cont nuo da gua do len ol aqu fero Normalmente s se usam estes sistemas de capta o em casos espec ficos e de an lise particular Em Portugal n o muito usual utilizar este tipo de sistema O sistema mais usado em Portugal o sistema fechado que funciona de maneira diferente do anterior e que explicado no pr ximo par grafo 4 5 2 SISTEMA FECHADO Neste caso existe um circuito fechado constitu do por tubos colectores e sondas e dentro destes circula um fluido normalmente gua glicolada que respons vel pelo transporte de calor do terreno para a bomba de calor e vice versa importante salientar que no uso deste sistema n o h contacto de gua subterr nea com a bomba de calor aqui somente se transfere calor do solo ou de guas subterr neas para a bomba de calor 53 No Inverno a gua glicolada transporta o calor da Terra para o grupo geot rmico e este eleva lhe a temperatura e aque
73. 10 Necessidades Energ ticas errar aaaaacaeea aerea arenas 100 Quadro 5 12 C lculo de consumo da moradia si cnc narran 103 Quadro 5 13 Dados t rmicos para aquecimento da moradia ia 104 Quadro 5 14 Legenda da liga o das sondas geot rmicas bomba de calor 120 Quadro 5 15 Legenda do esquema hidr ulico da Moradia cooccccnniccccnnnococnnononnononnno coronan nnncnnnoss 121 Quadro 5 16 Caracter sticas da bomba de calor geot rmica usada na moradia 122 Quadro 5 17 Dados t rmicos para a gua sanit ria reatar 124 Quadro 5 18 Legenda do dep sito de AQS rear nn 124 Quadro 6 1 C lculo de consumo da casa S E R rear aaa 149 Quadro 6 2 Dados t rmicos para aquecimento da casa S E R nara nnnn cnn 150 xix Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quadro 6 3 Legenda da zona t cnica da casa S E R arraia 153 Quadro 6 4 Legenda do esquema hidr ulico da casa S E R 154 Quadro 6 5 Caracter sticas da bomba de calor geot rmica usada na casa S E R 154 Quadro 6 6 Caracter sticas da bomba de calor geot rmica usada na casa S E R continua o 155 Quadro 6 7 Dados t rmicos para a gua sanit ria irreais 155
74. 15 04 2011 43 Paulo Adriano Jos Borralho Geotermia Arraiolos 2007 44 Lampoassa Bombas de calor geot rmicas Chama ambiente Mort gua 45 Barreto Miguel Tipologias Construtivas Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 46 www enat pt 16 04 2011 47 www girodgeotermia com 17 04 2011 48 ADENE Ag ncia para a Energia Perguntas amp Respostas sobre o RCCTE M Colectores Solares T rmicos M 8 pp 88 04 04 2008 Vers o 1 3a n 2 do art 7 RCCTE 49 www ineti pt projectos projectos frameset aspx id 13812 19 04 2011 50 ADENE Ag ncia para a Energia Perguntas amp Respostas sobre o RCCTE N Energias Renov veis N 2 pp 108 04 04 2008 Vers o 1 3 166 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 51 EED Earth Energy Designer Software within physics and ground heat storage www buildingphysics com 26 de Maio de 2008 52 Pinto Joana Azevedo Ferreira Ribeiro Avalia o do Comportamento Higrot rmico de uma Habita o atrav s de Medi es In Situ Disserta o de Mestrado Integrado em Engenharia Civil Especializa o em Constru es Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 2010 53 Mands Erich Sanner Burkhard Energia Geotermica a Poca Profundidad Germany 54 Caleffi Hydronic Solutions Hidr ulica 28 As bombas de calor Maia 2009 55 Dimplex Manual de Projec o Aquecer e Ar
75. 2 2 Aplica o dos colectores geot rmicos no terreno oocoooccccnococonoconnnnnoonnnnnnoonnnnnnonnnnnnnnnnnnnnncnnnnn 69 4 9 ZONA T CNICA CASA DAS M QUINAS ccoomcccconcccnnnnnnnnnnnnnn crac er ennc rr rnnerrncerennerenanrennas 71 4 91 BOMBA DECALO ictericia 72 4 9 1 1 Princ pio de funcionamento da bomba de calor Aquecimento ocoococccinoccconcccnoncnononananacinancnnns 73 4 9 1 2 Princ pio de funcionamento da bomba de calor Arrefecimento 75 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 49 13 Bomba de calor AQS crisi iii idad aida dd 75 4 9 2 OUTROS COMPONENTES 550 tias 77 4 10 SISTEMAS DE DISTRIBUI O nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nnen 77 4 10 1 PAVIMENTO RADIANTE dada illa oda a A ia 77 410 2 VENTILOGONVECTORES cantara A a a Lt it 80 4 10 3 OUTROS EQUIPAMENTOS iii ds A dd 82 5 CASO DE ESTUDO MORADIA NO PORTO 83 5 1 IMPLANTA O DA MORADIA EM ESTUDO nnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnrnnrnnnnnnnnnnnn ennnen 83 9 2 ARQUITECTURA a tds 84 5 2 1 AN LISE DO TERRENO E EDIFICA O ANTES DA IMPLANTA O DO CONDOM NIO FECHADO 84 5 2 2 EXECU O DO PROJECTO DE ARQUITECTURA cccccccnccononononncnncnnnnononnnonnnnnnnonannnnnonnnnnnnnnnnnnenonnnnncnnnnnnns 86 5 3 DESCRI O DOS SISTEMAS DE CLIMATIZA O E AQS nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 95 5 4 ESTUDO
76. 3 DEP SITO DE IN RCIA O dep sito de in rcia a usar na instala o da casa S E R tem os mesmos princ pios de funcionamento que o utilizado na moradia da Quinta dos Cep das e foi dimensionado tamb m da mesma forma A base de dimensionamento do dep sito de in rcia considerar 1 litro por 1 m de rea de zona a aquecer Na casa S E R a rea de zona a aquecer considerada foi de 140 m logo tem se um dep sito de in rcia de 140 litros no entanto a capacidade m nima existente de 200 litros da ter se considerado um dep sito com esta capacidade 6 5 4 GRUPO DE IMPULS O O grupo de impuls o exactamente o mesmo que foi utilizado anteriormente e usado para as mesmas condic es 6 6 SISTEMAS DE DISTRIBUI O Relativamente aos sistemas de distribuig o na casa S E R optou se por utilizar apenas o pavimento radiante visto ser uma casa com baixas necessidades de aquecimento e arrefecimento Aboliu se assim totalmente a utiliza o de ventiloconvectores O tipo de pavimento radiante a utilizar o seu dimensionamento os materiais utilizados as tarefas executadas e os cuidados recomendados s o os mesmos tidos em conta na an lise da moradia do caso de estudo anterior Para a casa S E R apenas existe um cuidado relativamente ao n mero de circuitos existentes que val aumentando com o aumento de tamanho da casa ao longo do tempo Neste caso a caixa de distribuig o ser projectada para o n mero m ximo de col
77. 5 Fig 5 48 Grupo de impuls o aeaa aa eeehe ae a aani ak eaaa Sai 126 Fig 5 49 Equipamentos que constituem a zona t cnica ereta 126 Fig 5 50 Caixa de distribui o do piso 1 zona t cnica erra 128 Fig 5 51 Caixa de distribui o do piso O cozinha reatar 129 Fig 5 52 Circuitos existentes NO piso 1 rr rarra aaa naaenarea near naaananeaa 129 Fig 5 53 Circuitos existentes no piso O er aeerarerarararaaaaaariaa nina neraarana 130 Fig 5 54 Aplica o das faixas de espuma e dos pain is porta tubos oooooconocccnncccconccononananancnancncnnos 131 Fig 5 55 Aplica o do filme de polietileno anti humidade no piso 1 131 Fig 5 56 Aplica o de espuma de poliuretano em falhas a rraea 132 xvi Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 57 Aplica o dos tubos sobre os pain is porta tuboS es 133 Fig 5 58 Caixas de distribui o sr Laaa EaU Aaen renan aaa nana 133 Fig 5 59 Montagem dos colectores ee cnn rca nan rancia cnn nana 134 Fig 5 60 Liga o dos tubos aos colectores no piso O cozinha 134 Fig 5 61 Liga o dos tubos aos colectores no piso 1 zona t cnica 135 Fig 5 62 Ensaio carga dos circuitos ires nera 135 Fig 5 63
78. A O DO SOLO ua aaa 46 4 RL RA 6 6 j0 Ec RE RR ret o idad 47 4 6 1 2 Condutibilidade t rmica do terreno canon cnn ncn rancia rca nnnn cnn 47 4 6 1 3 Superf cie disponivel iuris apa daa 47 4 6 2 DIMENSIONAMENTO DOS TIPOS DE CAPTA O oocccccccccncnononocononnnnncnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnononnnnnnnnnnnnnennnnnannnnnns 47 4 6 2 1 Teste de Resposta T rmica conc nnnn cnn naaaaa nar aaar renan aa nnenananaa 49 4 6 2 2 Solidas GOO MiS iii i ii a O Aa LD ca Da 50 4 6 2 3 Colectores Geot rmicos Mito feia 53 4 7 MATERIAIS E ACESS RIOS DOS TIPOS DE CAPTAG O cccccccccnccccncnononnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnonnnns 55 42 SONDAS GEOT RMICA cil a e A ad da 55 4 7 1 1 Tubo da Sonda Geot rmica arte cnn cn narran nn rnn nan nnn ranma nnanncanns 56 ATAILIPOSO COMUN O a A da 57 ATA SOPA dia 58 4 7 1 4 Material de enchimento e veda o cnn nn ocn n nana cnn anna nn 58 4 10 TUDO ISSO did A aida 59 4 7 1 6 Uni o d sondas iii A 59 4 1 2 COLECTORES GEOTERMICO S ana aaaea eae ar a e eena ariadna iran 60 4 8 INSTALA O E MONTAGENS DOS TIPOS DE CAPTA O ccccccncccncnnncncnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnonnnnnnnnnns 63 4 8 1 SONDAS GEOT RMICAS viiraa arici i hi A E da a dg 63 ASi Execu o do TUO i e a a a a E A aAa 63 4 8 1 2 Introdu o das sondas geot rmicas no uro iss nn cnn nnn anna nnnnccnnncans 65 4 8 2 COLECTORES GEOTERMICOS cintia t 68 4 8 2 1 Desaterro do Seno ai dele 69 4 8
79. APORTO FEUP FACULDADE DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO PORTO GEOTERMIA E IMPLICA ES NAS TECNOLOGIAS DA CONSTRU O ESTUDO DE CASOS JOS PEDRO TEIXEIRA ESPINHEIRA RIO Disserta o submetida para satisfa o parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZA O EM CONSTRU ES Orientador Professor Doutor Miguel Jorge Chichorro Rodrigues Gon alves JULHO DE 2011 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CiviL 2009 2010 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel 351 22 508 1901 Fax 351 22 508 1446 miecOfe up pt Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr Roberto Frias 4200 465 PORTO Portugal Tel 351 22 508 1400 Fax 351 22 508 1440 feupOfe up pt amp htto wwwfe up pt Reprodu es parciais deste documento ser o autorizadas na condi o que seja mencionado o Autor e feita refer ncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil 2010 2011 Departamento de Engenharia Civil Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Porto Portugal 2011 As opini es e informa es inclu das neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor n o podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em rela o a erros ou omiss es que possam existir Este documento foi produzido a partir de vers o electr nica fornecida pelo respectivo Autor Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o
80. DU O 1 1 OBJECTIVOS O trabalho desenvolvido nesta disserta o tem como objectivo principal a an lise da aplica o da fonte de energia renov vel geotermia no sector da constru o concretamente nos edif cios analisando o seu contexto econ mico e tecnol gico e as suas implica es construtivas 1 2 MOTIVA O Z Atendendo s preocupa es ambientais crescentes de todo o interesse potenciar as v rias tecnologias de aproveitamento das energias renov veis com o objectivo de redu o da pegada ecol gica mas tamb m de diminuir a depend ncia energ tica do pa s Acresce que o recente desenvolvimento da tecnologia que utiliza a fonte de energia renov vel geotermia permite a sua inclus o no sector da constru o pelo que aqui se pretende fazer um ponto de situa o salientando n o s os aspectos favor veis como os desfavor veis A semelhan a de outras tecnologias h ainda que avaliar o balan o econ mico global na vida til do edif cio atendendo ao investimento inicial e amortiza o desse investimento 1 3 METODOLOGIAS Inicialmente ser feita uma an lise global da situa o energ tica desde a crise energ tica at ao uso das energias renov veis J dentro do mbito das energias renov veis dar se nfase geotermia Na geotermia v o ser analisados todos os campos de aplica o sobretudo no ramo da constru o em edif cios Numa primeira fase ser feita uma an lise
81. ESTRUTURAIS MACI O HESP RICO ZONAS MEZD CENOZ ICAS OCIDENTAL E MERIDIONAL BACIA TERCIARIA DO TEJO E SADO Ocorr ncia termal ICORR NCIA TERMAL EM EXPLORA O 1995 20 TEMPERATURAS WCT CsT50 60 C T 80C FALHA POSSIVEL FALHA DIAPIRO SAUNO Fig 3 8 Ocorr ncias termais em Portugal Continental 41 3 3 2 APROVEITAMENTO DE CALOR A PARTIR DE AQU FEROS OU FORMA ES ROCHOSAS UTILIZANDO BOMBAS DE CALOR E PERMUTADORES INSTALADOS NO SOLO No futuro Portugal Continental apostar na aplica o de Bombas de Calor Geot rmicas Estas aproveitam o calor de aqu feros ou de forma es geol gicas atrav s de permutadores instalados no subsolo permitindo a sua utiliza o para ac es de climatiza o aquecimento e arrefecimento aquecimento de guas sanit rias e piscinas 38 Este tipo de aplica o j come a a ser usado em alguns edif cios O objectivo desta disserta o precisamente analisar este tipo de aplica o nos edif cios identificando quais os tipos existentes e avaliando as respectivas implica es tecnol gicas construtivas A energia captada do solo junto aos edif cios ou habita es mediante um gerador termodin mico sendo conduzida para o interior do espa o sob a forma de aquecimento ou arrefecimento do ambiente aquecimento de guas sanit rias e ou aquecimento de piscina As calorias geot rmicas s o 27 Geotermia e Implica es nas Tecnologias d
82. Figura 5 23 apresentada a planta do piso 1 onde se encontra divis o relativa zona t cnica e a marca o dos furos O eixo entre os dois furos situa se a 0 50 metros da junta de dilata o entre a moradia em estudo e a moradia geminada 105 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Estudada a localiza o dos furos procedeu se limpeza e ao nivelamento do terreno onde se iam fazer as perfura es Figura 5 24 Fig 5 24 Limpeza e nivelamento do terreno Ap s a limpeza e nivelamento foram preparados os equipamentos para a perfura o A abertura dos furos foi feita por uma empresa que se dedica particularmente abertura de furos para v rias finalidades neste caso para geotermia Antes de apresentar os passos relativamente abertura do furo importante fazer uma descri o dos equipamentos necess rios Os equipamentos necess rios s o a m quina de perfura o o compressor os tubos e o martelo de fundo de furo Na Figura 5 25 est o representados os quatro equipamentos mencionados e que foram usados para a abertura do furo Fig 5 25 Equipamentos necess rios 106 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Z P4 Como j foi dito no cap tulo anterior o compressor um equipamento que abastecido por combust vel e uma m quina que apresenta grandes consumos O pre o total do furo tem um valor significat
83. LIZA O DO CASO DE ESTUDO CASA S E R Neste cap tulo ser feita uma abordagem sobre a implementa o da tecnologia geotermia nos edif cios numa casa tipo desenvolvimento do produto que se encontra em estudo na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto O objectivo desta disserta o atrav s deste caso de estudo passa por fazer uma an lise id ntica ao caso de estudo anterior abordando todos os campos necess rios para a implementa o da geotermia na casa S E R Casa S E R a denomina o corrente da express o Sustainable Evolutive Residence Esta casa foi desenhada pelo Arquitecto Nadir Bonaccorso 84 e apresenta se como uma habita o com uma arquitectura e constru o influenciadas por aspectos sociais econ micos e energ ticos A casa S E R uma habita o com um sistema de constru o modular com o objectivo de inicialmente come ar por um m dulo e aumentar com o decorrer do tempo e tem sistemas construtivos caracter sticos que permitem ter uma autonomia energ tica parcial ou total Na Figura 6 1 apresenta se um aspecto da casa S E R constitu da por quatro m dulos Fig 6 1 Casa S E R 85 A arquitectura e os sistemas construtivos adoptados na casa S E R foram projectados de modo a que o produto final fosse de encontro a uma casa f cil de construir em qualquer local e que tivesse reduzidos consumos energ ticos n o esquecendo os princ pios de conforto e de adaptabilidade
84. Temperatura requeridas no circuito Temperaturas pretendidas no ambiente interior do edifico 78 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Para serem obtidas temperaturas uniformes nas superf cies dos pavimentos o diferencial de temperaturas entre o envio e o retorno do circuito deve ser mantido abaixo de 5 C Como j foi referido quanto mais reduzidas forem as temperaturas de emiss o transmitidas pela fonte de calor circuito de aquecimento mais elevado o COP global do sistema Por este motivo que o arrefecimento passivo se torna bastante eficiente pois as temperaturas de emiss o pela fonte de calor s o baixas pretende se arrefecer o que faz baixar o diferencial de temperatura entre a fonte fria e a quente No arrefecimento passivo conseguem se atingir COP s na ordem dos 60 No entanto no processo de aquecimento para se obter COP s admiss veis de efici ncia do sistema tamb m poss vel usar uma t cnica que passa por aumentar a rea de dissipa o da tubagem do pavimento com a ajuda de dissipadores met licos de alta emissividade Esta t cnica permite reduzir as temperaturas de emiss o do pavimento logo aumentando o COP Z Este sistema controlado por term statos que ficam instalados estrategicamente no interior dos compartimentos do edif cio Um deles colocado sa da do circuito de envio integrado no controlador da bomba de calor sendo este o que
85. W Comprimento da sonda m 4 3 Pot ncia espec fica de capta o W m Retomando novamente o exemplo para um solo em que a sua constitui o de granito a pot ncia espec fica de capta o apresenta um valor m dio de 70 W m Nestas condi es tem se um comprimento de sonda com 130 metros Comprimento da sonda E 130m 4 4 Pela directriz alem VDI 4640 recomend vel arredondar os valores do comprimento de sonda obtidos no dimensionamento para um n mero superior Os n meros para que s o arredondados s o 60 90 120 150 160 180 210 240 270 e 300 metros O comprimento da sonda final por vezes dividido em valores menores ou seja em vez de usar uma sonda com um comprimento t o grande divide se em mais sondas com valores menores Isto acontece por causa das perdas de cargas existentes numa sonda com comprimento muito grande e tamb m devido capacidade da bomba circuladora da m quina Neste caso o ideal era arredondar o comprimento da sonda para 150 metros e usar duas sondas com comprimento de 80 metros 4 6 2 3 Colectores Geot rmicos No caso dos colectores geot rmicos o dimensionamento igual ao das sondas geot rmicas at ao c lculo da pot ncia do evaporador 63 Pot ncia de aquecimento kW COP 1 Pot ncia d dor 4 5 ot ncia do evaporador COP 4 5 Eu 12 x 4 1 Pot ncia do evaporador Sa S 9kW 4 6 Ap s o c lculo da pot ncia da bomba do evaporador calcula se a s
86. ZA O DO EDIF CIO Os aspectos relativos localiza o que t m que ser analisados s o o local da implanta o do edif cio e come ar a definir em fun o do espa o existente o tipo de capta o a utilizar Essa pode ser capta o 30 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos vertical preciso verificar a exist ncia ou n o de obst culos no subsolo capta o horizontal nesse caso necess rio verificar a exist ncia de superf cie dispon vel ou capta o em n vel fre tico ser necess rio verificar se existem aqu feros rios ou lagos 4 2 2 SUPERF CIE DO EDIF CIO A CLIMATIZAR E tamb m necess rio definir quais s o as zonas do edif cio a climatizar descriminando as que s o para aquecer e arrefecer assim como definir quais as zonas que n o necessitam de ser climatizadas 4 2 3 POT NCIA NECESS RIA E necess rio ter nesta fase um estudo t rmico do edif cio de modo a saber quais s o as necessidades do edif cio em termos de aquecimento arrefecimento e AQS e com estes valores obter o ndice W m necess rio para o estudo Com aquele valor retirado do projecto t rmico j poss vel fazer uma escolha da bomba de calor geot rmica a utilizar 4 2 4 NECESSIDADES DE AQS Para o c lculo das necessidades de AQS preciso saber o n mero de pessoas que v o ocupar o edif cio o n mero de casas de banho e se existem outros equipamentos como banheiras
87. a es O ltimo aspecto a concluir nesta disserta o est relacionado directamente com a aplica o da tecnologia Como poss vel analisar pelo Cap tulo 4 existem v rios tipos de aplica o da geotermia aos edif cios onde o tipo de capta o tem um peso muito grande na sua diferencia o Foram abordados especificamente os tipos de capta o mais usados em Portugal a capta o horizontal com colectores geot rmicos e vertical por sondas geot rmicas S o os tipos de capta o mais correntes sendo os outros capta o em len ol fre tico capta o vertical por pilares geot rmicos e capta o mista tamb m referenciados no trabalho e utilizados em casos muito especiais implicando a an lises muito particulares A escolha do tipo de capta o a usar muito relevante na aplica o de um sistema geot rmico necess rio avaliar todos os passos que est o envolvidos em cada tipo de capta o e verificar se s o cumpridos todos os requisitos As recomenda es enunciadas nos cap tulos anteriores tornam se quase obrigat rias para um bom funcionamento do sistema geot rmico Quando se pretende implementar um sistema geot rmico recomend vel seguir todos os passos apresentados no Cap tulo 4 Nos Cap tulos 5 e 6 abordaram se dois casos de estudo No primeiro caso de estudo foi feita uma avalia o da aplica o da geotermia a uma moradia onde se relatou todo o processo da implementa o desta tecnologia desde
88. a feito aquando da constru o desta rea Na casa S E R optou se por realizar o furo junto zona t cnica pelas mesmas raz es avaliadas no caso da moradia e de modo a que o desenvolvimento do tamanho da casa ao longo do tempo n o interfira com o furo Neste caso de estudo n o foi necess rio fazer o ensaio TRT dadas as necessidades energ ticas da casa n o atingirem os 30 kW e apenas existir um furo Nestes casos opta se por aumentar a profundidade do furo em cerca de 5 a 10 metros por uma quest o de seguran a Contudo para a casa S E R n o se aumentou uma vez que o valor usado para a rea de zona a aquecer no dimensionamento est arredondada para um valor superior Na Figura 6 8 est representada a localiza o da zona t cnica assim como um local para a execu o do furo Visto a zona t cnica e a casa S E R n o terem grandes funda es o furo pode ficar a uma dist ncia de 1 5 metros das paredes 151 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Zona T cnica rea 2x3 m Armazenamento de gua da chuva O Furo Fig 6 8 Localiza o da zona t cnica e do furo na casa S E R 6 5 ZONA T CNICA gt E bi gt 4 2 A localizag o da zona t cnica j apresentada no pa
89. a Constru o Estudo de Casos absolutamente gratuitas o que traduz uma redu o dr stica dos consumos energ ticos associados produ o de energia calor fica os quais constituem a grande fatia das despesas mensais de um edif cio 42 Esta tecnologia permite efectuar o aquecimento e arrefecimento pela extrac o da energia da Terra Esta energia inesgot vel devido regenera o constante da Terra exercida pelos efeitos do Sol da chuva e do pr prio calor interno da crosta terrestre A 20 metros de profundidade a temperatura do subsolo constante da ordem dos 8 a 12 C e n o depende do dia nem da noite nem sequer das esta es do ano A partir dos 20 metros a temperatura aumenta 1 C por cada 33 metros a mais 43 A geotermia a forma mais recente em Portugal de climatizar os edif cios aquecer e arrefecer e de produzir as AQS E uma energia do futuro e inesgot vel que n o necessita de ser armazenada As bombas de calor geot rmicas s o equipamentos que aproveitam e transferem calor armazenado a poucos metros de profundidade da terra e que permitem a sua utiliza o para as AQS e a climatiza o dos edif cios P4 Nas esta es frias o calor armazenado no solo recuperado atrav s de um sistema de tubos subterr neos localizados perto da bomba de calor Nas esta es quentes o procedimento inverso sendo o calor transferido e dissipado no solo 44 A bomba de calor funciona a electricid
90. a crac 111 Fig 5 32 Aplica o da sonda geot rmica err rana nn crac 111 Flg 5 39 Gorte dos IUDOS statistic diga an A ea sos E Llaca ita si anda 112 Fig 5 34 Introdu o do material de enchimento e veda o rea 113 Fig 5 35 Dobragem das pontas exteriores da sonda geot rmica occconoccccconocccccononcnccononnnccnnannnnnnns 114 Fig 5 36 Prepara o do terreno e coloca o da CalXO ooccccconocccccononccccononcncnnnancncnnnannnnnnnnnnnncnnnnnnninnns 115 Fig 5 37 Medi o da temMperatura ococconccccnononccnnnnonccnnnnonecnnnnnnecnnnnnnncnnn nan cnn nnnne cnn rre cnn nana cnn ranma cnica 116 Fig 5 38 Caixa de equipamentos de medi o eira c cnn rca 116 Fig 5 39 Enchimento da sonda COM gua rr rarea aeee naeeacarea arara naaananeaa 117 Fig 5 40 Liga o entre a sonda e caixa branca ereta nn nc cane nn nc nanten nenna 117 Fig 5 41 Perfil de temperaturas sso iss iss iissecinssissssresca nina ceerasaara cadena 119 Fig 5 42 Zona t c IC ii 120 Fig 5 43 Liga o das sondas geot rmicas zona t cnica rr 120 Fig 5 44 Esquema hidr ulico da moradia errar areeanarea aaa nanaananeaa 121 Fig 5 45 Bomba de calor geot rmica SWC 120H K reiterar 123 Fig 5 46 Dep sito de AQS nn cnn cnc 124 Fig 5 47 Dep sito de M rida a a pa a is 12
91. a eu energy renewables doc sec_2008_57__electricity_report pdf 03 04 2011 28 SCE Energia Geot rmica aplicada na Ind stria ADENE Batalha 2009 29 Isolani Pieraldo Manual do Consumidor Efici ncia energ tica nos edif cios residenciais Deco Lisboa 2008 30 www eficiencia energetica com 03 04 2011 31 Law Ryan Geothermal Systems in the Chalk of the South East of England Methods of Predicting Thermal Transport in a Fractured Aquifer University of Birmingham 2009 32 www energiasalternativas webnode com pt 05 04 2011 33 Carvalho Martins Recursos geot rmicos e seu aproveitamento em Portugal Coru a 2004 34 Bicudo Carlos Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 35 www siaram azores gov pt energia recursos hidricos geotermia texto html 08 04 2011 36 Bicudo Carlos SOGEO Grupo EDA Centrais Geot rmicas da Ribeira Grande e do Pico Vermelho 2010 37 www e geo ineti pt edicoes online diversos rec geotermicos indice htm 11 04 2011 38 www energia pt pt geotermica 12 04 2011 39 Louren o Carla Cruz Jos Aproveitamentos Geot rmicos em Portugal Continental Ponta Delgada 2005 40 Costa Fernando Alfredo Veiga Aproveitamento Passivo de Energias e Geotermia Monografia para obten o de grau de Licenciatura em Engenharia Civil Universidade Fernando Pessoa Porto 2008 41 Cruz Jos Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 42 www thermitop com
92. a fase de projecto at sua realiza o Neste caso de estudo foi poss vel verificar quais os problemas que surgiram na sua implementa o quais as recomenda es necess rias e quais as particularidades que fizeram toda a diferen a No Cap tulo 5 est o apresentados todos os passos que estiveram envolvidos na aplica o da geotermia a uma moradia com o tipo de capta o vertical com sondas geot rmicas Pode portanto servir como um breve guia para futuras aplica es geot rmicas em edif cios 162 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos J no segundo caso foi proposta a aplica o da geotermia a uma casa em estudo na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto casa S E R com base nos conhecimentos obtidos no anterior caso analisado Esta proposta traduziu se assim na utiliza o da geotermia como fonte de energia abdicando da energia solar para as finalidades de climatiza o ambiente e produ o de AQS N o sabendo os consumos energ ticos reais da casa S E R foi poss vel concluir que a geotermia uma alternativa a ser usada na casa devido aos valores custos que se obtiveram Tamb m foi dito no fim do cap tulo deste caso de estudo que existe outra alternativa a usar nesta casa Esta alternativa passa por utilizar a aerotermia em detrimento da geotermia onde poss vel obter custos mais reduzidos em termos de investimento inicial Actualmente todos os edif
93. ade n o necessitando de outra fonte de energia como combust veis f sseis e n o libertando gases resultantes de queima nomeadamente o CO O uso desta tecnologia nos edif cios obriga a pensar na constru o do edif cio de outra forma e um dos objectivos desta disserta o tem esse prop sito o da an lise da geotermia nos edif cios usando bomba de calor geot rmica e as suas implica es na tecnologia da constru o 28 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 GEOTERMIA NOS EDIF CIOS 4 1 ESTADO DA ARTE A melhoria do desempenho de um edif cio em termos de conforto t rmico pode ser alcan ada com aplica o de v rias tecnologias que fazem o aproveitamento das energias renov veis O aquecimento e arrefecimento ambiente e o aquecimento das guas sanit rias AQS podem ser feitos com a geotermia e a energia solar entre outras sendo o sistema ideal do ponto de vista energ tico a conjuga o de ambas No entanto esta solu o torna se demasiado cara 45 importante salientar que o uso correcto dos processos construtivos e a aplica o adequada do isolamento t rmico permitem reduzir a dimens o e simplificar os sistemas de climatiza o e de produ o de guas quentes sanit rias No entanto independentemente dos sistemas construtivos usados num edif cio e o tipo de aplica o de isolamento t rmico o sistema de climatiza o e de AQS s o cada vez mais imp
94. ama de c lculo RCCTE STE 81 As necessidades de energia totais de aquecimento e arrefecimento calculadas com base nos pressupostos anteriormente indicados s o apresentados no Quadro 5 10 Quadro 5 10 Necessidades Energ ticas Garda t rmica Aquecimento Arrefecimento 9 kW kW Total 12 5 4 5 4 3 CLASSE ENERG TICA No Quadro 5 11 apresentam se as necessidades nominais de energia prim ria e a classe energ tica da moradia Quadro 5 11 Classe energ tica e emiss es de CO2 Necessidades nominais globais de energia prim ria 1 20 Ntc kgep m ano Valor limite para as necessidades nominais globais de 432 energia prim ria Nt kgep m ano i Classe energ tica calculada pelo sistema A Emiss es de CO associadas s necessidades nominais globais de energia prim ria da frac o 0 33 aut noma ou edif cio ton CO gt ano Todos os valores e detalhes aqui apresentados s o exclusivos das empresas intervenientes nesta obra Quando se pretende aplicar um sistema geot rmico a um edif cio come a se por fazer o c lculo t rmico do edif cio de modo a obter os valores das necessidades energ ticas Para o caso da moradia chegaram se a valores de 12 5 kW para a necessidade de aquecimento e 4 kW para arrefecimento Nesta fase de projecto n o foi calculado o valor exacto da necessidade de AQS no entanto para um edif cio corrente neste caso a moradia o valor desta necessidade muito
95. an d 152 6 5 1 BOMBA DE GA OR ctacoidancacioninnnd colar a Dan EIA OR ERAS a RENAS a cidad AA E eT NNE ada ada a 154 6 5 2 DEP SITO DE AO Sii iaa 155 0 5 9 DEPOSITO DE IN RClA cti A A O A 156 6 5 4 GRUPO DE IMPULSA O ii dadas 156 6 6 SISTEMAS DE DISTRIBUI O a eee en caries disnea ci 156 6 75 AN LISE ECON MICA ooo sta a aan TESS 157 6 7 1 COMPARA O DE CUSTOS ANUAIS ENTRE OS V RIOS TIPOS DE ENERGIA 157 6 7 2 AMORTIZA O DO INVESTIMENTO 4d A A A a a is 158 6 8 ALTERNATIVAS AO SISTEMA USADO ooooccccccccnnnnnnnancccnnnncnnnnnnnnnncnrrrrrrnnn nacer nana 160 xi Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 7 CONCLUS ES e o 161 7 1 CONCLUS ES E DESENVOLVIMENTO FUTUROS cccocccccnncccnnncconncnonnncnnnenonnnenonnrnonrronanenann 161 As CONCLUS ES ta A 161 1 25 DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ed rea 163 BIBLIOGRAFIA its E E AA ia PAE PEN A A E EAE A do Sos EN E EEA di sol dia do Sos ES dias indo sois 165 xii Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos NDICE DE FIGURAS Fig 2 1 Classes energ ticas de acordo com o SCE 16 6 Fig 2 2 Consumo de energia prim ria no segmento dom stico em Portugal 20 8 Fig 2 3 Balan o de energias Europa 2006 nono cnn nano cnn cnn nn nr 9 Fig 2 4 Balan o de energias Portugal 2006 reter 9 Fig 2 5 Fontes de energia
96. ao caso anterior dada prioridade produ o de AQS sobre a climatiza o atrav s da exist ncia de uma v lvula de tr s vias monitorizada que permite inverter o circuito de climatiza o quando existe a necessidade de guas quentes sanit rias Quando acontece esta situa o a climatiza o assegurada pelo dep sito de in rcia 6 5 2 DEP SITO DE AQS O dep sito de AQS para a casa S E R foi dimensionado segundo os mesmo princ pios que a moradia No Quadro 6 6 referem se as vari veis presentes no dimensionamento indicando novamente a vermelho as vari veis emitidas e a azul as calculadas Quadro 6 7 Dados t rmicos para a gua sanit ria Dados t rmicos para a gua sanit ria Base de consumo litros dia 300 L dia Temperatura de gua quente 45 Temperatura de gua fria 12 Necessidade de AQS anual 4203 kW h 155 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos O dep sito tem a mesma forma que o apresentado no caso de estudo anterior sendo apenas diferente na quantidade de serpentinas existentes Como neste caso de estudo n o se contabilizou o aproveitamento solar o dep sito de AQS tem apenas uma serpentina destinada bomba de calor geot rmica A produ o de AQS feita tamb m nas mesmas condi es ou seja s o produzidos 300 litros de gua quente sanit ria por dia a 45 C e 60 C uma vez por semana para desinfec o t rmica 6 5
97. ao estado da arte da geotermia aplicada edifica o avaliando todos os casos da tecnologia existentes actualmente No campo tecnol gico da constru o analisar se o as implica es construtivas existentes no uso da geotermia para a climatiza o ambiente aquecimento e arrefecimento e aquecimento de guas sanit rias Ap s fazer a contextualiza o global do uso da geotermia analisar se a aplica o de um sistema geot rmico numa moradia sendo um caso de estudo existente Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos A avalia o deste caso de estudo permite tomar consci ncia da problem tica da geotermia aplicada constru o em Portugal numa vertente pr tica e concretizada Desta forma a an lise do mesmo possibilitou de uma forma r pida e pragm tica a avalia o da sua aplicabilidade ao projecto em estudo a casa S E R Contribuiu ainda para o enriquecimento deste trabalho do ponto de vista da aplica o da geotermia em Portugal na medida em que se analisam todos os passos necess rios sua implementa o nomeadamente a an lise geot cnica a an lise da viabilidade t cnica a viabilidade econ mica a op o do sistema geot rmico as implica es construtivas entre outros Feito o estado da arte da tecnologia geotermia aplicada constru o e a an lise de um caso existente proceder se extrapola o dos conhecimentos obtidos para um projecto pilo
98. ara fazer o controlo de impuls es e dos retornos existentes na sonda A sua forma em Y faz com que se poupe custos em colectores de distribui o e se economize espa o para a sua instala o 59 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos As uni es de sondas podem ser colocadas atrav s de soldadura ou mangas electrosold veis 4 7 2 COLECTORES GEOT RMICOS Os tubos usados neste tipo de capta o s o em PEX Figura 4 30 e PE 100 As principais vantagens do uso do PEX relativamente ao PE 100 s o 63 Maior resist ncia a rachaduras e fendas Permite realizar raios de curvatura reduzidos mesmo a baixas temperaturas N o necess rio leito de areia Pode ser usado a temperaturas acima dos 40 C Fig 4 30 Colector geot rmico PEX Rehau 2008 O colector geot rmico PEX um tubo robusto e fabricado em polietileno reticulado a alta press o e tem uma camada externa de cor cinza de protec o aos raios ultravioleta Figura 4 31 Fig 4 31 Implanta o do colector geot rmico PEX Rehau 2008 Este tipo de colector geot rmico tem as seguintes caracter sticas Resist ncia a ranhuras e cargas pontuais sendo poss vel usar material de escava o como leito Resist ncia tenso fissura o Bom comportamento em servi o incluindo raios de curvatura reduzidos Quadro 4 7 60 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estud
99. as Godo areia secos lt 25 Godo areia saturado de gua 65 85 Zonas com fluxo de gua subterr neo 80 100 Argila Calc rio meio h mido 35 50 Calc rio maci o 55 70 Arenito 65 80 Granito 65 85 Basalto 40 65 Gneiss 70 85 Analisando os valores do Quadro 4 2 poss vel concluir que rochas como o granito e os gneiss possuem caracter sticas vantajosas para a transfer ncia de calor por apresentarem uma elevada condutibilidade e capacidade calor fica ao contr rio das areias e argilas A exist ncia de gua ao longo das sondas melhora o seu rendimento Os valores apresentados no quadro s o v lidos apenas para as seguintes condi es Extrac o apenas para a produ o de calor aquecimento ambiente incluindo o aquecimento de guas quentes sanit rias Sondas com comprimento entre os 40 e os 100 metros Dist ncias m nimas entre dois furos de sondas Pelo menos de 5m entre furos para profundidades de sondas entre os 40 e os 50m Pelo menos de 6m entre furos para profundidades superiores a 50m e at 100m Tubos de sondas em duplo U de di metro em cada tubo de DN32 e DN40 Ap s a apresenta o dos valores da pot ncia de capta o continuar se com o dimensionamento das sondas geot rmicas 52 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Para o c lculo do comprimento das sondas utilizada a seguinte formula Pot ncia do evaporador
100. as assim como dos seus elementos em melhor estado para uma poss vel reconstru o do local A reabilita o do lago e da gruta foram meramente op es do arquitecto A utiliza o das rvores teve alguns problemas Em primeira an lise algumas aparentavam um aspecto saud vel mas as suas ra zes n o estavam em boas condi es o que colocava em causa quest es de seguran a da nova implanta o No final algumas rvores tiveram que ser retiradas pelas m s condi es que apresentavam e outras foram transplantadas pelo motivo da implanta o dos elementos estruturais no terreno Al m destes elementos apresentados foram tamb m projectadas 15 moradias e uma sala de condom nio comum Figura 5 7 86 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 7 Implanta o do projecto de arquitectura A elabora o do projecto de arquitectura foi desenvolvida sempre em sincroniza o com cada especialidade de modo a tornar a sua execu o a melhor poss vel x Nesta fase houve uma exig ncia por parte do dono de obra relativamente utiliza o de energias renov veis em todas as habita es de modo a torn las mais eficientes Foi precisamente nesta fase que se tomou a op o de usar a geotermia para fazer a climatiza o ambiente e o aquecimento das guas sanit rias Tomada esta decis o numa fase inicial houve implica es na execu o do projecto de arquitectura uma v
101. as desde j h algum tempo levou ao seu aproveitamento para outros fins nomeadamente o aquecimento ambiental H actualmente em Portugal Continental com as necessidades de explora o das energias alternativas renov veis uma maior investiga o sobre a energia geot rmica 3 3 1 APROVEITAMENTOS DE RECURSOS DE POLOS TERMAIS Os aproveitamentos geot rmicos na vertente termal s o os mais utilizados em Portugal Continental Em 1998 o Ex Instituto Geol gico e Mineiro concluiu um estudo sobre os recursos geot rmicos em Portugal sobre as ocorr ncias de gua com temperatura superior a 20 C quer naturais quer provenientes de furos Este estudo permitiu fazer uma caracteriza o geol gica estrutural das ocorr ncias Procedeu se igualmente ao levantamento das temperaturas das emerg ncias bem como dos respectivos caudais E apresentado na Figura 3 7 uma tabela com as emerg ncias termais a temperatura m xima registada e as caracter sticas qu micas da gua 25 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos TEMPERATURA TEMPERATURA N MERO EMERG NCIA M XIMA CARACTER STICAS N MERO EMERG NCIA M XIMA CARACTER STICAS TERMAL REGISTADA C QU MICAS TERMAL REGISTADA C QU MICAS 1 Mon o 50 HzS HCOs Na F 27 Luso 27 SiOz Cl Na K 2 Chaves 76 HCOs Na F CO 28 S o Paulo 23 H S HCOs Na 3 Ger s 47 HCOs Na F S203 29 Unhais da Serra 37 H S HCO Na F 4 Carvalhelhos 22 HCOs
102. as renov veis e optimizando as n o renov veis 18 O objectivo atingir o conforto no interior do edif cio usando m todos naturais sistemas passivos e m todos artificiais sistemas activos sistemas estes integrados desde a concep o do projecto at sua aplica o 2 4 1 SISTEMAS PASSIVOS A utiliza o dos sistemas passivos visa primeiramente perceber o enquadramento geogr fico do local para tirar partido das condicionantes ambientais e ent o projectar o edif cio tendo em considera o alguns aspectos A orienta o solar a oscila o da temperatura local o movimento do ar e do vento a percentagem de humidade local a vegeta o a tradi o construtiva e a percentagem de luz local 19 Estes aspectos servem para potenciar na fase de projecto as componentes que possibilitam o arrefecimento aquecimento ventila o luminosidade entre outros para um maior equil brio e conforto t rmico ac stico e visual 2 4 2 SISTEMAS ACTIVOS A utiliza o dos sistemas activos passa pela integra o nos edif cios de componentes como pain is fotovoltaicos pain is solares t rmicos climatiza o controlo e redireccionamento de luz natural controlo de ilumina o artificial controlo e racionaliza o de gua e de electricidade entre outros 11 No entanto tamb m v o existindo elementos incorporados no projecto arquitect nico para um maior controlo energ tico do edif cio nomeadamente as cobe
103. aso da energia el ctrica tem tido um incremento exponencial nos ltimos anos atrav s da instala o de aerogeradores A energia cin tica do vento captada pelas p s do rotor do aerogerador e convertida em energia mec nica e posteriormente transformada em energia el ctrica no gerador Esta energia depois injectada na rede el ctrica de distribui o ou de transporte E lica Offshore A energia e lica offshore consiste na instala o de parques e licos nos oceanos e a sua explora o iniciou se no final do s culo XX com a instala o do parque e lico de Vindeby nos fiordes grande entrada do mar em volta da altas montanhas rochosas pouco profundos da costa dinamarquesa Serve para a produ o de electricidade a partir de uma fonte renov vel A energia cin tica do vento convertida em energia mec nica utilizando p s com caracter sticas aerodin micas adequadas e posteriormente em energia el ctrica sendo esta ultima entregue rede Analisadas as v rias fontes de energias renov veis s o apresentados duas figuras com o intuito de mostrar o peso das energias renov veis na gera o de electricidade a n vel a europeu Figura 2 7 27 Energias Renov veis na gera o de electricidade Europa 2005 Fig 2 7 Recursos Renov veis na gera o de electricidade renov vel Europa 2005 As energias renov veis t m ganho cada vez mais peso e isto deve se efic cia das
104. ata se de um edif cio que requer elevadas necessidades de energia 49 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos para a sua climatizag o e produg o de AQS O mau dimensionamento pode levar a que o sistema n o funcione correctamente No entanto a directriz VDI 4640 recomenda que se fa a este teste no caso de se ter edif cios com pot ncias superiores a 30 kW Quando existem v rios furos o ensaio feito por uma quest o de economia Um exemplo de aplica o quando se tem v rios furos dimensionados teoricamente para 100 metros e com a realiza o do ensaio TRT chega se conclus o que s necess rio furos de 80 metros Uma vez que o furo tem um custo significativo poupar 20 metros em v rios furos tem obrigatoriamente vantagens econ micas As medidas in loco da condutibilidade t rmica permitem que os c lculos sejam realizados sem margem de seguran a Os resultados obtidos do TRT s o qualitativamente superiores aos resultados obtidos em laborat rio j que a sua metodologia n o adultera os par metros f sicos e litol gicos da terra Este ensaio al m de medir a condutibilidade t rmica do solo mede tamb m a resist ncia t rmica dos furos de sondagem Este par metro indica a qualidade da instala o da sonda geot rmica e se o material pressionado apresenta elevada resist ncia t rmica O TRT pode ser feito numa perfura o teste extens o do furo do teste por uma
105. c fica de capta o de 64 3 W m maior que os 60 W m adoptados no dimensionamento ou seja o ensaio leva a concluir que estamos do lado da seguran a Uma grandeza tamb m medida foi a temperatura da gua dentro da sonda em profundidade e em v rios tempos do ensaio Foi feito um perfil de temperaturas em cada 2 metros de profundidade at aos 80 metros e nos v rios tempos Os tempos em que foram medidos os valores da temperatura foram 1 os de antes de come ar o ensaio 2 logo ap s acabar o ensaio e 3 uma e duas horas ap s o fim do ensaio Figura 5 41 118 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos PROFUNDIDAD m d y se as J CU 4 4 3 D H zo T t uamo 1 Eq 1 A L l f f i 1 e cd a Al 17 3 Ej mt a i f 1 4 f e 1 do d ds 7 f H N 1 4 70 y T INICIO 1 1 J f A AN A e ei 7 HORA FIN 291 10RA FIN AAA AA A e eer AAA 16 19 22 25 28 TEMPERATURAS C Fig 5 41 Perfil de temperaturas Pela an lise do gr fico pode constatar se que a varia o da temperatura em profundidade n o apresenta grandes desvios Isto significa que o subsolo composto por uma forma o rochosa homog nea sem fluxo de guas subterr neas significativas Este ensaio permitiu dar seguran a aos resultados obtidos no dimensionam
106. c lculo devido s situa es cr ticas como picos de Inverno onde a temperatura exterior pode chegar aos 0 C e nos momentos de arranque da bomba de calor geot rmica Estas situa es cr ticas apresentadas implicam um consumo excessivo da m quina da a exist ncia de uma margem de seguran a Neste caso como uma moradia de habita o principal o pavimento radiante vai estar sempre ligado ou seja a bomba de calor n o ter situa es de arranque Este tipo de comportamento permite baixar os consumos da m quina tornando se mais econ mico e aumentando tamb m a durabilidade dos equipamentos A temperatura interior Ti corresponde temperatura interior de conforto na esta o de aquecimento e a temperatura exterior corrigida Tec a correspondente para a regi o do Porto pelo regulamento RCCTE Para o coeficiente de simultaneidade usou se um valor de 100 pois considerou se toda a casa em aquecimento Para o c lculo das necessidades de aquecimento anual foi usada a f rmula 5 2 Perdas t rmicas Ti Tec Horas de aquecimento Graus dias kW h 5 2 Necessidades de aquecimento anual Nos pr ximos dois quadros ser o apresentadas as vari veis usadas para o dimensionamento e os resultados obtidos Para uma melhor compreens o ser feita a distin o entre os dados fornecidos e os calculados atrav s de cores sendo o vermelho para os fornecidos e os azuis para os calculados Quadro 5 12 C lculo d
107. ce as habita es e as guas sanit rias No caso do Ver o como a temperatura do subsolo inferior do ar consegue se arrefecer as habita es por um processo passivo ou activo consoante a bomba de calor 55 Nos sistemas fechados existem v rias formas de capta o de calor Os tipos de capta o existentes s o Capta o Horizontal Capta o Vertical Capta o Mista Nesta disserta o ser o abordados em detalhe a capta o horizontal e um caso da capta o vertical pois s o os tipos mais usados em Portugal 38 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 5 2 1 Capta o Horizontal A Capta o Horizontal a mais corrente e a mais barata sendo feita sempre que haja uma rea de terreno suficiente Este tipo de capta o requer de 1 5 a 2 vezes a rea para dispers o capta o de calor relativamente ao espa o que se pretende climatizar Na Figura 4 8 pode ser vista a implanta o duma capta o horizontal Fig 4 8 Capta o Horizontal 56 Este tipo de instala es utiliza o calor que se encontra acumulado nas camadas mais superficiais da terra Este calor pode ser obtido at uma profundidade de 5 metros onde as temperaturas variam entre os 8 e os 13 C como poss vel observar pela Figura 4 9 54 Temperatura do solo C 0 5 10 15 20 0 1 Fevereiro 1 Agosto Profundidade m 1 Maio 1 Nov
108. co campo que se altera fisicamente com o desenvolvimento do tamanho da casa o pavimento radiante A zona t cnica e o furo mant m se exactamente no mesmo local e a bomba de calor escolhida para o tamanho m ximo que a casa possa a vir ter Relativamente situa o do pavimento radiante a alternativa ficarem caixas de distribui o com espa os suficientes para se incorporarem mais circuitos ao longo do tempo Da mesma forma que no caso de estudo anterior ser o abordados quase todos os campos que visam um sistema geot rmico O nico campo que n o ser objecto de estudo desta disserta o a an lise t rmica da casa Visto n o se ter acesso aos dados e elementos necess rios para fazer o estudo n o foi poss vel obter resultados No entanto analisando o caso da moradia o estudo t rmico serviu apenas para fazer uma compara o com os valores encontrados no dimensionamento logo este campo n o ter grande influ ncia na abordagem da tecnologia abordada na casa S E R importante referir que os valores dimensionados e apresentados neste caso de estudo foram determinados pela mesma empresa respons vel pelo caso de estudo da moradia e para as mesmas condi es ou seja para o caso da casa S E R ser implementada no Porto e com tipo de capta o vertical Visto n o se ter feito um estudo t rmico sobre a casa S E R nos pr ximos par grafos apresenta se a an lise dos restantes aspectos construtivos da geoterm
109. de polietileno anti humidade que serve para proteger o pavimento radiante de humidades ascensionais Figura 5 55 Fig 5 55 Aplicac o do filme de polietileno anti humidade no piso 1 Um aspecto construtivo a salientar na aplica o dos pain is foi o facto de por vezes haver necessidade de cortar os pain is de forma a encaixarem e evitarem zonas n o cobertas pelo pavimento radiante 131 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Esses espa os provenientes das jun es de pe as foram preenchidos com a espuma de poliuretano com o mesmo objectivo anterior E importante que n o haja buracos ou furos na laje flutuante Fig 5 56 Aplica o de espuma de poliuretano em falhas Uma vez executada a base laje flutuante procedeu se aplica o dos tubos em cima dos pain is porta tubos A aplica o dos tubos exige alguns cuidados que depois durante o funcionamento do sistema fazem toda a diferen a Junto de aberturas mais concretamente em janelas onde h incid ncia do sol a coloca o dos tubos tem quer ser feita de maneira diferente relativamente aos outros locais Devido permiss o da incid ncia solar os locais das divis es com este panorama t m tend ncia a ficar mais quentes perto das janelas Al m da permiss o solar as janelas envidra adas s o tamb m elementos onde se registam perdas t rmicas da esta tarefa tamb m ser recomend vel para a situa o de aqu
110. der limpeza e nivela o do terreno de modo a poder fazer se um melhor trabalho Os equipamentos utilizados para a execu o do furo s o M quina de perfura o Compressor Tubos Martelo de fundo de furo 63 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos M quina de perfura o Existem no mercado v rios tipos de m quinas de perfura o Esta m quina serve para abrir o furo profundidade desejada Figura 4 34 Existem m quinas espec ficas em fun o do tipo de profundidade sendo umas mais aconselh veis para perfura es maiores A perfura o pode ser feita atrav s de v rios m todos entre os quais os mais usados Perfura o rota o circula o directa a lamas Roto percuss o com martelo de fundo de furo O m todo mais usado destes dois a roto percuss o com martelo de fundo de furo com extrac o de material em excesso por ar comprimido 69 O ar comprimido permite retirar os detritos de solo que se encontram no furo e a gua proveniente de camadas subterr neas que tamb m se encontra no furo Fig 4 34 M quina de perfura o 69 Compressor O compressor a fonte de alimenta o da m quina de perfura o e tem o aspecto da Figura 4 35 Os compressores normalmente s o abastecidos por combust vel e s o m quinas que apresentam grandes consumos tendo um peso significativo nos custos dos furos Fig 4 35 Comp
111. dfl sdip 2006 04 067A00 24162468 pdf 25 03 2011 14 www eur lex europa eu LexUriServ LexUriServ do uri 0J L 2003 001 0065 0065 PT PDF 25 03 2011 15 www adene pt NR rdonlyres E8SBD54A9 11C8 4DE3A27D41F92546DF84 19 Decretolein78 _2006 pdf 25 03 2011 16 Curado Ant nio Certificag o Energ tica Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 17 Almeida Manuela Bragan a Lu s Mateus Ricardo Tecnologias para a Sustentabilidade da Constru o Universidade do Minho Escola de Engenharia 19 06 2008 18 www construcaosustentavel pt 27 03 2011 19 Brand o Nuno da Costa An lise de Solu es Construtivas e Tecnol gicas para Edif cios Passivos em Portugal Disserta o de Mestrado Integrado em Engenharia Mec nica Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 2008 20 Barreto Miguel Tipologias Construtivas Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 21 EDP Energias de Portugal ADENE Guia Pr tico da Efici ncia Energ tica Sair de casa 2006 22 European Commission Europe s energy position presente amp future 2008 23 Loureiro David Os afazeres das Energias Renov veis LNEG e UESEO IV Semana do Ambiente Lisboa 2010 165 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 24 www ageneal pt 01 04 2011 25 www energlasrenovaveis com 02 04 2011 26 V rios autores Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 27 www ec europ
112. dida que aumenta a diferen a de temperaturas entre a fonte fria e a fonte quente Devido a este motivo no dimensionamento de sistemas de aquecimento que utilizam bombas de calor geot rmicas deve se ter em considera o a utiliza o de uma temperatura o mais reduzida poss vel no retorno para o sistema de aquecimento As bombas de calor geot rmicas utilizadas em sistemas de aquecimento apresentam valores de COP entre os 4 e 6 Para diferenciais e temperatura elevados o COP diminui tornando outros sistemas de climatiza o mais eficientes Quando existem instala es em que o COP menor que 4 economicamente a solu o j come a a deixar de ser rent vel Os fabricantes das bombas de calor disp em de cat logos com gr ficos que permitem escolher a m quina para uma determinada pot ncia necess ria e identificar os COP s do sistema Aplicando um exemplo sobre o COP pode se dizer que quando o COP igual a 4 significa que para 1 kW de energia el ctrica consumida consegue se obter 4 kW de energia t rmica Isto possibilita que por cada unidade de energia el ctrica consumida sejam retiradas 3 do solo No final por cada 4 unidades de energia que a bomba de calor fornece apenas uma efectivamente paga o que significa uma poupan a de 75 Figura 4 53 72 Energia El ctrica 1k Energia Gratuita 3k Fig 4 53 Exemplo do COP de 4 72 As temperaturas m ximas que se podem obter com bombas de calor s o 55 C
113. divis es a climatizar A laje flutuante como o nome indica um elemento com a forma de uma laje que colocada em cima da laje estrutural e tem o objectivo de evitar pontes t rmicas perdas de calor e absorver dilata es do pavimento Este elemento constitu do por pain is porta tubos antiderrapantes com relevo em c rculos de polietileno expandido EPS e por faixas de espuma de polietileno como se mostra na Figura 5 54 Inicialmente as faixas de espuma foram pregadas parede junto laje estrutural atrav s de um prego ficando com a forma de rodap e depois foram colocados os pain is porta tubos tendo sido pousados em cima da laje estrutural No remate entre os pain is e as faixas foi aplicada uma espuma de poliuretano com o objectivo de tapar os espa os existentes entre o contacto dos dois materiais de modo a que a laje flutuante n o perdesse as suas caracter sticas 130 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Painel porta tubos gt Espuma de poliuretano Fig 5 54 Aplicac o das faixas de espuma e dos pain is porta tubos Na aplicac o dos pain is porta tubos h um aspecto importante a salientar nomeadamente quando feito em pisos t rreos A moradia em an lise da tipologia d plex e o piso 1 considerado t rreo ou seja est em contacto com o solo Nestes casos antes da coloca o dos pain is importante aplicar um pl stico denominado filme
114. e Vento como se observa na figura 2 6 26 11 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Renov veis ER fem Em Solar T rmica Solar ES Biomassa ermoel ctrica Biogas de id Digest o Anaer bia Biog s de Aterro Biodiesel Fig 2 6 Energias renov veis As grandes vantagens da sua utiliza o consistem no facto de n o serem poluentes e poderem ser exploradas localmente Esta ltima vantagem contribui para a redu o da necessidade de importa o de energia atenuando a depend ncia energ tica relativamente aos pa ses produtores de petr leo e g s natural 25 A utiliza o da maior parte das energias renov veis existentes n o leva emiss o de gases com efeito de estufa excepto a biomassa onde h a queima de res duos org nicos para obter energia Um dos grandes problemas da utiliza o actual das energias renov veis o custo de instala o o desconhecimento e a falta de sensibiliza o para o assunto Devido aos motivos apresentados anteriormente sobre as desvantagens do uso dos combust veis f sseis as energias renov veis surgem como uma alternativa ou complemento s convencionais Para uma melhor compreens o dos v rios tipos de energias renov veis existentes importante definir cada uma delas assim como para que servem e como funcionam 26 2 6 2 2 1 Grupo Ambiental Sol Solar T rmica O equipamento designado por solar
115. e consumo da moradia C lculo de consumo rea da zona a aquecer 217 m Local da instala o Porto Volume habit vel 586 m Para este dimensionamento usou se uma pot ncia espec fica de capta o de 60 W m por ser no Porto onde a carta geol gica diz que o solo constitu do por uma mistura de rocha e sedimentos em meio 103 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos h mido Nesta situa o existia informa o sobre o tipo de solo no Porto no entanto existem casos onde n o poss vel arranjar esta informa o implicando fazer um estudo geol gico No Quadro 5 13 relativo ao dimensionamento surge o termo perdas t rmicas que na linguagem do software corresponde ao mesmo significado de necessidades energ ticas mais em concreto necessidades de aquecimento Quadro 5 13 Dados t rmicos para aquecimento da moradia Dados t rmicos para aquecimento da moradia Perdas t rmicas 11 5 kW Coeficiente G de isolamento W m2 C 0 90 Suplemento de compensa o de perdas 12 Profundidade dos furos de capta o para 60 W m tipo de solo com mistura de rocha e sedimentos ia N mero de sondas geot rmicas 2 COP da bomba de calor 4 7 Temperatura interior 20 C Temperatura exterior corrigida 2 Horas de aquecimento 24h Coeficiente de simultaneidade considerado 100 Esta o climatol gica Porto Dura o da esta
116. e de energia renov vel e abdicar de uma energia n o renov vel g s Contudo uso desta tecnologia n o permite utilizar apenas a energia geot rmica necessitando tamb m de se usar a el ctrica No entanto permite a elimina o do uso do g s e consequentemente reduzir a emiss o de gases poluentes que provocam o efeito de estufa para as finalidades de aquecimento e AQS J no arrefecimento a situa o diferente porque este tipo de climatiza o utiliza essencialmente sistemas de ar condicionado que para al m de consumirem apenas energia el ctrica apesar de alguns apresentarem consumos moderados continuam a emitir gases poluentes para a atmosfera Como foi poss vel analisar nos cap tulos anteriores o uso da geotermia nos edif cios permite fazer o arrefecimento passivo e activo No arrefecimento passivo n o h quase nenhum consumo de energia el ctrica Assim este tipo de arrefecimento vantajoso sob o ponto de vista ambiental J o arrefecimento activo utiliza tamb m a energia el ctrica al m da geot rmica 161 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos A geotermia aplicada na constru o permite abdicar da energia f ssil g s e utilizar apenas a el ctrica em menor escala A energia el ctrica fornecida a uma habita o pode ser proveniente do uso tamb m de fontes renov veis como a energia e lica ou h drica ou em certos pa ses ou regi es como o A ores atrav s da g
117. e o caudal nas sondas fosse constante Ap s o primeiro furo e introdu o da primeira sonda geot rmica foi realizado um ensaio j enunciado no cap tulo anterior chamado de Teste de Resposta T rmica TRT 5 4 4 TESTE DE RESPOSTA T RMICA TRT Este ensaio designado na pra a p blica pela sigla TRT Os motivos que levam realiza o deste ensaio s o pelo menos um dos dois Necessidades energ ticas do edif cio superiores a 30 kW Exist ncia de v rios furos no mesmo empreendimento Este ensaio apresenta custos elevados para a sua realiza o A op o da sua n o realiza o poder transformar se numa situa o complicada e posteriori pouco econ mica na resolu o dos problemas dali decorrentes Relativamente ao primeiro motivo enunciado para a realiza o do ensaio analisando as necessidades energ ticas da moradia confirma se que por si s n o haveria necessidade de fazer o ensaio No Quadro 5 13 est mencionado o valor da necessidade energ tica mais desfavor vel ou seja a do aquecimento com um valor de 11 5 kW valor inferior aos 30kW J pela an lise do segundo motivo o ensaio tem todo o interesse em realizar se devido exist ncia de v rios furos no empreendimento Se o sistema geot rmico fosse apenas para uma moradia n o justificaria fazer se o ensaio pois este tem um custo elevado Neste caso fazia se uma extens o da profundidade do furo relativamente ao 114 Geotermia e I
118. ecagem de madei e Produ o El ctrica Z 120 Evapora o na refina o de a car Ciclo Bin ri Extrac o de sais por evapora o ida S 100 Secagem e cura de blocos de cimento Secagem de materiais org nicos vegetais e algas 80 Secagem de peixe Aquecimento ambiental edificios e estufas Sl 60 Conserva o de congelados Ar condicionado 4 lt 40 Produ o umimal viveiros de cogumelos Aquecimento Ambiental Aquecimento de solo por Bombas de Calor 20 Aquecimento de piscinas descongela o 1 Aquacultura ee Fig 3 1 Utiliza o de fluidos geot rmicos adaptado de Lindal 1973 O principal uso da energia geot rmica de alta entalpia realizado nos aproveitamentos geot rmicos nos A ores para a produ o de energia el ctrica A geotermia de baixa entalpia aplicada em utiliza es directas de calor subterr neo em aquecimento e arrefecimento Em Portugal Continental como est o dispostos somente recursos de baixa entalpia n o h produ o de electricidade Este tipo de energia competitiva relativamente s alternativas a partir dos combust veis f sseis vantagem que tem vindo a aumentar face ao aumento dos pre os dos derivados do petr leo 3 2 APROVEITAMENTOS GEOT RMICOS NOS A ORES Os A ores s o uma regi o altamente dependente dos derivados do petr leo No entanto disp e de abundantes recursos de energia renov vel como a e lica a h drica e a geot rmica Relativamente a estes tipo
119. ecimento Devido a estes problemas comum aplicar um circuito com menor dist ncia entre tubos nestes locais a uma dist ncia da janela de cerca de 0 50 a 1 metros A Figura 5 57 referente aplica o dos tubos de acordo com o esquema dos circuitos apresentado em 5 6 1 1 Os tubos usados neste pavimento radiante t m a designa o de PRO evalPEX S o tubos de polietileno reticulado PEX a conferindo mais durabilidade flexibilidade e seguran a com uma barreira Etilvinil lcoll EV AL e uma camada exterior de protec o em polietileno modificado para evitar deteriora es e proteger a tubagem e a camada Etilvinil lcool contra agress es 83 O PEX permite uma maior flexibilidade do tubo evitando estrangulamentos que reduzem o caudal e permite optimizar os percursos da instala o Facilitam tamb m a instala o reduzindo os tempos de montagem O EVAL uma camada de protec o que evita a penetra o do oxig nio permitindo uma seguran a total do sistema Por fim o polietileno modificado permite que o tubo suporte as agress es que possam ocorrer durante a obra e oferece grande resist ncia a altas temperaturas 132 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 57 Aplica o dos tubos sobre os pain is porta tubos O princ pio da aplica o dos tubos feito por cada circuito no entanto cada circuito s fica conclu do com a liga o dos tubos aos colect
120. ectores que a casa necessite tendo em conta a sua m xima dimens o para este caso foi de 140 m Inicialmente s o utilizados alguns colectores e com o aumento do tamanho da casa os circuitos futuros ser o ligados aos colectores restantes A localiza o da caixa de distribui o deve ser a melhor de tal maneira que permita aquando do aumento do espa o modular fazer as liga es Na Figura 6 9 foi apresentada a planta da casa com uma alternativa para a localiza o da caixa de distribui o Durante a constru o do primeiro m dulo o ideal seria deixar negativos para os tubos do pavimento radiante aplic veis numa situa o futura Como foi referido na an lise do pavimento radiante da moradia o tamanho do tubo de cada circuito tem um valor m ximo de 130 metros por causa das perdas de carga Este aspecto muito relevante pois o aumento dos m dulos pode levar a que este valor seja ultrapassado 156 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos z Se isto acontecer necess rio usar outra caixa de distribui o durante o processo de aumento de dimens o da casa por exemplo na zona de circula o Esta caixa de distribui o depois ligada ao dep sito de in rcia Prevendo se que possa acontecer esta situa o necess rio tamb m deixar negativos na constru o do primeiro m dulo para a liga o da segunda caixa de distribui o ao dep sito de in rcia O princ
121. edu o do efeito de estufa atrav s da absor o do di xido de carbono e restabelecimento de pequenas quantidades de oxig nio na atmosfera Maximizam o aproveitamento de guas pluviais podendo reter um volume consider vel da precipita o diminuindo assim o risco de inunda es Protegem as estruturas dos edif cios contribuindo para um aumento do tempo de vida dos sistemas de impermeabiliza o Retarda em caso de inc ndio a propaga o do fogo na cobertura Contribuem para a valoriza o do edifico Contribuem para a redu o do impacto das constru es sobre a natureza proporcionando s plantas e animais um habitat natural Aumentam a rea verde por habitante promovendo novas reas privadas ou publicas de socializa o e recreio nas cidades Promovem o aumento da biodiversidade e dos nichos ecol gicos de uma cidade Contribuem para a sustentabilidade dos edif cios e cidades O uso das coberturas ajardinadas dos edif cios permite ter vantagens ambientais econ micas de conforto e est ticas Para uma melhor compreens o da arquitectura da moradia tamb m apresentada a Figura 5 14 correspondente ao al ado nascente As moradias existentes neste empreendimento s o do tipo geminadas tendo a maioria apenas duas fachadas As moradias que est o localizadas nos extremos s o constitu das por tr s fachadas Estas observa es s o notadas pela an lise da Figura 5 7 No caso da moradia em estudo
122. em 1 3 Fig 5 22 Elemento construtivo Parede Interior 2 de separa o de espa os teis com n o teis garagem Quadro 5 8 Parede Interior 2 de separa o de espa os teis com n o teis garagem Material Esp em P kg m3 R m C W 1 Reboco 2 2000 0 02 2 Tijolo Furado 11 1000 0 27 3 Poliestireno extrudido 1 5 14 0 36 4 Reboco 2 1000 0 04 Upimnu 1 07 W m 2C Os v os envidra ados verticais da envolvente da moradia apresentam protec o solar interior do tipo cortina opaca cor clara e ser o constitu dos de acordo com o mapa de v os por ENV 1 Vidro duplo 8 10 8 mm com vidro exterior cool lite SKN 174IP caixa de ar e vidro interior temperado Securit de 8 mm a ENV 2 Vidro isolante 8 10 8 mm com vidro exterior cool lite SKN 1741F caixa de ar e vidro interior Securit Planilux de 8 mm ENV 3 Vidro duplo 8 10 8 mm com vidro exterior cool lite SKN 174IP caixa de ar e vidro interior temperado laminado Vetrflam 6 6 2 Quadro 5 9 Caracter sticas dos V os Envidra ados Verticais V o envidra ado exterior U W m K GEN 410 ENV 1 2e3 2 21 0 2 99 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 5 4 2 NECESSIDADES ENERG TICAS As necessidades energ ticas previstas para a moradia foram determinadas de acordo com a norma EN ISO 13790 utilizando o progr
123. ema geot rmico para as finalidades j enunciadas 4 5 TIPOS DE CAPTA O Os sistemas geot rmicos aplicados na climatiza o e AQS diferem do tipo de capta o energ tica Cada tipo de capta o tem um processo construtivo e dimensionamento distinto Quando se opta por um sistema geot rmico o esquema geral do sistema tem o aspecto da Figura 4 3 52 34 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos ASPIRA O DOS GASES COMPRESS O ESTADO GASOSO CIRCULADOR CIRCULADOR mm ESTADO GASOSO QUENTE mA gt IDA AQUECIMENTO RETORNO CIRCUITO DE l CONDENSA O CAPTA O g t EVAPORA O AQUECIMENTO i DA AGUA IDA CIRCUITO DE CAPTA O ESTADO LIQUIDO RETORNO AQUECIMENTO p ESTADO LIQUIDO CAPTA O solo EMISS O casa 2 EA O BOMBA DE CALOR Fig 4 3 Esquema de captac o de energia no solo e a sua emiss o para o interior do edif cio Geotermia de Portugal 2008 Este esquema est inteiramente ligado figura anterior onde a captac o feita normalmente no exterior do edif cio a bomba de calor est na zona t cnica e a emiss o corresponde aos sistemas de distribui o Os v rios sistemas geot rmicos existentes s o distinguidos principalmente pelo seu tipo de capta o A jusante da capta o para qualquer tipo de capta o o sistema apresenta sempre o mesmo esquema tendo uma bomba de calor e os s
124. embro 3 pl 4 E MM Curva da temperatura anual no subsolo Fig 4 9 Capta o Horizontal 54 39 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos A Figura 5 9 referente a um gr fico que mostra a temperatura em fun o dos primeiros 5 metros de profundidade e para cada esta o do ano Este gr fico parte de um outro que est referenciado no par grafo 4 6 2 relativamente ao dimensionamento dos tipos de capta o Devido varia o de temperaturas que se encontram a 5 metros de profundidade opta se pela capta o horizontal pois a temperatura n o constante a poucos metros de profundidade o que n o acontece a 100 metros na capta o vertical Os tubos mais conhecidos por colectores geot rmicos s o colocados horizontalmente superf cie em valas e em circuito fechado onde a profundidade varia entre os 1 2 e 1 5 metros e a dist ncia entre tubos varia entre 0 5 e 0 8 metros conforme a sua orienta o geogr fica Figura 4 10 57 1 2 1 5 m Separa o entre tubos 0 5 0 8 m Fig 4 10 Profundidade e dist ncia entre tubos 57 Dentro destes tubos circula um fluxo de gua glicolada gua com glicol O calor passa da terra para a gua que circula dentro dos colectores e para que esta n o congele junta se lhe um l quido anticongelante glicol da o nome de gua glicolada Z O calor que se encontra acumulado nas camadas superficiais deriva
125. enas para se ter uma ideia da ordem de grandeza da profundidade dos furos Actualmente existem programas de computador que fazem este c lculo tendo em considera o v rias vari veis para um c lculo mais real e correcto Para o dimensionamento do tipo de capta o importante saber quais s o as necessidades energ ticas da moradia mais em concreto as necessidades de aquecimento Antes de se iniciar o dimensionamento poss vel fazer se um pr dimensionamento com as f rmulas usadas no Cap tulo 4 para se ter uma ideia da profundidade da capta o Ser feito o c lculo com as f rmulas de modo a analisar o erro relativamente ao uso do programa Pelo c lculo t rmico conclui se que a pot ncia de aquecimento ou seja a necessidade de aquecimento de 12 5 kW Com este valor j se pode escolher a bomba de calor geot rmica com o valor do respectivo COP Para este caso a m quina escolhida apresentava um COP de 4 7 Aplicando a f rmula 4 1 chegou se ao valor de 9 84 kW para a pot ncia do evaporador Ap s calcular a pot ncia do evaporador necess rio saber qual a pot ncia espec fica de capta o que depende do tipo de solo Para o caso do Porto considerado um tipo de solo com mistura de rocha e sedimentos meio h mido A lt 1 5 3 W m C que leva a um valor de 60 W m para a pot ncia espec fica de capta o Quadro 4 2 Para o c lculo do comprimento da sonda usada a f rmula 4 3 e obteve se um valor
126. ento do tipo de capta o pois inicialmente adoptou se uma pot ncia espec fica de capta o de 60 W m e na realidade tem se 64 W m Isto permite reduzir um pouco na profundidade dos furos existentes no empreendimento ou pelo menos n o fazer extens es de profundidade como margem de seguran a mantendo se os 80 metros por furo Este ensaio tamb m permitiu medir outras grandezas que fogem do foco de an lise desta disserta o 5 5 ZONA T CNICA A zona t cnica est situada arquitectonicamente no piso 1 num local exterior junto aos arrumos na garagem lavandaria e ao elevador Como esta zona foi projectada na fase da elabora o do projecto de arquitectura foi poss vel coloc la num local longe de espa os delicados como quartos ou salas Na Figura 5 42 apresentada a zona t cnica ainda sem os equipamentos mas poss vel ter a no o do espa o 119 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 42 Zona t cnica E poss vel salientar na figura uma abertura no piso que destinada para a entrada das sondas geot rmicas vindas do exterior que depois ser o ligadas bomba de calor Na Figura 5 43 poss vel ver a liga o das sondas geot rmicas zona t cnica Apenas est representado um esquema da liga o dando nfase bomba de calor pois na zona t cnica existem mais equipamentos 1 Exterior 01
127. eotermia alta entalpia J no campo econ mico os benef cios da utiliza o da geotermia s o mais vis veis Nos dois casos de estudo analisados foi poss vel analisar a diferen a dos custos existentes entre os v rios tipos de energia poss veis para fazer a climatiza o ambiente e a produ o de AQS Foi poss vel concluir que a geotermia era a alternativa mais econ mica em termos de consumo e com uma amortiza o a curto m dio prazo Como j foi dito os consumos energ ticos maiorit rios de uma habita o s o tradicionalmente de energia el ctrica e de g s e os custos destas energias t m tend ncia a subir ou a continuar a ter valores elevados A geotermia nos edif cios aparece como uma alternativa positiva a este panorama abdicando do g s energia f ssil com custos elevados e utilizando apenas energia el ctrica em menor escala Nos casos de estudo analisados verificou se que a aplica o desta tecnologia implica um custo de investimento elevado No entanto foi poss vel observar que os baixos consumos el ctricos obtidos fizeram com que o investimento tivesse um retorno poss vel num curto per odo de tempo Estas justifica es aqui apresentadas s o leg timas pelo facto de que os edif cios independentemente de terem sistemas construtivos recomend veis sob o ponto de vista energ tico continuam a ter consumos pois as pessoas s o cada vez mais exigentes na obten o de um determinado conforto t rmico nas habit
128. es de energia n o renov veis 21 Os combust veis f sseis s o formados pela decomposi o da mat ria org nica atrav s de um processo que demora milh es de anos A regenera o destes combust veis um problema pois uma vez esgotados s existir o passado bastante tempo O carv o o que acarreta mais impactos ambientais em termos de polui o e altera es clim ticas enquanto o petr leo uma das maiores fontes de polui o atmosf rica e o grande motivo de problemas econ micos e conflitos Uma das consequ ncias mais gravosas da utiliza o destes combust veis o aumento do efeito de estufa que tem origem nas elevadas emiss es de alguns gases para a atmosfera terrestre resultantes da combust o de recursos f sseis A queima de combust veis f sseis aumenta a polui o atmosf rica promove as chuvas cidas danificando o ambiente e pondo em risco a biodiversidade do planeta A economia est dependente destes combust veis f sseis que prevendo se que acabe em poucas d cadas provocam oscila es dos seus pre os 2 6 2 2 Fontes Renov veis Diz se que uma fonte de energia renov vel quando n o poss vel estabelecer um fim temporal para a sua utiliza o As energias renov veis s o inesgot veis mas limitadas em termos da quantidade de energia que poss vel extrair em cada momento 24 As energias renov veis podem ser subdivididas sobre os quatro grupos ambientais Sol Terra gua
129. esentam um comportamento est vel at aos 40 C Os raios m nimos de curvatura dependem em grande medida da temperatura durante a instala o Quadro 4 8 Quadro 4 8 Raio de curvatura em fun o do di metro do tubo e da temperatura PE 100 25 mm 32 mm 40 mm 20 C 50 cm 65 cm 80 cm 10 C 85 cm 110 cm 140 cm 0 C 125 cm 160 cm 200 cm A sua robustez mais fraca havendo probabilidade de propaga o lenta de rachaduras ou cortes durante o transporte ou a coloca o Z Ap s a an lise de cada um dos colectores geot rmicos apresentado o Quadro 4 9 com as caracter sticas de cada tubo com propriedades mais espec ficas 63 Quadro 4 9 Caracter sticas dos materiais PEX e PE 100 Colector Geot rmico PEX PE 100 Norma a cumprir DIN 16892 16893 DIN 8074 8075 Resist ncia fadiga S pe 9 Tubos SDR 11 20 x 1 9 25 x 2 3 32 x 2 9 40 x 3 7 Temperatura de servico 40 at 95 C 20 C at 30 C Temperatura m nima 30 C 10 C Propaga o de fissuras ao N o Sl nao SD di ensaio FNCT ve Material do leito Terreno existente Areia Rugosidade do tubo 0 007 mm 0 04 mm Coeficiente m dio de dilata o t rmico 0 15 mm m K 0 20 mm m K longitudinal Classe do material de constru o segundo DIN B2 B2 4102 62 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quadro 4 10 Caracter sticas dos materiais PEX e
130. esenvolvimento de uma proposta a uma casa em estudo na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto O estudo desta tecnologia permitiu dar a conhecer os passos necess rios para a aplica o da geotermia nos edif cios assim como concluir sobre as suas vantagens econ micas e ambientais PALAVRAS CHAVE energia efici ncia renov vel geotermia edif cio Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos ABSTRACT Presenting a global situation of energy crisis reflected in negative environmental and economic consequences 1t should be stressed the need to use more renewable energies at the expense of the non renewable ones Focusing on the construction sector and buildings usage as one of the scenarios of this crisis there is a need to rethink energy use in buildings thus maximizing energy efficiency Therefore this dissertation studied the renewable energy geothermal and its implications in construction technology The geothermal is a type of renewable energy that harnesses the heat from the earth Recently Portugal Continental directs its use in buildings particularly in the acclimatization heating and cooling and water heating through geothermal heat pumps On the contrary in the Azores besides those utilities it can be also used to generate electricity There was analysed the various types of heat
131. est o os detentores que fazem a regula o do caudal Fig 5 60 Liga o dos tubos aos colectores no piso O cozinha 134 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos A Figura 5 60 apresentada referente ao piso 0 a cozinha sendo a Figura 5 61 referente s liga es na zona t cnica Fig 5 61 Liga o dos tubos aos colectores no piso 1 zona t cnica Nos colectores foi aplicado um medidor de press o permitindo medir qual a press o existente nos circuitos Ap s a montagem total do pavimento radiante foram postos todos os circuitos em carga com gua de modo a testar se estava tudo a funcionar correctamente analisando a exist ncia de fugas e fazendo a limpeza dos tubos A gua foi colocada nos circuitos atrav s de uma bomba e um dep sito Figura 5 62 A gua que vai entrando nos circuitos filtrada de modo a limpar os tubos e evitar que entrem poeiras que os possam danificar Fig 5 62 Ensaio carga dos circuitos Este ensaio muito importante para detectar fugas que por vezes s o t o m nimas que se tornam dif ceis de detectar Este permite encontrar anomalias atrav s da leitura do medidor de press o P4 A gua colocada nos circuitos a uma press o de 6 bar se por acaso a press o baixar consideravelmente porque algo de errado se passou e o mais prov vel ter havido uma fuga 135 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Con
132. estes aspectos O ideal Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos ter um edif cio que consuma energia renov vel compensando os consumos e as emiss es geradas com os sistemas existentes tradicionais O sistema ideal do ponto de vista energ tico o que combina pain is solares t rmicos com uma bomba de calor idealmente geot rmica caso de estudo nesta disserta o 2 6 ENERGIA O acesso energia fundamental para o desenvolvimento das sociedades No entanto a maior parte da energia que utilizamos prov m de combust veis f sseis como o caso do carv o do g s e do petr leo sendo que as suas reservas t m vindo a ser cada vez mais escassas 21 A utiliza o excessiva destes combust veis f sseis provoca o aumento da concentra o de di xido de carbono na atmosfera contribuindo para o aquecimento global do planeta atrav s do efeito de estufa Devido a estes motivos a sociedade v se amea ada e com um futuro preocupante se n o encontrar novas solu es E por esta raz o que surgem v rias apostas na utiliza o das fontes de energia renov veis apresentado nas Figura 2 3 e 2 4 um mapa que mostra o balan o do consumo interno bruto das energias na Europa e mais em concreto em Portugal 22 Consumo interno bruto de energias Europa 2006 q m G s m Nuclear m Renov veis m Combust veis S lidos m Petr leo 1 Fig 2 3 Balan
133. esulta numa maior sensa o de conforto do utilizador S o in meras as reac es existentes ao usar sistemas de pavimento radiante entre as quais P s quentes Aquecimento e arrefecimento uniforme Sem correntes de ar Aquecimento invis vel P s quentes Sente se uma sensa o de maior conforto quando os p s se encontram a uma temperatura levemente superior da cabe a Este efeito consegue se com o aquecimento por pavimento radiante gerando no ch o temperaturas inferiores a 30 C Aquecimento e arrefecimento uniforme O emissor t rmico todo o ch o da rea Desta forma consegue se um calor agrad vel e uniforme face ao fen meno das zonas quentes e zonas frias que se obt m com outros sistemas de aquecimento nos quais existe um n mero limitado de emissores Sem correntes de ar Como a temperatura da superf cie do pavimento baixa inferior a 30 C o movimento do ar quente convec o impercept vel Com a aus ncia de movimento de ar h tamb m menos movimento de p proporcionando se um ambiente mais higi nico e saud vel Aquecimento e arrefecimento invis vel Consegue se um maior espa o habit vel ao n o utilizar sistemas de aquecimento vis veis por exemplo radiadores assim como tamb m deixa de existir o risco de golpes ou queimaduras por contacto com eles E um sistema de aquecimento que oferece total liberdade de decora o de interiores Pode dizer se que um aqueci
134. ez que esta tecnologia tem exig ncias pr prias referidas no Cap tulo 4 Um dos objectivos desta disserta o precisamente fazer a an lise do trajecto da aplica o desta tecnologia desde a fase de projecto at execu o do mesmo O estudo incide particularmente sobre uma das moradias constru da no local Todas as moradias existentes na propriedade s o do tipo geminadas como poss vel ver pelas Figuras 5 7 e 5 8 87 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 8 Vista a rea das moradias H1 H2 A H3 H4 H2 Be H5 Z A moradia em an lise a que corresponde na implanta o do projecto de arquitectura com a denomina o de H2 A e est inserida entre outras moradias iguais A moradia H2 A um fogo de tipologia T4 duplex com uma rea total de constru o de 286 5 m Nas figuras seguintes ser o apresentados os desenhos de arquitectura da moradia em an lise com a correspondente caracteriza o dos locais A Figura 5 9 corresponde ao piso 0 onde est o algumas divis es da habita o como tr s quartos a sala comum tr s quartos de banho a cozinha o elevador e os respectivos halls Fig 5 9 Planta da moradia H2 A piso 0 A entrada na moradia feita pelo piso O e a sua fachada principal est
135. factores externos relativamente reduzida o que proporciona um custo de produ o calculado durante a vida til do projecto Relativamente ao impacto ambiental na produ o de energia atrav s desta tecnologia verifica se que a rea afectada muito reduzida comparativamente com outros modos de produ o de energia que usam processos de queima de derivados do petr leo Nos A ores existem algumas centrais geot rmicas para a produ o de energia el ctrica As duas centrais mais importantes s o a Central Geot rmica do Pico Vermelho CGPV e a Central Geot rmica da Ribeira Grande CGRG situadas na Ilha de S Miguel Estas duas centrais s o abastecidas por fluidos captados num reservat rio de alta entalpia com temperaturas m ximas compreendidas entre 235 C e 240 C cujas forma es de maior produtividade surgem entre 500 e 1200 metros de profundidade 3 2 1 CENTRAL GEOT RMICA DO PICO VERMELHO A Central Geot rmica do Pico Vermelho CGPV Figura 3 2 foi a primeira a ser instalada nos A ores como um projecto piloto de confirma o do potencial geot rmico da zona Disp e por isso de caracter sticas pr prias para esse tipo de utiliza o experimental tendo uma forma compacta e a condi o de ser facilmente transport vel 35 21 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 3 2 Central Geot rmica Piloto do Pico Vermelho 3 MW in cio da utiliza o da ce
136. fluenciado pelas caracter sticas do solo nem pela exposi o solar sendo a temperatura anual constante para a profundidade estudada A grande vantagem do uso de um sistema de climatiza o que utiliza este tipo de capta o o sistema Free Cooling mais conhecido por arrefecimento passivo ou arrefecimento ecol gico usando como sistemas de distribui o os ventiloconvectores e com maior efici ncia o pavimento radiante 58 REFRESCAMENTO PASSIVO A Fig 4 12 Arrefecimento passivo Free Cooling 58 O termo mais correcto para arrefecimento quando se usa o piso radiante refrescamento Normalmente quando se usa arrefecimento quando existe emiss o directa de ar frio arrefecimento activo o que n o acontece no pavimento radiante ser abordado este tema nos par grafos 4 9 1 2 e 4 10 1 No caso dos ventiloconvectores pode haver climatiza o activa quando se tem emiss o directa de ar frio ou quente ou climatiza o passiva quando n o existe uma emiss o de ar directa 42 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos No entanto por uma quest o de simplifica o usa se o termo arrefecimento para qualquer situa o podendo fazer se distin o entre arrefecimento passivo ou activo Quando se usa o pavimento radiante a gua arrefecida circula pelo piso no interior do edif cio e arrefece a superf cie das divis es Estas superf cies funcionam com
137. g 2 2 Consumo de energia prim ria no segmento dom stico em Portugal 20 Como poss vel observar pela an lise da Figura 2 2 a biomassa e o gas leo para o aquecimento tem um peso pouco significativo em termos de energia final Tamb m se pode verificar que aproximadamente 55 da energia final utilizada no consumo dom stico destina se ao aquecimento arrefecimento ambiente ou aquecimento de guas quentes sanit rias AQS Os restantes consumos s o essencialmente el ctricos sendo a sua distribui o feita da seguinte maneira Frio alimenta o 20 Ilumina o 5 a 10 Entretenimento 5 a 10 Roupa 5 Analisada aquela figura poss vel concluir que o consumo energ tico no aquecimento arrefecimento ambiente e de AQS num edif cio muito significativo comparativamente com o total Os equipamentos mais usuais neste tipo de situa es s o os esquentadores para as AQS e os sistemas de aquecimento centralizado e sistemas de ar condicionado para o aquecimento arrefecimento ambiente Normalmente estes equipamentos s o abastecidos por g s e energia el ctrica respectivamente Actualmente o regulamento RCCTE j obriga a implementa o de pain is solares t rmicos com o intuito de fazer o aquecimento das guas sanit rias Uma vez que estes combust veis electricidade e g s provocam emiss es de gases na atmosfera e o seu custo ser elevado h necessidade de encontrar solu es que contrariem
138. gia p ra se o circuito e nesta fase que poss vel tirar o valor da condutibilidade t rmica do solo 4 6 2 2 Sondas Geot rmicas O dimensionamento das sondas geot rmicas est descrito na directriz alem 4640 VDI 63 No entanto ser feita uma an lise dos aspectos mais importantes no dimensionamento Todas as tabelas apresentadas neste dimensionamento s o da respectiva norma O dimensionamento apresentado feito com a combina o de sondas geot rmicas e de uma bomba de calor 50 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Durante a apresenta o do dimensionamento feito um exemplo de modo a tornar pr tica a aplica o demonstrada Para um primeiro c lculo preciso saber alguns valores Pot ncia de aquecimento do edif cio projecto de t rmica necessidades energ ticas Pot ncia da bomba de calor e respectivo valor do coeficiente de performance da bomba de calor COP O COP de uma bomba de calor est relacionado com o rendimento que se pode obter dessa mesma bomba A escolha da bomba de calor depende das necessidades do edif cio usual utilizar o valor mais desfavor vel das necessidades ou seja o maior valor entre as necessidades existentes aquecimento arrefecimento e guas quentes sanit rias Ap s saber a pot ncia mais desfavor vel que normalmente a pot ncia de aquecimento escolhe se uma bomba de calor que tenha essa mesma pot
139. guido sob o ponto de vista energ tico uma vez que diminui a depend ncia energ tica do arquip lago assim se transformando numa mais valia econ mica Actualmente existem projectos em decurso no arquip lago prevendo se que a contribui o geot rmica no ano de 2012 ser de 38 da produ o O pre o do petr leo tendo tend ncia a subir leva a uma expans o favor vel dos aproveitamentos geot rmicos tanto a n vel nacional como mundial Al m das vantagens econ micas e ambientais trazem a autonomia energ tica das regi es que exploram este recurso Devido a todos estes aspectos torna se pertinente a pesquisa e a identifica o de novas reas geogr ficas com potencial geot rmico importante tamb m que se desenvolvam novos projectos com vista satisfa o das necessidades energ ticas Por outro lado estas necessidades energ ticas s o cada vez maiores e t m grande influ ncia na vida das pessoas pois proporcionam um melhor conforto e qualidade de vida 24 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 3 3 APROVEITAMENTOS DE RECURSOS GEOT RMICOS EM PORTUGAL CONTINENTAL Em Portugal Continental o panorama completamente diferente do caso dos A ores Entramos no dom nio das baixas entalpias Portugal Continental apresenta uma geologia com elevado potencial geot rmico para aplica es a n vel da ind stria agricultura e aquecimento urbano 37 Este potencial geot rmico
140. gulamenta o de acordo com as exig ncias do RCCTE e do RSECE assim como identificar as medidas de melhoria de desempenho energ tico Fases de implementa o do SCE 16 3 de Junho de 2006 In cio da aplica o dos novos regulamentos RCCTE e RSECE 1 de Junho de 2007 In cio da aplica o do SCE a novos grandes edif cios gt 1000 m2 que pe am licen a ou autoriza o de constru o ap s esta data 1 de Julho de 2008 In cio da aplica o do SCE a novos pequenos edif cios lt 1000 m2 que pe am licen a ou autoriza o de constru o ap s esta data 1 de Janeiro de 2009 In cio da aplica o do SCE a todos os restantes edif cios incluindo os existentes Certifica o Energ tica e Ar Interior EDIF CIOS Fig 2 1 Classes energ ticas de acordo com o SCE 16 O modelo de certifica o energ tica recorre aplica o de um conjunto de procedimentos extremamente simples de serem implementados nos actos de licenciamento e de constru o dos edif cios O utilizador final ter acesso a um indicador de desempenho escalonado de A a G Princ pios de funcionamento do SCE Assegurar a aplica o dos regulamentos relativos efici ncia energ tica utiliza o de sistemas de energias renov veis e ainda s condi es de garantia da qualidade do ar interior RCCTE e RSECE Certificar o desempenho energ tico e a qualidade do ar interior nos edif cios Identificar as altera
141. hegou se conclus o que se iria optar pela capta o vertical por sondas geot rmicas Esta escolha n o se deveu unicamente aos referidos atrasos Por um lado o espa o existente no terreno n o permitia ter um tipo de capta o horizontal pois as suas dimens es eram pequenas e existiam v rias rvores que com as suas ra zes compridas impossibilitavam a sua aplica o Por outro lado como j foi dito no cap tulo anterior a capta o horizontal n o t o eficiente para o caso do arrefecimento passivo Como neste projecto a inten o era usar uma bomba de calor com arrefecimento passivo integrado optou se pelas sondas verticais 101 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Neste caso n o fez sentido analisar outros tipos de capta o pois n o existiam len is fre ticos no local e os edif cios n o foram constru dos sobre estacas Relativamente capta o mista esta nem sequer foi mencionada na altura de concurso visto ser ainda uma t cnica muito recente Independentemente dos atrasos a escolha do tipo de capta o foi bem sucedida Nos pr ximos par grafos ser o apresentados todos os passos que se deram desde a elabora o do projecto at execu o do mesmo para a moradia em an lise 5 4 1 DIMENSIONAMENTO DO TIPO DE CAPTA O No cap tulo anterior foi exemplificado um pr dimensionamento das sondas verticais s que este tipo de dimensionamento serve ap
142. ia um equipamento que faz a separa o dos dois circuitos o prim rio e o secund rio sendo o esquema hidr ulico apresentado na Figura 5 44 O circuito prim rio corresponde ao circuito a montante do dep sito de in rcia e o secund rio corresponde ao de jusante Em ambos os circuitos o fluido utilizado a gua desencrustante O dep sito de in rcia tem a fun o de fazer a separa o hidr ulica e a de volante t rmico A separa o hidr ulica serve para tornar independentes os caudais da bomba de calor dos terminais dos circuitos dos sistemas de climatiza o A fun o de volante t rmico serve para reduzir os arranques da bomba de calor melhorando os rendimentos e reduzindo o desgaste dos v rios componentes Para a moradia em estudo foi dimensionado um dep sito de in rcia de 200 litros Figura 5 47 Fig 5 47 Dep sito de in rcia O m todo utilizado para o dimensionamento do dep sito de in rcia foi o recomendado pelo projectista do pavimento radiante que utilizou 1 litro por 1 m rea de zona a aquecer Como s o 217 m de rea de zona a aquecer arredondou se para o valor de 200 litros A temperatura da gua no dep sito de in rcia varia de acordo com a temperatura exterior pois a gua que vai para o deposito proveniente da bomba de calor que tamb m controla a temperatura de envio de acordo com a temperatura exterior 5 5 4 GRUPO DE IMPULS O O grupo de impuls o constitu do por um conjunto de
143. ia aplicada a este caso de estudo 148 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 6 4 TIPO DE CAPTA O A escolha do tipo de capta o num sistema geot rmico feita segundo alguns aspectos de observa o enumerados no cap tulo 4 Na casa S E R poderiam ser utilizados o tipo de capta o vertical horizontal mista e n vel fre tico consoante as condi es espec ficas de cada um dos tipos de capta o tamb m enunciadas no mesmo cap tulo Como foi dito anteriormente na casa S E R foram consideradas algumas condi es id nticas ao caso de estudo anterior nomeadamente o uso de uma bomba de calor geot rmica com arrefecimento passivo da o tipo de capta o mais recomend vel a ser utilizado o vertical com sondas geot rmicas Ap s a escolha do tipo de capta o far se a an lise ao dimensionamento do tipo de capta o 6 4 1 DIMENSIONAMENTO DO TIPO DE CAPTA O Antes de fazer o dimensionamento do tipo de capta o poder se ia fazer um pr dimensionamento de acordo com o que se fez no caso de estudo anterior mas tal n o foi poss vel por n o se dispor dos valores relativos s necessidades energ ticas da casa O dimensionamento foi feito para a situa o cr tica ou seja para as dimens es m ximas que a casa possa vir a ter Neste caso optou se por uma situa o de um m dulo principal mais dois secund rios perfazendo uma rea da zona total a aquecer de apr
144. ica 67 rra nn 55 Fig 4 22 Sonda geot rmica PEX 63 oooooooonccccnniconncocnnccccocccnnocnnoncnnnn nn ccn nc 56 Fig 4 23 Sonda geot rmica PE 100 63 ooooocccicccioccconoccconccononcnononanonoccnnncc nora non cnn rca 57 Fig 4 24 P8S0 de fundo 08 ruaa Eaa E R na 57 Fig 4 25 P xdla sonda 68 onient A AAA a dada 58 Fig 4 26 SCParadores 68 siii A A calda 58 Fig 4 27 Material de enchimento e veda o tubo de injec o 54 58 Fig 4 28 Tubo de injec o 68 e cnn cnn 59 Fig 4 29 Uni o de sondas TO l aor a T AA A ARE E 59 Fig 4 30 Colector geot rmico PEX Rehau 2008 rrenan 60 Fig 4 31 Implanta o do colector geot rmico PEX Rehau 2008 60 Fig 4 32 Colector geot rmico PE 100 Rehau 2008 arara 61 Fig 4 33 Implanta o do colector geot rmico PE 100 Rehau 2008 61 Fig 4 34 M quina de perfura o 69 errar nanaeaarea arara aaa anenan s 64 Fig4 35 COMpresSOr iii ida 64 SS NE 65 Fig 4 37 Martelo de fundo de furo 69 eee aerea narran rra 65 Fig 4 38 Execu o de un turo Ol citas ds ds dis 65 Fig 4 39 Passo de aplica o 1 SG nc 66 Fig 4 40 Passo de aplica o 2 SG 69 rara arena rara nana 66 Fig 4 41 Passo de aplica o 3 SG 63 ir rareaaaaaaaeeaaae ra aaaa na nanenanas 67 Fig 4 42
145. ido aplicar a tecnologia sendo no entanto a sua rea menor A Figura 4 17 corresponde a um exemplo de aplica o deste tipo de capta o Fig 4 17 Capta o mista implanta o 61 45 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Como j foi dito anteriormente a grande vantagem da capta o mista o seu processo construtivo e que passa pelos seguintes passos expressos nas Figura 4 18 62 Escava o da vala Perfura o Instala o da sonda Enchimento do furo Liga o entre sondas SONDA HELICOIDAL ESCAVA O DA VALA PERFURA O DETALHE DA LIGA O Fig 4 18 Aplica o das sondas helicoidais 62 4 6 DIMENSIONAMENTO DOS TIPOS DE CAPTA O Antes de come ar directamente o dimensionamento dos tipos de capta o importante fazer um pr dimensionamento do solo 4 6 1 OBSERVA O DO SOLO Na observa o do solo existem tr s campos de an lise Geologia Condutibilidade t rmica do terreno Superf cie dispon vel 46 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 6 1 1 Geologia E preciso conhecer qual o tipo de solo existente no local onde se vai fazer a capta o energ tica Z Se a capta o for horizontal importante saber se t cnica e economicamente vi vel fazer trincheiras Note se que se o material for rochoso e que obrigue utiliza o de
146. ieram obra fazer o levantamento do material e dos dados que ficaram registados num disco da caixa branca Esses dados foram depois levados para a sede da empresa respons vel de modo a serem interpretados para no fim ser emitido um relat rio com os resultados do ensaio O TRT feito no solo deste empreendimento permitiu chegar a v rios valores no entanto o valor mais importante para uma compara o te rica foi o da condutibilidade t rmica do terreno Condutibilidade T rmica do Terreno 2 55 W m K O valor correspondente condutibilidade t rmica do terreno est dentro do intervalo 1 5 3 W m K o que d credibilidade ao valor que se optou no dimensionamento para a pot ncia espec fica de capta o de 60 W m Quadro 5 13 Pode dizer se at que corresponde a mais de 60 W m uma vez que 2 55 W m K est pr ximo do valor limite do intervalo que 3 W m K e que j corresponde a uma pot ncia espec fica de capta o de 84 W m Fazendo uma interpola o com os valores do quadro 4 2 do Cap tulo 4 e com a condutibilidade t rmica real do terreno de 2 55 W m K poss vel chegar ao valor da pot ncia espec fica de capta o de 64 3 W m Esta interpola o tem apenas significado numa an lise te rica Analisando as f rmulas do pr dimensionamento verifica se que o comprimento da sonda inversamente proporcional ao valor da pot ncia espec fica de capta o Feito o ensaio verifica se que a pot ncia espe
147. if cios SCE criado pelo Decreto Lei n 78 06 de 4 de Abril 15 resulta da transposi o em Portugal da referida Directiva Comunit ria e seu principal objectivo melhorar o desempenho energ tico dos edif cios e contribuir para a constru o de edif cios menos energ voros O SCE vem tamb m dar express o a uma das medidas contempladas na Resolu o do Conselho de Ministros n 169 2005 de 24 de Outubro que aprova a estrat gia nacional para a energia no que respeita linha de orienta o pol tica sobre efici ncia energ tica Enquadra se tamb m numa das medidas previstas no Programa Nacional para as Altera es Clim ticas aprovado pela Resolu o de Ministros n 119 2004 de 31 de Julho relativa efici ncia energ tica nos edif cios 16 O SCE abrange de forma faseada todos os edif cios habitacionais e de servi os englobando a sua implementa o tr s fases distintas em fun o da tipologia e da dimens o dos edif cios a certificar Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos E atrav s deste sistema que se definem os mecanismos que um promotor deve seguir De um ponto de vista pr tico o Certificado de Desempenho Energ tico tem como objectivo informar os utentes sobre a efici ncia energ tica e os consumos de energia esperados numa utiliza o normal do edif cio verificando o cumprimento dos objectivos do Protocolo de Quioto e finalmente assegurar a re
148. impuls o e outros da o uso desta tecnologia implicar apenas um acr scimo nos referidos equipamentos bomba de calor geot rmica e furo Z Analisando o desenvolvimento do gr fico verifica se que no ano de 2017 que se d a amortiza o do equipamento passados 6 anos face ao sistema que usa g s natural A geotermia nos edif cios uma tecnologia que n o apresenta grandes n veis de manuten o sendo feita em casos muito espec ficos e pontuais normalmente trocar filtros de 2 em 2 anos A durabilidade do sistema est estimada em 25 a 30 anos para a bomba de calor cerca de 40 anos para o pavimento radiante e 70 anos para a sonda geot rmica Posto isto os 6 anos necess rios para a amortiza o do equipamento visto como um n o entrave aplica o da tecnologia A climatiza o ambiente e a produ o de AQS feita com a geotermia tem tamb m vantagens ambientais pois a nica energia que consome a el ctrica 141 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Ap s uma an lise detalhada sobre todos os campos que est o envolvidos na aplica o de um sistema geot rmico num caso pr tico far se uma aplica o desta tecnologia a uma casa que faz parte de um caso de investiga o na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 142 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 6 CASO DE ESTUDO CASA S E R 6 1 CONTEXTUA
149. inferior comparativamente ao valor da necessidade de aquecimento Como j foi dito no cap tulo anterior o valor usado para a escolha da bomba de calor geot rmica e para o dimensionamento do tipo de capta o o da condi o mais desfavor vel O que acontece neste caso pr tico o que acontece na maioria dos casos O valor mais desfavor vel o de 12 5 kW correspondente necessidade de aquecimento 100 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos O tipo de climatiza o a usar nesta moradia permite que n o haja a necessidade de somar as duas necessidades de aquecimento e AQS Ao usar se sistemas de distribui o de pavimento radiante permite que nos casos em que seja usada pot ncia para a produ o de AQS o sistema de aquecimento n o perca efici ncia Outro motivo para n o se somar as pot ncias relativamente s duas necessidades enunciadas o facto de n o haver necessidade de sobre dimensionar o sistema para casos particulares Calculadas as necessidades da moradia j poss vel saber qual a pot ncia da bomba de calor a implementar para este sistema geot rmico Chegando se ao valor de 12 5 kW a bomba de calor escolhida seria de 12 kW No entanto para este caso em particular este c lculo t rmico foi feito por uma empresa independente para ser utilizado na fase de concurso Isto vem a prop sito de que na fase de concurso houve propostas que apresentavam projectos c
150. introduz a compensa o relativamente temperatura exterior medida que a diferen a de temperatura entre o sistema do pavimento radiante e a temperatura ambiente diminu da a taxa de transfer ncia de calor tamb m o introduzindo um efeito de auto regula o 77 Deste modo poss vel ter temperaturas inferiores a 30 C no envio para o circuito de aquecimento o que torna ben fico para o COP do sistema Existem diversas t cnicas de aplica o do pavimento radiante No pr ximo cap tulo no estudo de caso ser analisado em detalhe a aplica o de um pavimento radiante Para se ter uma percep o da climatiza o uniforme do pavimento radiante s o apresentados na Figura 4 57 os respectivos perfis de temperaturas do corpo humano de acordo com os sistemas de distribui o apresentados Aquecimento ideal Ch o radiante Radiadores Convectores Aquecimento pelo tecto Aquecimento pela parede Fig 4 57 Perfis de temperatura para os diversos sistemas de distribui o fun o aquecimento 78 79 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Analisando a Figura 4 57 poss vel observar que de todos os sistemas de aquecimento apresentados o pavimento ou ch o radiante o que melhor se ajusta ao perfil de temperatura ideal Este perfil aquele segundo o qual a temperatura do ar altura dos p s ligeiramente superior temperatura do ar altura cabe a Isto r
151. ircuito frigor fico existente na bomba de calor eleva a temperatura atrav s da compress o do g s refrigerante e rejeita no condensador o calor til com um consumo el ctrico no compressor muito reduzido O ciclo de Carnot permite demonstrar que a bomba de calor que funciona segundo um ciclo termodin mico e recebe energia pot ncia absorvida pelo compressor permite transferir o calor da fonte fria reservat rio de baixa temperatura solo para a fonte quente reservat rio de alta temperatura circuito de aquecimento A cada compress o e expans o isto a cada ciclo o fluido interm dio retira calor da fonte fria e cede o fonte quente O principal par metro de caracteriza o de uma bomba de calor o seu rendimento N o muito usual para as bombas de calor utilizar o par metro rendimento mas sim Coeficiente de desempenho ou Coeficiente de Performance COP O COP pode ser apresentado na seguinte f rmula Energia til COP 4 11 Energia consumida Pela primeira lei da termodin mica poss vel quantificar o COP de uma bomba de calor atrav s da temperatura proveniente da fonte fria TL e da temperatura de retorno fonte quente TH em Kelvin 73 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos COP Bomba de Calor 4 12 TH TL O ciclo de Carnot muito eficiente para pequenas varia es de temperatura A sua efici ncia val diminuindo me
152. is desfavor veis ou seja a temperatura mais elevada prevista para a fonte quente sistema de aquecimento utilizado e a mais baixa para a fonte fria sistema que capta a energia Apenas desta forma n o existe o risco de se realizar um mau dimensionamento para o projecto em estudo 76 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 9 2 OUTROS COMPONENTES Estes componentes podem ser o bal o de in rcia vasos de expans o v lvulas term metros hidr metros etc Visto serem componentes muito espec ficos de cada tipo de instala o e que t m diferentes formas de an lise n o s o detalhadas as suas caracter sticas pois fogem do interesse desta disserta o 4 10 SISTEMAS DE DISTRIBUI O As bombas de calor apresentam maior coeficiente de performance COP com a diminui o da diferen a de temperatura entre a fonte fria e a fonte quente logo conveniente aquecer com temperaturas baixas Existem v rios sistemas de distribui o que permitem fazer a climatiza o de um edif cio com temperaturas baixas e que diferem essencialmente pelos valores da temperatura de envio nos circuitos Em seguida ser apresentado o Quadro 4 10 onde poss vel verificar as temperaturas no circuito de envio para os diferentes sistemas de aquecimento interior Quadro 4 11 Valores requeridos para as temperaturas de envio nos circuitos em diferentes sistemas de distribui o teia de iS
153. istemas de distribui o piso radiante e ventiloconvectores Neste par grafo ser o apresentados os tipos de capta o existentes e quais as suas caracter sticas As trocas de calor com o solo feitas a partir de bombas de calor podem ser classificadas por dois sistemas existentes os sistemas abertos e os sistemas fechados 53 4 5 1 SISTEMA ABERTO Z Nos sistemas abertos utiliza se a gua subterr nea como transportadora de calor e esta elevada directamente bomba de calor Este sistema mais conhecido por capta o em len ol fre tico Nivel Fre tico I gt Fig 4 4 Sistema aberto 53 35 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Este tipo de sistema utiliza po os de gua subterr nea ou perfura o mais conhecidos por aqu feros para captar energia A gua do len ol fre tico mant m se a uma temperatura constante todo o ano variando entre os 9 e 12 C consoante a regi o e necess rio que seja garantida durante o ano todo A utiliza o deste sistema requer alguma manuten o e para serem rent veis t m que obedecer a alguns requisitos O solo conv m ter permeabilidade suficiente de modo a obter a quantidade de gua subterr nea desejada e a pouca profundidade entre 8 a 50 metros consoante a regi o A qualidade da gua tem que ter boas caracter sticas qu micas como por exemplo ter baixo teor em ferro para evitar problemas
154. istemas e o desenvolvimento do consumo ao longo dos anos 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2021 2022 100 000 00 92 500 00 A A A A a A A A 85 000 00 77 500 00 70 000 00 gt 7 E E A A ES A O i 62 500 00 55 000 00 47 500 00 40 000 00 O A e PE A IA 32 500 00 ER O A A E o lA o AE 25 000 00 17 500 00 10 000 00 4 2 500 00 G s Propano Precos em G s Natural Gas leo Geotermia Amortiza o do Equipamento Fig 5 72 Amortiza o do equipamento Como j foi dito o investimento inicial de um sistema geot rmico relativamente significativo em compara o com outros sistemas Sobre a an lise da Figura 5 70 podem ser feitas as seguintes observa es a b c d e O pre o em 2011 unicamente relativo aos equipamentos espec ficos para cada um dos tipos de energia e ap s esta data os valores do pre o s o acrescidos atrav s dos consumos calculados em 5 7 1 importante referir que pre o inicial s dos equipamentos sem a montagem O pre o inicial da geotermia de 16 000 00 e apenas relativo bomba de calor geot rmica e do furo Usar g s natural propano ou gas leo implica tamb m ter sistemas de distribui o e outros equipamentos como caldeiras painel solar dep sito de AQS dep sito de in rcia grupo de
155. ita atrav s da temperatura exterior a temperatura ambiente regulada pelo utilizador A temperatura de impuls o temperatura da gua dentro dos circuitos para a moradia pode apresentar valores de 35 a 40 C para o aquecimento e de 15 a 18 C para o arrefecimento dependendo da temperatura exterior A temperatura da argamassa que colocada por cima dos tubos poder ir at ao limite compreendido entre os 26 e 28 C Na moradia o aquecimento ambiente feito utilizando uma temperatura de impuls o optimizada e calculada de acordo com a curva de aquecimento do grupo de impuls o A grande novidade deste tipo de pavimento radiante o facto do caudal nos circuitos ser regulado consoante as necessidades t rmicas E aplicado ao sistema de climatiza o um acess rio designado por detentor que faz o controlo autom tico dos caudais A temperatura da gua que passa dentro dos circuitos regulada no grupo de impuls o atrav s da temperatura exterior e igual em todos os circuitos pois a gua sempre a mesma No entanto h casos em que os utilizadores pretendem temperaturas ambientes diferentes em cada divis o Como n o poss vel ter diferentes temperaturas de gua nos circuitos para se poder variar a temperatura ambiente em cada divis o regula se o caudal em cada circuito Estes detentores permitem regular o caudal automaticamente ou seja o utilizador ao alterar a temperatura ambiente no display de controlo t
156. ita uma an lise zona t cnica e aos sistemas de distribuig o e a ser o apresentados alguns detalhes dos materiais e acess rios existentes 4 7 1 SONDAS GEOT RMICAS No mercado existem diversas formas do tipo de acess rios constituintes das sondas geot rmicas As diversas marcas criam v rios produtos e cada uma tem materiais pr prios O esquema mais usual de uma sonda geot rmica apresentado na Figura 4 21 Uni o de sondas Tubo de injec o Separador Sonda Geot rmica duplo U Peso de fundo Material de enchimento e vedac o Fig 4 21 Esquema da sonda geot rmica 67 55 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 7 1 1 Tubo da Sonda Geot rmica As sondas geot rmicas s o constitu das por tubos em PEX e polietileno PE 100 Ser feita uma descri o das diferen as entre a utiliza o das diferentes sondas As imagens que se seguem representam os materiais e acess rios mais utilizados em Portugal Figura 4 22 Fig 4 22 Sonda geot rmica PEX 63 A sonda geot rmica em PEX um tubo duplo em U composta por duas sondas U individuais cruzadas e unidas entre elas As duas sondas individuais em U juntam se estando ambas a uma press o que as mantem numa unidade s lida Este tipo de sondas bastante resistente a fissuras Os dois tubos em U s o unidos em posi o cruzada e por um casquilho como poss vel ver na Figura 4 22
157. ivamente geotermia de 13 000 00 e apenas relativo bomba de calor geot rmica e do furo Usar g s natural propano ou gas leo implica tamb m ter sistemas de distribui o e outros equipamentos como caldeiras painel solar dep sito de AQS dep sito de in rcia grupo de impuls o e outros da o uso desta tecnologia implicar apenas um acr scimo nos referidos equipamentos bomba de calor geot rmica e furo Analisando o desenvolvimento do gr fico verifica se que a meio do ano de 2011 que se d a amortiza o do equipamento passados 7 5 anos face ao sistema que usa g s natural O uso da geotermia implica um investimento inicial consider vel no entanto os baixos consumos ao longo dos anos permitem fazer a amortiza o do investimento passados apenas 7 5 anos Tendo em conta a manuten o e a durabilidade do sistema j mencionados no caso estudo anterior os 7 5 anos necess rios para a amortiza o do equipamento visto como um n o entrave aplica o da tecnologia Para a casa S E R os valores do consumo e da amortiza o podem ser bem menores visto ser uma casa que se prev ter menores consumos energ ticos As v rias vari veis que foram analisadas no dimensionamento mais em concreto o factor G podem levar a uma descida dos valores nos consumos e no investimento A climatiza o ambiente e a produ o de AQS feita com a geotermia tem tamb m vantagens ambientais pois a nica energia que co
158. ivo na implementa o desta tecnologia Em m dia numa instala o de um sistema geot rmico o pre o dos furos representa um ter o do valor total Foram usados dois tipos de tubo para a perfura o um com di metro de 140 mm e outro de 120 mm O de 140 mm mais largo e usado para solos mais moles funcionando como escoragem do pr prio furo para o proteger de solo solto Este tipo de tubo para solos mais moles fica dentro do solo medida que se vai fazendo o furo J o tubo de di metro mais pequeno ou seja o de di metro 120 mm usado quando o solo constitu do por rocha dura Quando se apanha solo constitu do por rocha dura n o necess ria a exist ncia de um tubo que funcione como escoragem porque o risco de haver solos solto muito baixo Apresentados os equipamentos necess rios para a abertura dos furos apresentar se o os passos pr ticos da abertura do furo Come ou se pela nivela o da m quina de perfura o no local onde se a fazer o furo at montagem dos equipamentos passando pela liga o do compressor m quina de perfura o instala o de alguns acess rios na m quina e aplica o do martelo de fundo de furo ao tubo Figura 5 26 Fig 5 26 Nivelamento da m quina e montagem dos equipamentos 107 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Ap s preparado o terreno e montados todos os equipamentos estavam reunidas todas as condi es
159. izar no edifico um espa o que cumpra esta exig ncia Por fim o piso 1 corresponde cobertura do edif cio sendo plana e n o acess vel Figura 5 11 90 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Painel Solar A e Fig 5 11 Planta da moradia H2 A cobertura Como poss vel observar na Figura 5 12 existem na cobertura v rias clarab ias que permitem a entrada de luz natural para os tr s quartos existentes no piso 0 na sala comum e na cozinha e o local onde vai ser colocado o painel solar Figura 5 13 Fig 5 13 Painel solar colocado na cobertura 91 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos O painel solar vai ser colocado quase na horizontal tendo apenas uma pequena inclina o por motivos de efici ncia do seu funcionamento e por ter sido esta a escolha do arquitecto Um pormenor a salientar nas coberturas de todas as moradias o facto de serem todas ajardinadas de modo a obter se um conjunto de benef cios entre os quais 80 Melhoram o isolamento t rmico e ac stico dos edif cios promovendo a redu o do consumo energ tico Ajudam na redu o da polui o sonora e na absor o e filtragem de gases poluentes e de part culas em suspens o na atmosfera Contribuem para a redu o do efeito ilha de calor que se verifica nas cidades Promovem a r
160. lamento XPS 5 30 1 35 Camada de regulariza o 10 1700 0 08 Bet o Armado 22 1700 0 11 Gesso Cartonado 1 5 800 0 06 Ucob 0 49 W m C Parede Exterior SS Rode 0 AN 0 o o 70 0 gt 000 0 N O 0 y Yi NA gt 0 Y e 0 Interior Exterior MS 08 8 ee 0 Q EAN Na 0 0 Fig 5 20 Elemento construtivo Parede Exterior 97 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quadro 5 6 Parede Exterior Material Esp cm P kg m3 R m2 C W 1 Reboco 2 2000 0 02 2 Bet o 1 20 1700 0 1 3 Poliestireno extrudido 4 1000 0 95 4 Caixa de ar 2 0 18 5 Tijolo cer mico furado 7 1000 0 19 6 Reboco 2 1000 0 02 Upex 0 61 W m C Parede Interior 1 de separa o de espa os teis com n o teis garagem 1 3 Fig 5 21 Elemento construtivo Parede Interior 1 de separa o de espa os teis com n o teis garagem Quadro 5 7 Parede Interior 1 de separa o de espa os teis com n o teis garagem Material Esp cm P kg m3 R m C W 1 Reboco 2 2000 0 02 2 Bet o 4 15 1700 0 08 3 Poliestireno extrudido 1 5 14 0 36 4 Reboco 2 1000 0 04 Upimnu 1 35 W m C 98 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Parede Interior 2 de separa o de espa os teis com n o teis garag
161. limatiza o ambiente e AQS 164 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos BIBLIOGRAFIA 1 Pre mbulo Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 2 Fernandes Eduardo Oliveira Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 3 www clubofrome org 25 03 2011 4 Meadows Donella H Dana A Report for the Club of Rome s project on the predicament of mankind The limits to growth Universe Books New York 1972 5 Ribeiro Fernando Jos Moutinho Avalia o de Sustentabilidade Energ tica em Edif cios com Arquitecturas Polim rficas Disserta o de Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Major Energia Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 2010 6 IUCN Living resource conservation for sustainable development internacional union for conservation of nature and natural resources World Conservation Strategy Gland 1980 7 G Brundtlandt The world commission on environment and developmente Our common future Oxford University Press 1987 S www edp pt pt sustentabilidade ambiente alteracoesclimaticas saibamais Pages Marcos aspx 28 03 201 9 www portal energia com protocolo de quioto 28 03 201 10 www quercus pt 25 03 201 28 03 201 11 Correia Mariana Sustentabilidade Conceito e Desenvolvimento Energias Renov veis Atelier Nunes e P 2009 12 www recte com ficheiros recte pdf 25 03 201 13 www dre pt p
162. m todo usado e garantindo que o sistema n o iria perder as suas caracter sticas e o seu rendimento A empresa tamb m alertou para o facto de que nos outros furos iriam aplicar se os separadores Depois de colocada a sonda e cortados os tubos coloca se novamente gua dentro da sonda de modo a fazer uma limpeza de detritos existentes dentro da mesma e para a elimina o de bolhas de ar Ap s a introdu o da gua colocou se uma protec o na entrada dos tubos da sonda para evitar a contamina o com detritos e retiraram se os tubos usados para a abertura do furo Apenas se retiraram os tubos de menor di metro que foram usados para fazer a abertura no maci o rochoso Os outros tubos ficaram enterrados at se fazer o enchimento e a veda o do furo 112 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos No pr ximo par grafo enunciar se o os passos dados na injec o do material de enchimento e veda o 5 4 3 INJEC O DO MATERIAL DE ENCHIMENTO E VEDA O Ap s a introdu o total das sondas e feitos os respectivos cortes injecta se o material de enchimento e veda o no furo atrav s de uma m quina e de um tubo de injec o No Cap tulo 4 foi mencionada a import ncia desta tarefa O material de enchimento e veda o usado neste furo composto por cimento e bentonite Fig 5 34 Introdu o do material de enchimento e veda o Esta m quina apresentada aqui na Figura
163. mar se compostos insol veis capazes de obstruir quer os po os quer os permutadores Os compostos de ferro e mangan sio t m tend ncia a aparecer sob a forma de oxig nio na zona onde a gua devolvida ao n vel fre tico por este motivo que aconselh vel que os tubos que conduzem a gua para o len ol fre tico devam ficar submersos pelo menos 50 a 60 cm abaixo do n vel Um outro limite a ter consequ ncias negativas o valor do PH Se o valor for demasiado alto proporciona a agressividade do sulfato e dos compostos de cloros e estes podem corroer as placas dos permutadores da bomba de calor Neste caso importante saber quais os limites de PH a que a bomba de calor est preparada para trabalhar No caso de se ultrapassar os limites aconselh vel colocar a montante da bomba de calor permutadores em a o inox pois ajuda a proteger os permutadores internos simplificando as opera es de limpeza e a poss vel substitui o de placas Sob o ponto de vista da sustentabilidade usar a gua subterr nea para as diversas finalidades j apresentadas n o traz qualquer tipo de problema pois esta quando passa pela bomba de calor n o perde as suas propriedades apenas utilizada a sua energia temperatura A gua quando passa pela bomba de calor filtrada e depois restitu da em diversos locais podendo fazer se o seu aproveitamento para outros fins 36 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o
164. martelos para uma superf cie grande poss vel que seja mais rent vel fazer perfura es No caso de se optar por capta o vertical preciso saber a constitui o do solo se os materiais constituintes s o moles e soltos ou r gidos e est veis 4 6 1 2 Condutibilidade t rmica do terreno E necess rio conhecer a condutibilidade t rmica do terreno em causa para se obter o valor da pot ncia t rmica que poss vel extrair da perfura o Normalmente este estudo muito caro e por isso nos casos mais correntes estimam se alguns valores S em casos espec ficos que se fazem estes estudos 4 6 1 3 Superf cie dispon vel No caso da capta o horizontal analisa se se a rea de superf cie necess ria suficiente para se fazer a capta o energ tica Nesta rea n o conv m serem constru dos elementos que impe am o consumo de energia do sol nem plantada vegeta o que tenha ra zes que possam atingir uma profundidade tal que possa danificar os colectores Ao usar a capta o vertical a rea ocupada consideravelmente menor No entanto se o n mero de furos for grande a rea ser maior Isto acontece porque a dist ncia de separa o entre os furos de aproximadamente 10 metros variando o seu valor com o tipo de solo e as necessidades do edif cio 4 6 2 DIMENSIONAMENTO DOS TIPOS DE CAPTA O Os aproveitamentos geot rmicos analisados nesta disserta o s o considerados superficiais pois v
165. material de enchimento e veda o com a ajuda do tubo de injec o Estando completo quase todo o processo da aplica o da sonda geot rmica s o retiradas as protec es dos tubos da sonda e esta preenchida com gua de modo a ser limpa retirar bolhas de ar e certificar que n o existe nenhuma fuga ou obstru o Ap s esta opera o colocada novamente uma protec o nos tubos Passo de aplica o 4 Estando a sonda geot rmica totalmente colocada no terreno feito o enchimento da sonda com gua glicolada e de seguida um ensaio aplicando uma press o m nima de 6 bar Ap s esta fase s o colocadas as uni es de sondas e estas s o ligadas aos colectores de distribui o que normalmente ficam situados na zona t cnica Figura 4 45 A tubagem que liga as uni es de sonda aos colectores de distribui o deve ser inferior a 15 metros por causa das perdas de carga existentes entre esta liga o 67 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 4 42 Passo de aplica o 4 uni o de sonda SG 46 recomend vel que essa liga o fique no ponto mais alto da instala o relativamente capta o 70 ra UBE WENEREI Fig 4 45 Passo de aplica o 4 colector de distribui o SG 70 N o obrigat ria a utiliza o de colectores de distribui o em todos os aproveitamentos geot rmicos A fun o de um colector de distribui o
166. mento invis vel 4 10 2 VENTILOCONVECTORES Os ventiloconvectores s o equipamentos que pertencem aos sistemas de distribuig o que s o usados em sistemas geot rmicos para fazer a climatizac o de um edif cio Estes equipamentos t m diversas formas consoante as marcas no entanto o seu aspecto regra geral muito semelhante ao que apresentado na Figura 4 58 80 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 4 58 Ventiloconvector Jaga 2011 Estes equipamentos s o instalados no interior dos edif cios nas divis es onde se pretende climatizar podendo ficar suspensos na parede ou junto ao tecto Actualmente j existem ventiloconvectores que podem ficar embutidos no tecto ou na parede podendo ficar apenas mostra uma grelha por onde feita a emiss o de ar Este sistema apresenta custos mais elevados que os exteriores aos elementos pois apresentam algumas implica es construtivas mais exigentes As Figuras 4 59 e 4 60 mostram uma aplica o de ventiloconvectores embutidos nos elementos construtivos Fig 4 59 Ventiloconvector embutido na parede Fig 4 60 Ventiloconvector embutido no tecto 81 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quando de opta por embutir estas m quinas necess rio fazer um refor o de isolamento ac stico pois s o m quinas que fazem algum ru do podendo tornar se inc modo para
167. mero de sondas geot rmicas 1 COP da bomba de calor 4 7 Temperatura interior 20 C Temperatura exterior corrigida 2 Horas de aquecimento 24h Coeficiente de simultaneidade considerado 100 Estac o climatol gica Porto Durac o da estac o de aquecimento 6 7 meses Graus dias W m C 1610 Necessidades de aquecimento anual 15774 kW h Feito o dimensionamento chegou se ao resultado da profundidade dos furos de capta o com 119 metros arredondando se para 120 metros 150 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Neste caso a profundidade do furo est no limite dos 120 metros por causa da perda de carga e da capacidade da bomba circuladora da m quina Pode escolher se um furo de 120 metros ou dois de 60 metros Para esta casa por um motivo de espa o optou se por usar apenas um furo com 120 metros Para este dimensionamento usou se uma pot ncia espec fica de capta o de 60 W m por ser no Porto onde a carta geol gica diz que o solo constitu do por uma mistura de rocha e sedimentos em meio h mido Se por acaso a casa fosse constru da noutro local com outro tipo de solo este valor era diferente e alteraria os resultados obtidos Relativamente sonda geot rmica optou se tamb m pela mesma ou seja uma sonda em PE 100 em U duplo de di metro 32 mm o furo ter 4 tubos Ap s saber se a profundidade do furo de capta o passar se execu o do mesmo 6 4 2 EXECU O
168. mo para International Union for Conservation of Nature refere pela primeira vez Desenvolvimento Sustent vel nos seguintes modos Manuten o dos processos ecol gicos essenciais e sistemas de suporte vida a preserva o da diversidade gen tica e a utiliza o sustent vel de esp cies e ecossistemas 6 Nesse ano a ONU constitui a Comiss o Mundial sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento pela primeira ministra norueguesa Gro Harlem Brundland neste projecto que se viria a resumir o seu trabalho no chamado relat rio de Brundland 7 onde aparece a mais c lebre defini o de Desenvolvimento Sustent vel e que ainda hoje continua a ser utilizado como O Desenvolvimento Sustent vel n o um estado fixo de harmonia mas antes um processo de mudan a no qual a explora o de recursos a direc o dos investimentos a orienta o do desenvolvimento tecnol gico e as mudan as institucionais s o compatibilizadas com as necessidades futuras assim como com as presentes nesta altura que as bases te ricas do Desenvolvimento Sustent vel j se encontravam desenvolvidas A partir desta altura surgiram v rias confer ncias que debatiam este conceito como a Cimeira da Terra em 1992 8 que levou forma o da Agenda 21 onde se come ou a fazer refer ncia Constru o Sustent vel Mas o ano de 1997 que se faz hist ria nesta mat ria em que negociado e ratificado o Protocolo de Quioto 9 que en
169. mplica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos valor dado no dimensionamento aprofundar se ia o furo cerca de 10 metros por uma quest o de margem de seguran a Resumindo esta ac o economicamente v lida quando se tem apenas um ou dois furos o que neste empreendimento em estudo n o acontece Fazer extens es na profundidade de todos os furos do empreendimento relativamente aos valores de dimensionamento implicaria um custo acrescido Portanto no empreendimento compensa fazer o ensaio TRT de modo a obter o valor exacto da condutibilidade do terreno Todo o terreno apresentava a mesma constitui o da o ensaio apenas ter sido feito num dos furos Por vezes ocorre a necessidade de se fazer o ensaio em mais furos pois o solo no local em estudo apresenta variadas constitui es No dimensionamento do tipo de capta o foi usado um valor de 60 W m para a pot ncia espec fica de capta o Quadro 5 13 Este valor utilizado quando a condutibilidade t rmica do terreno tem valores entre os 1 5 e 3 W m K Como j foi referido no dimensionamento na regi o do Porto usam se estes valores pois a constituig o do solo base da mistura de rocha e sedimentos meio h mido No entanto estes valores s o te ricos e tabelados ou seja podem n o representar totalmente a realidade da constitui o do solo Ap s a explica o dos motivos que levaram a fazer o ensaio apresentar se o todos os passos
170. muito aqu m dos altos valores do g s natural gas leo ou g s propano que t m tend ncia a subir de pre o De referir tamb m a import ncia da informa o dever ser transmitida com mais convic o de modo a retirar o protagonismo dos pain is solares dando assim um lugar geotermia na constru o Seria tamb m interessante fazer se um estudo comparativo entre os pain is solares e os v rios tipos de geotermia aplicados aos edif cios analisando consumos e custos De acordo com o regulamento RCCTE obrigat ria a instala o de pain is solares energia solar t rmicos para o aquecimento das guas sanit rias No entanto para o caso de outras fontes de energias renov veis a sua utiliza o apenas valorizada Pode dizer se que n o faz sentido existir a obrigatoriedade da instala o de pain is solares mesmo quando h priori a op o de investimento noutras tecnologias 168 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Torna se tamb m pertinente a esta altura lembrar que existem alternativas tecnol gicas para a casa S E R que usam outras fontes de energia renov vel Isto importa salientar que a proposta de implementa o da tecnologia geotermia nos edif cios n o a nica vi vel para a casa S E R e possivelmente para outras habita es A aerotermia usa o calor do ar e n o do solo como a geotermia surge tamb m como uma alternativa com o mesmo fim a c
171. n lise do gr fico pode concluir se mais uma vez que o uso da geotermia para a climatiza o ambiente e produ o de AQS a alternativa mais econ mica relativamente ao uso das outras energias f sseis comuns assim como a melhor a n vel ambiental Esta an lise feita relativamente ao consumo energ tico no entanto o uso desta fonte de energia renov vel implica um investimento inicial elevado Para se averiguar o impacto do investimento inicial feita uma an lise relativamente amortiza o do investimento inicial 6 7 2 AMORTIZA O DO INVESTIMENTO Neste par grafo apresenta se primeiramente o gr fico Figura 6 13 que traduz o investimento inicial dos equipamentos bomba de calor geot rmica e furo em v rios sistemas de energia e o desenvolvimento do consumo ao longo dos anos No final tiram se as respectivas conclus es 158 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Anos Pre os em Amortiza o do Equipamento Fig 6 13 Amortiza o do equipamento Pela an lise da Figura 6 13 podem ser feitas as seguintes observa es f 2 h J k D O pre o em 2011 unicamente relativo aos equipamentos espec ficos para cada um dos tipos de energia e ap s esta data os valores s o acrescidos atrav s dos consumos calculados em 6 7 1 E importante salientar que o pre o inicial s dos equipamentos sem a montagem O pre o inicial relat
172. n o renov veis 21 nr rnrn rana 11 Fig 2 6 Energias renov veis nn 12 Fig 2 7 Recursos Renov veis na gera o de electricidade renov vel Europa 2005 16 Fig 3 1 Utiliza o de fluidos geot rmicos adaptado de Lindal 1973 20 Fig 3 2 Central Geot rmica Piloto do Pico Vermelho 3 MW in cio da utiliza o da central 35 22 Fig 3 3 Central Geot rmica Piloto do Pico Vermelho 10 MW depois da remodela o 35 22 Fig 3 4 Central Geot rmica da Ribeira Grande 35 arraia 23 Fig 3 5 Evolu o da produ o geot rmica em S Miguel A ores 34 23 Fig 3 6 Evolu o da contribui o das fontes de energia em S Miguel A ores 34 24 Fig 3 7 Emerg ncias termais temperatura m xima e caracter sticas da gua 40 26 Fig 3 8 Ocorr ncias termais em Portugal Continental 41 arranco 27 Fig 4 1 Base de instala o de um Sistema Geot rmico num Edif cio 30 Fig 4 2 Base de instala o de um Sistema Geot rmico num Edif cio 32 Fig 4 3 Esquema de capta o de energia no solo e a sua emiss o para o interior do edif cio Geotermia de Portugal 2008 aerea aaeeaaaaa renan anne ana aa aaa ra nana canas 35 Fig 4 4 Sistema aberto 53 srta re dai a ea aa aa da ia a 35 Fig 4 5 Sistema de Capta o com
173. nascentes encontram se distribu das pelo territ rio nacional figura 3 8 Contudo a norte verifica se uma predomin ncia justificada pelo facto de Portugal Continental se encontrar dividido em grandes zonas cujas caracter sticas geol gicas e estruturais diferem significativamente Em Portugal as capta es termais devem se essencilamente a acidentes tect nicos ou falhas activas que favorecem a r pida circula o ascendente dos fluidos constituindo anomalias geot rmicas locais que sobressaem dos valores regionais de gradiente geot rmico Este modelo de circula o ascendente complementado com a natureza das forma es geol gicas atravessadas constituem os factores fundamentais para a caracteriza o do fluido geot rmico 41 As guas termais ocorrem nas mais diversas composi es qu micas Bicarbonatadas 21 Cloretadas 21 Sulf reas 50 Gasocarb nicas 2 No Maci o Hesp rico ocorrem as guas bicarbonatadas cloretadas mas na maior parte constitu da por guas sulf reas que apresenta elevadores valores de pH gt 8 Na Orla Meso Cenoz ica Ocidental das guas emergentes predominam as cloretadas bicarbonatadas s dicas mas encontram se alguns casos de guas sulfatadas c lcicas com pH 7 Na Figura 3 8 s o apresentadas as ocorr ncias termais temperatura em Portugal Continental 26 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos GRANDES UNIDADES
174. ncia Com estes valores calcula se a pot ncia do evaporador Esta pode tamb m ser designada de pot ncia das sondas e que pode ser quantificada pela diferen a entre a pot ncia da bomba de calor e a pot ncia consumida pelo compressor da mesma bomba Pot ncia de aquecimento kW COP 1 COP 4 1 Pot ncia do evaporador Aplicando um exemplo para uma pot ncia de aquecimento de 12 kW e respectivo COP de 4 obtemos o valor de 9KW para a pot ncia do evaporador 12 4 1 9kW 4 2 7 4 2 Pot ncia do evaporador Para o dimensionamento das sondas geot rmicas com a bomba de calor geot rmica necess rio saber a pot ncia espec fica de capta o dos diferentes tipos de solo A pot ncia espec fica de capta o de uma sonda geot rmica depende das caracter sticas das forma es rochosas e dos len is fre ticos No Quadro 4 2 s o apresentados os valores respectivos das pot ncias espec ficas de capta o para v rios tipos de solos 52 51 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quadro 4 2 Valores de pot ncia de captac o VDI 4640 Pot ncia espec fica de Tipo de Solo Captac o W m Valores Gerais Sedimentos fragmentados e secos A lt 1 5 W m K Mistura de rocha e sedimentos meio h mido A lt 1 5 3 W m K j Rocha consolidada com elevada condutibilidade A gt 3 W m K j Tipos de Roch
175. ncia t rmica necess ria O di metro das sondas utilizadas neste tipo de capta o s o normalmente de 32 ou 40 mil metros 41 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Para a extrac o da energia da terra usada uma sonda geot rmica vertical constitu da por tubos sob press o nos quais circula gua glicolada a uma temperatura mais baixa que a do solo As sondas devem ser aplicadas a uma dist ncia m nima de 5 metros dos edif cios para n o causar danos nas funda es No caso de haver mais do que uma sonda necess rio prever uma dist ncia m nima de 8 metros entre as mesmas para evitar interfer ncias t rmicas isto para evitar que as sondas retirem calor umas das outras isto levaria diminui o do rendimento t rmico global O uso deste tipo de capta o permite explorar ao m nimo a superf cie do espa o existente volta do edif cio e tem a vantagem de obter uma gama de temperaturas mais estabilizadas Um sistema de climatiza o com este tipo de capta o o mais caro os furos existentes normalmente representam um ter o do custo total da aplica o Apesar de ser o mais caro o que d mais garantias e o que tem melhores comportamentos econ mico conforto t rmico Quando se pretende grande capacidade para arrefecimento e aquecimento prefer vel usar este tipo de capta o devido grande in rcia do terreno O rendimento do sistema n o in
176. ncontram se v rios componentes pertencentes ao sistema geot rmico nomeadamente a bomba de calor o dep sito de AQS e de in rcia tubos colectores de distribui o e outros componentes particulares de cada instala o 11 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Por este motivo a zona t cnica tem que satisfazer alguns requisitos de constru o E importante que este local t cnico n o fique encostado a divis es delicadas quartos e sala por causa dos ru dos que tenha acessos para qualquer tipo de manuten o e que seja minimamente ventilado O equipamento mais delicado existente na zona t cnica e que caracteriza um sistema geot rmico a bomba de calor Sem este equipamento seria imposs vel usar a geotermia para as finalidades pretendidas 4 9 1 BOMBA DE CALOR A bomba de calor pode ser definida como um equipamento que recupera e transfere o calor existente no solo a pequenas ou grandes profundidades e permite de uma forma eficiente a sua reutiliza o para fazer a climatiza o aquecimento ou arrefecimento e a produ o de AQS Existem v rios tipos de bombas de calor geot rmicas sendo cada uma caracterizada pela sua fonte de calor utiliz vel Bomba de calor gua gua Bomba de calor terra gua Z A bomba de calor gua gua usada no tipo de capta o de n vel fre tico ou seja em sistemas abertos Ao contr rio desta a bomba de calor terra gua usada
177. nnononononoconnnnnnnonnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnannnos 31 4 3 ENQUADRAMENTO DE UM SISTEMA GEOT RMICO NA EFICI NCIA ENERG TICA 31 4 4 IMPLICA ES CONSTRUTIVAS 45 2225 023505544555000 4055405 000855005 405 000 a aa Aa aaa aaa da adaa das as diaaa Raa 32 4 41 SISTEMA GONSTRUTIVO tooodo aae aan SEATa aaa aaa ENa 33 44 141 Implanta o e a e A a TA 33 4 442 Solu o Constr tiva S erursan AAA ntrama kiar 33 4 42 T a E OERE A E A E EE E os E EE AE 33 4 4 3 ZONA TECNICA s miesenie aaa aa aaa aa aa r etaa aaa a ra cid 34 444 SISTEMAS DE DISTRIBUI O tarini t a e a a i a aiaa aad a A Se 34 4 5 Loa o A CAPTA O A Ai 34 45 11 SISTEMAABERTO ontana a raa Nara AAAA A ada 35 4 5 1 1 Sistema de Capta o com dois po os retrata cera nn naar near naaaananaa 37 4 5 1 2 Sistema de Capta o com UM S po o cnn nn naar cnn n cra nn naar aaa nanaananaa 37 4 5 2 SISTEMA FECHADO 0 a CRE NE ti tia A 38 4 5 2 1 Captacao Horizontal dd 39 viii Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 4 2 2 Capta o Veni l umi tii 41 4 5 2 2 1 Capta o Vertical por Sondas Geot rmicas rear ease 41 4 5 2 2 2 Capta o Vertical por Pilares Geot rmicos is cn nan ca rara 43 A e o OA 44 4 6 DIMENSIONAMENTO DOS TIPOS DE CAPTA O ccccccccccccncnnnononononononononononnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnna 46 4 6 1 OBSERV
178. nsiste na possibilidade de poder ficar ligada internet permitindo que esta seja sempre controlada por parte do fabricante A fun o da bomba de calor geot rmica neste caso de estudo foi a de produzir energia para permitir fazer a climatiza o ambiente e AQS Neste caso dada prioridade produ o de AQS em detrimento da climatiza o Isto ocorre pela exist ncia de uma v lvula de tr s vias monitorizada que permite inverter o circuito de climatiza o quando existe uma necessidade para guas quentes sanit rias Quando acontece esta situa o a climatiza o assegurada pelo dep sito de in rcia 5 5 2 DEP SITO DE AQS O dep sito de AQS para a moradia em an lise foi dimensionado tamb m atrav s do mesmo software usado para o dimensionamento dos furos geot rmicos Neste caso foi calculado o valor das necessidades de AOS anual atrav s da f rmula 5 3 Base de consumo Taq Taf 365 dias k N idad A la ecessidades de AQS anula 1000 kW h 5 3 A letra k da f rmula corresponde a um factor de convers o de Kcal para kW e tem o valor de 1 163 No Quadro 5 17 referem se as vari veis que estiveram no dimensionamento indicando novamente a vermelho as vari veis fornecidas e a azul as calculadas 123 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quadro 5 17 Dados t rmicos para a gua sanit ria Dados t rmicos para a gua sanit ria
179. nsome a el ctrica 159 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 6 8 ALTERNATIVAS AO SISTEMA USADO A alternativa apresentada para a casa S E R n o a nica que faz o aproveitamento das energias renov veis Relativamente ao tipo de capta o que se utilizou podia ter se optado por outro nomeadamente a capta o horizontal No entanto ao usar a capta o horizontal ter se ia que analisar a superf cie de terreno existente volta da casa e n o se poderia ter uma bomba de calor geot rmica com arrefecimento passivo integrado os sistemas construtivos e a arquitectura da casa S E R fazem com que n o seja necess rio o arrefecimento activo Um aspecto interessante de abordar para a casa S E R o uso de outra tecnologia para as finalidades j enunciadas que faz tamb m o aproveitamento de energias renov veis a Aerotermia A Aerotermia consiste em retirar o calor do ar atrav s de uma bomba de calor e utiliz lo na climatiza o ambiente aquecimento e arrefecimento e nas AQS Figura 6 15 Ventiloconvector Bomba de calor Pavimento radiante Fig 6 15 Aerotermia Esta tecnologia tem a vantagem de n o usar os furos mais econ mico e necessita de pouca superf cie de terreno volta da casa Os princ pios de funcionamento s o id nticos aos da geotermia apenas difere na fonte calor que em vez de ser o solo o ar e necessita de uma rede de tubagem
180. nte a sua aplica o Esses componentes s o uma bomba de calor geot rmica o pavimento radiante e os ventiloconvectores 29 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 2 INSTALA O DE UM SISTEMA GEOT RMICO A base da instala o de um sistema geot rmico num edif cio para a climatiza o ambiente e AQS passa principalmente por quatro campos apresentados na Figura 4 1 a an lise t rmica do edif cio o tipo de capta o a escolha da bomba de calor geot rmica e dos sistemas de distribui o T rmica do Edif cio Sistema Tipo de Geot rmico Bombe cie Calor capta o de um Ko Edif cio Geot rmica Sistema de Distribui o pavimento radiante etc Fig 4 1 Base de instala o de um Sistema Geot rmico num Edif cio O processo de instala o de um sistema geot rmico come a por ter que saber o motivo pelo qual se escolhe este sistema para fazer a climatiza o do edif cio e ou AQS quais os componentes existentes e qual o funcionamento do sistema Os grandes motivos para a escolha de um sistema geot rmico s o os econ micos e os ambientais x Z tamb m de suma import ncia proceder se an lise do edif cio tendo em conta os seguintes aspectos 47 Localiza o do edif cio Superf cie do edif cio a climatizar Pot ncia necess ria Necessidades de AQS Temperatura de conforto Sistemas de distribui o 4 2 1 LOCALI
181. nto de cerca de 8 e n o se justificando o investimento As sondas de di metro com 40 mil metros s o normalmente usadas em furos com mais de 160 metros devido maior espessura da parede do tubo e portanto maior resist ncia press o hidrost tica Chegando ao valor da profundidade de perfura o optou se por fazer dois furos de 80 metros para a moradia No pr ximo par grafo ser o apresentados todos os passos que permitiram executar o furo 5 4 2 EXECU O DO FURO Antes de come ar a fazer se os furos necess rio saber o local no terreno onde ser o executados Neste caso optou se por se fazer os furos perto da moradia por uma quest o de organiza o espacial e pelas perdas de carga existentes em colocar os furos longe do edif cio ou zona t cnica que podem tirar rendimento ao sistema Neste caso optou se por colocar os furos a uma dist ncia da moradia de 1 30 metros e uma dist ncia de 8 metros entre furos A dist ncia m nima aconselhada entre o furo e o edif cio de 5 m o que n o aconteceu neste caso em particular pois trata se de uma moradia em que as funda es n o t m um tamanho que suscite a sua danifica o com a execu o do furo Figura 5 23 4 00 4 00 Fig 5 23 Localiza o dos furos em planta Na
182. ntral 35 Esta central tinha inicialmente um sistema convencional de produ o O grupo de geradores era inicialmente constitu do por uma turbina de vapor de contrapress o desprovida de sistema de condensa o acoplada a um gerador s ncrono Apesar de a turbina ter uma pot ncia nominal de 3 MW nunca ultrapassou os 900 KW Esta central foi desactivada em 2005 em consequ ncia de estudos desenvolvidos que consideraram o grupo gerador obsoleto e aconselharam a sua substitui o Foi ent o elaborado um projecto de remodela o da CGPV que conduziu constru o e montagem de um grupo gerador com uma pot ncia de 10 MW Esta central come ou a ser abastecida por mais po os Figura 3 3 Fig 3 3 Central Geot rmica Piloto do Pico Vermelho 10 MW depois da remodela o 35 A produ o atingida em 2007 foi de 98 5 GWh o que combinada com a produ o da Central Geot rmica da Ribeira Grande correspondeu nesse ano a uma contribui o na estrutura de produ o da ilha de S Miguel de 41 3 2 2 CENTRAL GEOT RMICA DA RIBEIRA GRANDE A Central Geot rmica da Ribeira Grande CGRG Figura 3 4 possui uma capacidade de gera o de 13 MW instalada em duas fases 36 Fase A Em 1994 foram constru dos dois grupos geradores duplos 2 x 2 5 MW Fase B Em 1998 foi instalada uma pot ncia adicional com mais dois grupos turbo geradores 2x 4 MW 22 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru
183. ntro do pr prio edif cio Neste caso a melhor solu o e muitas vezes utilizada fazer uma zona t cnica subterr nea Quando se opta por uma solu o destas necess rio ter alguns cuidados com o espa o contabilizar uma rea desej vel e acessos seguros para qualquer tipo de manuten o necess ria 4 4 4 SISTEMAS DE DISTRIBUI O Os sistemas de distribui o mais usuais s o o pavimento radiante e os ventiloconvectores O uso destes sistemas de distribui o tem v rias implica es construtivas num edif cio A aplica o do pavimento radiante e o pavimento posterior t m m todos construtivos pr prios que diferem de um edif cio corrente No caso de se usarem ventiloconvectores preciso notar das necessidades caracter sticas pr prias de coloca o O uso destes sistemas de distribui o necessita de uma rede de tubos pr pria e de acess rios auxiliares que fazem o edif cio ter alguns pormenores espec ficos Estas implica es construtivas apresentadas est o inteiramente interligadas no sistema geot rmico para a climatiza o ambiente e AQS de um edif cio Cada uma delas tem pormenores espec ficos de an lise e que ser o abordados nesta disserta o Ser feita uma an lise dos tipos de capta o existentes dando enf se aos dois casos mais usados em Portugal Abordar se o os equipamentos existentes na zona t cnica e os sistemas de distribui o mais usados fazendo uma an lise total de um sist
184. nvector embutido no tecto erre narran rar rana 81 Fig 5 1 Localiza o geogr fica da moradia rear rn 83 Fig 0 2 D limita o dO Terreno eiii ee 84 Fig 5 3 Fachada de uma das casas existentes terre nn narran aereas 84 Fig 5 4 Paredes em pedra iiei eenaa iE iN EAEE EE aaa na S EEEE aaa nan nana 85 Fig 5 5 Grf taaftificial ii A Va E Va ga is 85 Fig 5 6 Jardim e rvores centen rias nn 86 Fig 5 7 Implanta o do projecto de arquitectura rear eaarearaaareaaaa 87 Fig 5 8 Vista a rea das moradias H1 H2 A H3 H4 H2 B e HD seara 88 Fig 5 9 Planta da moradia H2 A piso O nano nn nn nano nn nn A narran SERENE 88 Fig 5 10 Planta da moradia H2 A piso 1 cooonoocccccnnoccconanoncncnanoncnnnnnononnnnnonnnr iieiea 89 Fig 5 11 Planta da moradia H2 A CObDertUrA ococonoccccnnnoccccnononcncnnnoncnnnnnonnnnnnnoncnn nano nn nr rnnn rra r narran 91 Fig 5 12 Clarab ias existentes na cobertura err rn crac 91 Fig 5 13 Painel solar colocado na cobertura cnn n nano nn nn cnn aerea aaarenr aereas 91 Fig 5 14 Al ado nascente moradia H2 A Piso 0 e 1 rear 93 Fig 5 15 Al ado moradia H2 A Piso O rusenie rare AE 93 Fig 5 16 Garagem colectiva e respectiva entrada na garagem individual 93 Fig 5 17 Vistas a reas e da cobertura sobre o jardim interior crac 94 Fig 5 18
185. o ambiente e a produg o das AQS na casa S E R Sus j CH O RADIANTE e AGUA FRIA Fig 6 10 Esquema hidr ulico da casa S E R 153 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quadro 6 4 Legenda do esquema hidr ulico da casa S E R Legenda 1 Profundidade de 120 metros para o furo Sondas geot rmicas Bomba de calor geot rmica 9 kW Dep sito de AQS 300 litros Dep sito de in rcia 200 litros S A A j N Grupo de impuls o A zona t cnica constitu da por quase todos os equipamentos e circuitos representados na Figura 6 10 excep o da capta o vertical furo sonda e dos pain is fotovoltaicos que ficam no exterior No pr ximo par grafo ser o apresentadas as caracter sticas de alguns dos equipamentos usados na zona t cnica da casa S E R nomeadamente a bomba de calor o dep sito de AQS e de in rcia O grupo de impuls o exactamente o mesmo que se usou na moradia E importante salientar que a localiza o da zona t cnica n o a nica poss vel para a casa S E R isto um arranjo mais profundo na arquitectura da casa permitiria coloc la no interior 6 5 1 BOMBA DE CALOR A bomba de calor geot rmica utilizada neste sistema geot rmico do tipo terra gua sendo de 9 kW e tendo arrefecimento passivo integrado No Quadro 6 5 s o apresentadas as caracter sticas da bomba
186. o de Casos Quadro 4 7 Raio de curvatura em fun o do di metro do tubo e da temperatura PEX 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm 20 C 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm 10 C 30 cm 40 cm 50 cm 65 cm 0 C 40 cm 50 cm 65 cm 80 cm Livre de propaga o de fissuras Resistente abras o Flex vel sendo f cil de colocar a baixas temperaturas Pode ser aplicado em temperaturas negativas sem adoptar medidas especiais Como um tubo extremamente robusto n o h propaga o de rachaduras ou cortes durante o transporte ou a coloca o Grande durabilidade mesmo no caso de cargas pesadas Ap s a apresenta o das caracter sticas do colector geot rmico PEX passar se apresenta o do colector em PE 100 Figura 4 32 Os colectores geot rmicos em PE 100 tal como as sondas geot rmicas em PE 100 s o os mais utilizados em Portugal Fig 4 32 Colector geot rmico PE 100 Rehau 2008 O colector geot rmico PE 100 um tubo fabricado em polietileno de cor preta protegido dos raios ultravioleta e o seu fabrico dever ser feito de acordo com a norma DIN 8074 Fig 4 33 Implanta o do colector geot rmico PE 100 Rehau 2008 61 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Este tipo de colector geot rmico tem as seguintes caracter sticas S o colocados sobre um leito de areia para estarem protegidos das cargas pontuais Figura 4 33 Apr
187. o de aquecimento 6 7 meses Graus dias W m C 1610 Necessidades de aquecimento anual 24450 kW h Este dimensionamento feito em particular para se obter a profundidade dos furos de capta o e o n mero de furos obtendo se o valor de 156 metros de profundidade arredonda se para 160 metros Comparando os valores do comprimento da sonda pelo software e pelo pr dimensionamento observa se que n o h grande discrep ncia de valores havendo apenas um erro de 5 A diferen a entre o valor da necessidade de aquecimento que se obteve no c lculo t rmico 12 5 kW e o valor das perdas t rmicas 11 5 kW n o tem quase nenhuma influ ncia no comprimento do furo Os 160 metros de profundidade s o distribu dos por dois furos de 80 metros Esta divis o em dois furos devido elevada perda de carga de uma s sonda m ximo de 120 metros de profundidade em cada sonda e capacidade da bomba circuladora da m quina 104 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Em cada furo optou se por colocar sondas geot rmicas em PE 100 em U duplo de di metro 32 mm ou seja cada furo ter 4 tubos Foram usadas sondas duplas porque t m cerca de 40 mais rendimento que uma sonda simples testes realizados pela Haka Gerodur O di metro das sondas adoptado foi de 32 mil metros porque para sondas de 40 mil metros o di metro do furo teria que ser maior sendo menor o rendimento a diferen a de rendime
188. o de energias Europa 2006 Consumo interno bruto de energias Portugal 2006 m G s m Nuclear m Renov veis m Combust veis S lidos Petr leo Fig 2 4 Balan o de energias Portugal 2006 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Como poss vel analisar pela Figura 2 3 e 2 4 o petr leo continua a ser o produto mais usado das energias existentes Actualmente as necessidades energ ticas do mundo assentam essencialmente em explora es de combust veis f sseis As reservas destes combust veis t m a tend ncia a escassear e a aumentar os seus pre os Al m disso a sua utiliza o altamente poluente Devido instabilidade dos pre os existentes do petr leo e do g s alguns pa ses come aram a usar mais o carv o sendo este o mais poluente das tecnologias de aproveitamento energ tico De modo a atenuar os gases libertados devido ao uso de energias f sseis e aos pre os que hoje s o aplicados h uma grande tend ncia para o uso de energias renov veis Para perceber a aplica o da fonte energ tica em particular na constru o importante fazer a sua divis o quanto forma e fonte aspecto referido nos par grafos seguintes 2 6 1 FORMAS DE ENERGIA S o apresentadas algumas formas de energia assim como a sua defini o 23 Energia Solar a energia associada radia o emitida pelo sol Energia Luminosa a energia associada lu
189. o facto dos furos serem feitos ap s a moradia estar executada estruturalmente Este tipo de situa o ocorre muitas vezes pelo motivo de se optar pelo tipo de capta o num tempo tardio O ideal seria fazer os furos antes ou pelo menos aquando da constru o da estrutura da moradia No entanto o facto de esta tecnologia ainda ser praticamente virgem em Portugal provoca alguns atrasos nas decis es o que leva por vezes a algumas situa es id nticas a esta Ao longo da execu o do furo foram dadas as devidas aten es ao tipo de solo que se a furando assim como a sua identifica o Uma t cnica usada na perfura o para a identifica o do solo a percep o do ru do produzido pelo batimento do martelo de fundo de furo no solo produzindo sons diferentes em solo mole ou duro Foi feita uma an lise do tipo de solo existente quer pela an lise dos sons quer pela identifica o dos detritos de solo que eram expelidos pela perfura o Na pr xima figura apresentado o resultado dessa an lise mais conhecido por coluna estratigr fica 109 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos COLUNA ESTRATIGR FICA 26 Areias e Argilas 26 o E Fig 5 29 Coluna estratigr fica Feito o furo no pr ximo par grafo far se a an lise dos passos relativamente aplicac o da sonda geot rmica 5 4 3 APLICA O DA SONDA GEOT RMICA Antes da aplica o da sonda geot
190. o j foi dito no Cap tulo 4 existem v rios sistemas de distribui o a utilizar num sistema geot rmico aplicado a um edif cio nomeadamente o pavimento radiante e os ventiloconvectores No entanto uns s o mais aconselh veis por quest es de rendimento de utiliza o Na moradia em an lise foi utilizado o pavimento radiante e foi feita a pr instala o dos ventiloconvectores com o objectivo de os utilizadores poderem vir a instal los se o pretenderem O cuidado em fazer a pr instala o dos ventiloconvectores passa pelo seu m todo construtivo que tem algumas exig ncias Em fase de constru o foi poss vel fazer as diversas liga es necess rias pois ap s a constru o da moradia seria mais dif cil Optou se tamb m pelos ventiloconvectores porque s o um dos sistemas de distribui o mais aconselh veis para o uso da geotermia nos edif cios e seria um erro n o fazer pelo menos a sua pr instala o Nos pr ximos par grafos ser o analisados todos os passos que estiveram envolvidos na aplica o destes dois sistemas de distribui o 5 6 1 PAVIMENTO RADIANTE Actualmente no mercado existem v rios tipos de pavimentos radiantes diferenciando se cada um deles pelas suas finalidades e pelos seus rendimentos Existem pavimentos radiantes destinados unicamente para fazer o aquecimento e outros destinados para aquecimento e arrefecimento Variam uns dos outros pelos sistemas construtivos utilizados assim como pel
191. o permutadores de calores que retiram o calor do espa o ambiente e transferem no para o solo A grande vantagem de se poder fazer a climatiza o do edif cio com arrefecimento passivo econ mica Utilizam se as baixas temperaturas do solo para se arrefecer os edif cios com um n vel de temperatura agrad vel e sem correntes de ar Neste caso a bomba de calor n o funciona durante o arrefecimento somente funcionam os electrocirculadores do arrefecimento e o da gua glicolada Devido a este tipo de funcionamento os custos de explora o tornam se bastante reduzidos O arrefecimento passivo tem a particularidade de n o ter qualquer implica o construtiva no sistema geot rmico utilizado A bomba de calor geot rmica tem que ter no entanto as caracter sticas para este tipo de utiliza o o que proporciona reduzidos custos de investimento tipo de bomba geot rmica 4 5 2 2 2 Capta o Vertical por Pilares Geot rmicos A capta o vertical por pilares geot rmicos um caso particular da capta o vertical e usado quando as funda es do edif cio s o feitas sobre estacas S o aproveitados os furos das estacas para se fazer um aproveitamento geot rmico Figura 4 13 59 10010 Fig 4 13 Pilares energ ticos 59 Para este tipo de captac o s o usados os colectores geot rmicos PEX e PE 100 sendo o PEX o mais recomendado para este tipo de situa es visto ter melhores caracter sticas 43 Geotermia e
192. o seu dimensionamento Na moradia em estudo foi utilizado um pavimento radiante com fun es de aquecimento e arrefecimento 5 6 1 1 Esquema e princ pio de funcionamento O sistema de distribui o pavimento radiante usado na moradia definido como um sistema de climatiza o invis vel em que usada uma rede de tubagens pelas quais circula um fluido gua desencrustante para evitar o calc rio e que passa por debaixo do ch o das divis es Os circuitos de tubagens ficam dispostos sobre um painel isolante para evitar perdas de temperatura para divis es inferiores O sistema de aquecimento e arrefecimento funciona segundo os respectivos princ pios Modo de aquecimento a argamassa que cobre os circuitos armazena a energia calor fica transportada pelo fluido quente que circula atrav s dos tubos Uma vez que a argamassa fica saturada a energia transmitida por radia o para o ambiente Modo de arrefecimento o fluido frio que passa pelos circuitos dos tubos absorve o calor do ambiente e envia para o solo A temperatura de impuls o no pavimento radiante varia de acordo com a temperatura exterior ao contr rio da temperatura interior ambiente que varia de acordo com as necessidades do utilizador Isto quer dizer que a temperatura da gua que circula dentro dos tubos do pavimento regulada pelo grupo 127 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Z de impuls o e fe
193. o tubo em fun o do tipo de solo VDI 4640 Tipo de Solo Dimens o do tubo mm Solo n o coesivo 20 Solo coesivo h mido 25 Solo saturado 32 Para calcular a quantidade de tubo necess ria preciso saber qual a dist ncia regulamentar entre os tubos e na directriz l se que recomendado entre os 0 5 e 0 8 metros A f rmula de c lculo para a quantidade de tubo f Superf cie de colector geot rmico m Quantidade de tubo gt gt gt gt gt gt gt 3 49 Dist ncia entre tubos m 54 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Aplicando o referido exemplo e admitindo uma dist ncia entre tubos de 0 75 metros obter se a uma quantidade de tubo de 480 metros 360 Quantidade de tubo 0757 480m 4 10 Esta apresenta o pode ser considerada como um pr dimensionamento pois tamb m existem programas inform ticos que detalham o c lculo com in meras var veis existentes 4 7 MATERIAIS E ACESS RIOS DOS TIPOS DE CAPTAC O S o v rios os acess rios existentes em cada tipo de sistema geot rmico no entanto s ser o apresentados os acess rios e materiais principais dos colectores e das sondas geot rmicas Independentemente do tipo de capta o usando sondas ou colectores a jusante existe sempre a bomba de calor geot rmica e os sistemas de distribuig o pavimento radiante ou ventiloconvectores No par grafo 4 9 e 4 10 ser fe
194. o valor m dio Alta e baixas entalpias s o geralmente utilizadas para identificar as caracter sticas t rmicas do fluido gua consoante a sua temperatura seja superior ou inferior a 150 C Existem tr s formas de utilizar a energia geot rmica 32 Utiliza o directa reservat rios geot rmicos de temperaturas baixas e moderadas 20 C a 150 C podem ser aproveitadas directamente para fornecer calor para a ind stria aquecimento ambiente termas e outros aproveitamentos comerciais Bombas de calor geot rmicas aproveitam as diferen as de temperatura entre o solo e o ambiente fornecendo calor e frio Centrais geot rmicas aproveitamento directo de fluidos geot rmicos em centrais a altas temperaturas gt 150 C para movimentar uma turbina e produzir energia el ctrica A explora o da energia geot rmica deve ser idealizada em cascata com utiliza o progressiva de temperaturas Segundo Lindal 1973 s o indicadas na Figura 3 1 as utiliza es de acordo com as temperaturas do fluido geot rmico 33 19 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Diagrama de Lindal S 200 5 E 180 Refrigera o por ciclo de absor ioea Digest o de polpa de papel secagem de terras Ss r n 7 160 diatom ceas Produ o El ctrica E Secagem de farinhasde peixe at Convencional o 140 Processamento de enlatados de alimentos A i y i S
195. oi necess rio colocar uns acess rios nas pontas da sonda Figura 5 39 Fig 5 39 Enchimento da sonda com gua Ap s ter sido feito o enchimento da sonda geot rmica com gua fizeram se as liga es entre a sonda e a caixa branca Os passos relativamente a esta tarefa est o representados na figura seguinte Fig 5 40 Liga o entre a sonda e caixa branca 117 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Ap s serem feitas todas as liga es foram aplicadas umas mangas de protec o t rmica de modo a n o permitir perdas de calor pelas liga es Estes passos aqui apresentados foram os necess rios para se poder dar in cio ao teste Verificou se se estava tudo correcto e deu se in cio ao TRT fechando se a caixa branca Um aspecto importante e que tamb m foi mencionado no Cap tulo 4 a necessidade de n o haver cortes de electricidade na execu o do ensaio Por este motivo p s se uma nota de aviso junto da tomada em que estava ligada a m quina para que n o acontecesse nada que pudesse por em perigo o desenvolvimento do ensaio A m quina ficou a trabalhar durante o tempo necess rio ou seja at haver um equil brio t rmico entre a sonda e o terreno Quando se chega a esse ponto a m quina p ra de fazer o teste Foram precisas 140 horas e 10 minutos para a realiza o do ensaio ou seja quase 6 dias Ap s a finaliza o do ensaio os t cnicos respons veis v
196. olar e geot rmica contudo objectivo desta disserta o fazer apenas uma an lise econ mica para o caso de a moradia usar unicamente a energia geot rmica 5 7 1 COMPARA O DE CUSTOS ANUAIS ENTRE V RIOS TIPOS DE ENERGIA Na climatiza o ambiente e na produ o de guas quentes sanit rias as energias mais usadas para se obter as situa es de conforto e a produ o das AQS s o o g s propano o g s natural e o gas leo A compara o de consumos feita para estes tipos de energias f sseis e a geotermia Os consumos que a seguir se referir o s o relativos moradia e correspondem apenas aos consumos de aquecimento e de AQS Neste caso como temos o arrefecimento passivo n o se contabiliza esta parcela nos consumos Pela an lise do dimensionamento nos Quadros 5 13 e 5 17 poss vel analisar os valores correspondentes aos consumos atrav s das necessidades de aquecimento anual e necessidades de AQS anual Somando estas necessidades energ ticas tem se um valor de 28653 kW h Este valor corresponde ao consumo anual de aquecimento para uma temperatura interior ambiente de aquecimento de 20 C na esta o de aquecimento 6 7 meses e para um dep sito de gua quente sanit ria de 300 litros gastos por dia a 45 C independentemente da fonte de energia utilizada Para se fazer uma an lise dos consumos necess rio saber os pre os unit rios de cada tipo de energia Na Figura 5 69 est o apresentados os pre os cor
197. om necessidades energ ticas com valores muito diferentes Por uma quest o de escolha das propostas foi feito o estudo t rmico para seleccionar as empresas que apresentavam valores dentro dos limites pretendidos 5 4 TIPO DE CAPTA O A escolha do tipo de capta o geot rmica para todo o empreendimento foi feita segundo alguns aspectos determinantes Foi particularmente na altura da execu o do projecto de arquitectura que se tomou a op o de usar a geotermia no empreendimento Nessa altura abriu se um concurso para receber v rias empresas da rea no sentido de avaliar v rias propostas Esta tecnologia em Portugal ainda tem uma dimens o muito pequena relativamente a outros pa ses europeus que j usam esta t cnica h muitos anos cerca de 30 anos Devido a estes factores apresentados ainda pela novidade da tecnologia a escolha do tipo de capta o foi se prolongando No entanto como a demora da escolha do tipo de capta o n o poderia atrasar mais a finaliza o do projecto de arquitectura levando a que este fosse finalizado e iniciada a sua execu o Este um dos problemas que se tem passado em Portugal em que a escolha do tipo de capta o faz se numa altura em que a constru o j come ou V rias empresas do ramo deram essa indica o e este facto deve ser motivado pela novidade da tecnologia tornando o dono de obra a ser mais cauteloso nas suas decis es Iniciada a constru o no empreendimento c
198. om base num funcionamento usando o sistema bi hor rio adoptando 50 para cada per odo Com os valores do custo anual de cada energia poss vel fazer um gr fico para an lise dos valores obtidos Figura 5 71 5 677 13 EUROS E 2 357 02 O 2 n Z O O Propano Gas leo G s Natural Geotermia TIPOS DE ENERGIA Fig 5 71 Gr fico da comparac o entre custos anuais Comparando os valores apresentados na Figura 5 71 facilmente se conclui que o uso da geotermia para as finalidades j enunciadas a melhor escolha sob o ponto de vista econ mico em termos de custos anuals E importante voltar a salientar que o valor de 765 27 apenas referente ao consumo anual da moradia em estudo usando a geotermia isoladamente e n o em conjugac o com a energia solar como est feito na pr tica A aplica o de um sistema geot rmico num edif cio implica um investimento inicial significativo No entanto atrav s dos consumos previstos para este caso e com a implementa o desta tecnologia facilmente se conclui que a amortiza o do investimento faz se em pouco tempo No pr ximo par grafo ser feita uma an lise relativamente a este aspecto para o caso da moradia 140 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 5 7 2 AMORTIZA O DO INVESTIMENTO Por ltimo apresentar se na Figura 5 70 um gr fico que traduz o investimento inicial em v rios s
199. or da casa o nico volume irregular que cont m a cozinha e as casas de banho Este elemento ao qual cabe a tarefa de fornecer energia gua quente recolha e distribui o de gua dosear o fluxo de ar natural atrav s do efeito chamin organizador da estrutura da casa Al m da constru o modular a casa S E R apresenta algumas particularidades na sua concep o tais como apresentadas na Figura 6 3 88 Orienta o Solar Controlo da Temperatura palas de sombreamento Aproveitamento da Energia Solar Q Q Q Ventila o Aproveitamento de guas Pluviais Xs Fig 6 3 Particularidades da casa S E R 88 144 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 6 1 1 ORIENTA O SOLAR Para uma das faces do telhado est o contemplados pain is solares e pain is fotovoltaicos A casa S E R permite ser implantada de modo a que esta face fique virada a sul No entanto a orienta o da face do telhado corresponde com a das janelas ou seja se h a inten o de o telhado ficar orientado a sul as janelas tamb m ficam Consegue se assim um aproveitamento de luz natural e de ganhos t rmicos 6 1 2 CONTROLO DA TEMPERATURA A casa S E R engloba sistemas de sombreamento atrav s de palas que permitem evitar a incid ncia de luz directa nas janelas promovendo assim um controlo da temperatura interior Este controlo decisivo nas pocas onde a temperatura exterior mai
200. ores das caixas de distribui o Na Figura 5 58 est o apresentadas as duas caixas de distribui o na moradia em estudo Caixa de distribui o Cozinha Piso 0 Caixa de distribui o Zona T cnica Piso 1 Fig 5 58 Caixas de distribui o Os dois tubos pretos vis veis na Figura 5 58 em cada caixa de distribui o s o referentes ao envio e ao retorno da gua estando na caixa de distribui o ligados aos colectores e na outra extremidade ligados ao dep sito de in rcia Os tubos dos circuitos s o ligados nas caixas de distribui o a uns 133 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos acess rios denominados colectores e adaptadores onde est o tamb m os detentores sendo que estes ltimos permitem assegurar ter em cada circuito uma via de envio do fluido e outra de retorno Na Figura 5 59 pode se ver a montagem dos colectores Fig 5 59 Montagem dos colectores No ltimo esquema da Figura 5 59 poss vel ver os dois colectores sendo um para o envio e outro para o retorno do fluido Estes colectores s o colocados nas duas caixas de distribui o fazendo um total de quatro distribuidores na moradia Um circuito constitu do por um tubo que tem uma entrada e uma sa da sendo estas aberturas ligadas a cada um dos distribuidores A Figura 5 60 referente liga o dos tubos aos colectores na cozinha e na zona t cnica nos colectores que
201. ortantes por quest es de conforto e considera es energ ticas As pessoas s o cada vez mais exigentes sob o ponto de vista de conforto t rmico mesmo havendo uma parte da sociedade sem recursos para este tipo de exig ncias Por outro lado a outra parte d mais valor quele conforto Nesta disserta o vai abordar se o caso da geotermia nos edif cios aplicando aquela tecnologia ao aquecimento e ao arrefecimento ambiente e conjugando com a necessidade do aquecimento das guas sanit rias A aplica o desta tecnologia nos edif cios tem implica es construtivas Neste trabalho tamb m ser o abordadas quais essas implica es As grandes vantagens de um aproveitamento geot rmico aplicado aos edif cios s o 46 Uma fonte de calor gratuita e em grande medida independente do clima e da esta o do ano que se regenera permanentemente a partir do calor interior da Terra e da radia o solar Redu o consider vel das emiss es de CO Economia energ tica no arrefecimento e aquecimento ambiente e na produ o de AQS Possibilidade de aquecimento e arrefecimento com uma nica instala o atrav s do uso do pavimento radiante e ventiloconvectores Em combina o com um sistema solar existe a possibilidade de armazenar o calor na Terra Os sistemas de aquecimento e arrefecimento que aproveitam esta fonte de energia utilizam normalmente um sistema de capta o e tr s componentes que visam tornar mais eficie
202. os Nesta tese vai ser analisado um sistema de climatiza o usando uma fonte de energia renov vel a energia geot rmica para fazer o aquecimento e arrefecimento ambiente e o aquecimento das guas sanit rias Esta tecnologia visa aproveitar as energias renov veis na alimenta o do conforto de um 17 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos edif cio baixando o consumo energ tico n o renov vel combust veis f sseis e economizando a explora o do sistema 18 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 3 ENERGIA RENOV VEL GEOTERMIA 3 1 INTRODU O Geotermia a designa o usada para as ci ncias e t cnicas que estudam e exploram o calor terrestre ou energia geot rmica A energia geot rmica definida pela Comiss o Europeia como a energia armazenada na forma de calor de baixo da superf cie da terra 31 O fluido geot rmico que usualmente a gua serve de ve culo de transporte do calor gerado no interior da Terra para a superf cie A utiliza o da energia geot rmica depende da gama de temperaturas e dos caudais dispon veis Os caudais dispon veis e a gama de temperaturas v o determinar as dimens es da central geot rmica sendo o tipo de aplica o geot rmica condicionada pela temperatura Devido heterogeneidade da crosta terrestre o gradiente de temperatura pode ser localmente inferior ou superior a
203. os dos raios ultravioletas Ap s escolhido o local para os colectores de distribui o e a sua instala o procede se liga o dos colectores geot rmicos aos colectores de distribui o Figura 4 47 71 Fig 4 47 Passo de aplica o 1 CG 63 69 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Passo de aplica o 2 nesta altura que se come a a estender os tubos no terreno em quest o no entanto importante que antes disso se apliquem no terreno umas pequenas estacas que permitam ajudar no alinhamento Figura 4 48 Fig 4 48 Passo de aplica o 2 CG 63 fundamental na aplica o dos tubos respeitar os raios de curvatura que s o diferentes consoante sejam de PEX ou PE 100 Passo de aplica o 3 Ap s a aplica o dos colectores no terreno estes s o fixos atrav s de um acess rio pr prio Figura 4 49 Fig 4 49 Passo de aplica o 3 CG 46 Uma vez aplicados os acess rios de fixa o cobrem se os tubos com material de escava o ver figura 4 49 e retiram se as estacas de alinhamento 70 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Passo de aplica o 4 Ap s os tubos estarem totalmente colocados no terreno importante fazer alguns testes antes de colocar o terreno de enchimento por cima Estes testes passam por p r gua dentro dos tubos com o objectivo de os limpar e
204. ot rmica 111 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Ap s a coloca o da sonda at aos 80 metros de acordo com o dimensionamento cortaram se os tubos ficando as pontas de fora Figura 5 33 Fig 5 33 Corte dos tubos Um aspecto a salientar na coloca o da sonda a recomenda o de n o haver cortes e soldaduras de tubos Os tubos devem ser colocados inteiros pois este tipo de soldaduras pode sofrer quebras durante o funcionamento do sistema provocando a perda do seu rendimento No entanto comum haver alguns casos em que a sonda tem por es soldadas isto utilizam se sobras de sondas de modo a fazer um aproveitamento do material Se por acaso houver quebras nas soldaduras o sistema n o funcionar correctamente e um arranjo nestes casos tem valores muito elevados pois implica na maioria dos casos fazer outro furo Logo recomend vel haver uma fiscaliza o por parte dos respons veis da obra relativamente a este assunto Um pormenor que verificado neste caso e que n o corresponde com a t cnica de aplica o enunciada no Cap tulo 4 a inexist ncia de separadores entre os 4 tubos e a aplica o do tubo de injec o Nesse cap tulo est exemplificada a situa o recomend vel N o desvalorizando o que aconteceu nesta aplica o foi pedida uma explica o empresa respons vel por esta especialidade tendo nos transmitido toda a confian a no
205. oximadamente 128 06 m incluindo a rea t cnica em mezanino De modo a considerar poss veis erros da rea relativamente ao n mero de m dulos adoptados optou se por arredondar esta rea para 140 m Nos pr ximos dois quadros Quadro 6 1 e 6 2 ser o apresentadas as vari veis necess rias para o dimensionamento e os resultados obtidos Mais uma vez para uma melhor compreens o ser feita a disting o entre os dados fornecidos e os calculados atrav s de cores sendo o vermelho para os fornecidos e os azuis para os calculados O dimensionamento aqui apresentado foi feito atrav s do mesmo software que foi usado no caso de estudo da moradia Quadro 6 1 C lculo de consumo da casa S E R C lculo de consumo rea da zona a aquecer 140 m Local da instala o Porto Volume habit vel 378 m Pela an lise do projecto de arquitectura foi poss vel observar que havia divis es da casa que tinham um p direito de 2 60 metros e outras em que era vari vel Devido a esta situa o optou se por um p direito de 2 70 metros que tamb m o mesmo da moradia da Quinta dos Cep das Para o dimensionamento foi considerado a mesma base c lculo ou seja para o c lculo das perdas t rmicas e das necessidades de aquecimento anual usaram se as mesmas f rmulas Para a rea da zona a aquecer de 140 m as perdas t rmicas s o de 7 4 kW 149 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Est
206. para o furo feito na moradia Inicialmente come ou se por limpar e arranjar o local onde se a fazer o ensaio junto sonda geot rmica e depois colocou se a caixa branca que possui todos os equipamentos de medida de uma forma nivelada Figura 5 36 Fig 5 36 Prepara o do terreno e coloca o da caixa 115 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Depois de colocada a caixa no terreno procedeu se an lise da temperatura na sonda tirando se os valores a cada 2 metros de profundidade at se atingirem os 80 metros para tal usou se uma sonda de medic o de temperatura Figura 5 37 Fig 5 37 Medi o da temperatura Foi medida a temperatura antes do in cio do ensaio e depois de realizado o ensaio Ap s a apresenta o dos passos ser mostrado um gr fico relativo a esta medi o A caixa branca constitu da por v rios equipamentos desde a resist ncia que faz o aquecimento da gua sensores de medi o mostradores e dois buracos que s o para entrada da sonda sendo um de envio e outro de retorno O interior da caixa branca tem o aspecto da figura seguinte Fig 5 38 Caixa de equipamentos de medi o 116 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos De seguida encheu se a sonda com gua filtrada por quest es de limpeza atrav s de um dep sito apropriado Para se poderem fazer as liga es necess rias f
207. para se proceder execu o do furo O m todo usado na execu o do furo foi o roto percuss o com martelo de fundo de furo com extrac o de material em excesso por ar comprimido o ar comprimido permite retirar os detritos de solo que se encontram no furo e gua proveniente de camadas subterr neas e que tamb m se encontra no furo Como j foi dito no cap tulo anterior este m todo o mais usado neste tipo de situa es sendo apresentado na Figura 5 27 todos os passos relativos perfura o Fig 5 27 Execu o do furo Durante a realiza o da perfura o deparou se com um acontecimento que estava a causar algum inc modo A m quina ao fazer o furo provocava a sa da dos detritos e de alguma gua subterr nea em forma de esguicho e que atingia uma elevada altura Estes esguichos lan ados na vertical provocavam sujidade nas paredes da moradia assim como no interior da moradia os esguichos eram de tal maneira grandes que ultrapassavam a altura da mesma De modo a evitar esta situa o foi colocado um pl stico nas paredes de maneira a proteg las e uma pe a na m quina de perfura o que tem a fun o de evitar os esguichos lan ados na vertical Figura 5 28 108 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 5 28 Aplica o da pe a de protec o na m quina de perfura o e do pl stico na parede A aplica o destes meios de protec o deve se a
208. pio de funcionamento tanto para o aquecimento como arrefecimento o mesmo apresentado na moradia 6 7 AN LISE ECON MICA Como foi dito anteriormente a diferen a entre a casa S E R e a moradia o uso da fonte da energia renov vel solar ou seja na casa S E R fez se uma an lise de uma alternativa a usar simplesmente a energia geot rmica para fazer a climatiza o ambiente e a produ o de AQS A an lise econ mica tem por objectivo avaliar sob o ponto de vista monet rio a aplica o da geotermia paras as finalidades referidas Ser feita uma compara o de custos anuais entre v rios tipos de energia e um estudo relativamente amortiza o do custo do equipamento investido num sistema deste tipo 6 7 1 COMPARA O DE CUSTOS ANUAIS ENTRE OS V RIOS TIPOS DE ENERGIA Para se fazer a compara o de custos anuais entre v rios tipos de energia fundamental conhecer os consumos anuais relativamente s necessidades de aquecimento e AQS Atrav s do dimensionamento feito anteriormente poss vel retirar dos Quadros 6 5 e 6 6 o valor de 15774 kW h para o aquecimento e de 4203kW h para as AQS perfazendo um total de 19977 kW h Este valor corresponde ao consumo anual de aquecimento para uma temperatura interior ambiente de aquecimento de 20 C e para um dep sito de gua quente sanit ria de 300 litros gastos por dia a 45 C independentemente da fonte de energia utilizada Para a casa S E R tamb m se considerou
209. plica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 5 6 1 1 Esquema e princ pio de funcionamento ie rreeareearraaaraaneanas 127 5 6 1 2 Montagem do Pavimento Radiante eee 130 5 6 2 VENTILOCONVECTORES Lia A GOL LS of SENSE a aadal 136 5 6 2 1 Esquema e princ pio de funcionamento serra rn 136 9 6 2 2 MONA A A Se a 137 57 ANALISE ECON MICA suits aia 139 5 7 1 COMPARA O DE CUSTOS ANUAIS ENTRE V RIOS TIPOS DE ENERGIA 139 5 7 2 AMORTIZA O DO INVESTIMENTO inn corran 141 6 CASO DE ESTUDO CASA S E R 143 6 1 CONTEXTUALIZA O DO CASO DE ESTUDO CASA S E R ccccccccccccncnncnncnnncnnnnncnnnnnnnnnnnnns 143 6 17 ORIENTA O SOLAR ta a 145 6 1 2 CONTROLO DA TEMPERATURA pinuri a Sp A 145 ES APROVEITAMENTO SOLAR o dt adn e e ds e e 145 61 47 VENTILACAO 2 o E tdi a Aid 145 6 1 5 APROVEITAMENTO DAS GUAS PLUVIAIS oocococncnonnnnonoconenenionecononenionenenanenennnnenanenenioneneranrerannenenas 145 EZ ARQUITECTURA a ana 146 6 3 DESCRI O DOS SISTEMAS DE CLIMATIZA O E AQS een 148 6 4 TIPO DE CAPTA O 2 sousa saias A A is 149 6 4 1 DIMENSIONAMENTO DO TIPO DE CAPTA O occcccccccnononoonnnnnnnnnnononononnnnnnnnnnnnononnnnnnnnnannnnnnnnnnnnnnnnnnanos 149 04 2 EXECU O DO FURO Ac e So DTL cassado SS LO ado ende rd DE Rod RA DE le de 151 6 D ZONA TECNICA ui A dg u assi destacadas
210. pol ticas da Uni o Europeia que t m como objectivo reduzir a emiss o de CO e a depend ncia das importa es 16 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 2 7 EFICI NCIA ENERG TICA NOS EDIF CIOS A escala mundial o consumo de energia final pode ser repartido por tr s grandes sectores os transportes a ind stria e os edif cios Na Uni o Europeia s o os edif cios que mais consomem energia cerca de 40 da energia final consumida em compara o com os transportes e ind stria 28 A efici ncia energ tica pode ser definida como a optimiza o e racionaliza o do consumo da energia qualquer que seja a proveni ncia Num sistema de aquecimento e arrefecimento num edif cio atinge um n vel mais elevado quanto menor for o consumo de energia para manter as condi es de calor o mais est veis poss veis proporcionando assim o bem estar dos utilizadores 29 Nos edif cios a primeira preocupa o sobre a utiliza o sustent vel come a na fase de projecto procurando solu es que maximizem o conforto higrot rmico para evitar o uso sistem tico e indiscriminado dos sistemas activos de climatiza o dos edif cios Para se ter uma ideia dos consumos energ ticos dos edif cios residenciais apresentado um quadro com valores em termos de utiliza o final Quadro 2 1 30 Quadro 2 1 Consumos energ ticos dos edif cios lluminac A im Cozinha e AQS u na
211. ponentes como v lvula de 3 e 4 vias que permitem obter uma emiss o quente ou fria As bombas que funcionam com o arrefecimento passivo s o bombas iguais s apresentadas no par grafo 4 9 1 1 ou seja poss vel utilizar directamente a fonte fria para se fazer o arrefecimento importante salientar que o arrefecimento passivo se torna eficiente com o uso do pavimento radiante como sistema de distribui o para fazer a climatiza o A justifica o de se usar o pavimento radiante para o arrefecimento passivo uma caracter stica deste sistema de distribui o e que ser demonstrada no par grafo 4 10 1 Ao usar este tipo de instala o necess rio contar com adequados sistemas de regula o e de desumidifica o Os aspectos positivos nas instala es com arrefecimento passivo s o sobretudo econ micos pois apresentam baixos custos de gest o Na pr tica os custos a suportar s o os da energia el ctrica consumida pelas bombas de circula o Pelo contr rio os aspectos negativos dizem respeito aos rendimentos destas instala es As temperaturas das fontes externas podem ter varia es sazonais consider veis e sobretudo nos per odos mais quentes n o permitir um arrefecimento e desumidifica o adequados 4 9 1 3 Bomba de calor AQS Existem actualmente duas maneiras de se fazer a incorpora o do sistema de AQS com a bomba de calor Quando se opta por um sistema geot rmica para fazer a climatiza
212. port ncia efici ncia energ tica e explora o das energias renov veis Estes aspectos ser o referidos nos pr ximos par grafos Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 2 2 DESENVOLVIMENTO SUSTENT VEL Para melhor compreender o conceito Desenvolvimento Sustent vel far se primeiramente refer ncia aos momentos hist ricos que levaram ao desenvolvimento e interioriza o deste tema Foi nos anos 60 que surgiram os movimentos ecologistas e que influenciaram a ONG denominada Clube de Roma ainda hoje existente fundada em 1968 O Clube de Roma re ne intelectuais acad micos economistas pol ticos e cientistas cuja finalidade identificar problemas que a humanidade atravessa e comunic los sociedade em geral 3 Em 1972 4 jovens cientistas do MIT defendem uma teoria atrav s de um livro sobre os Os limites do crescimento 4 concluindo a impossibilidade da continua o do crescimento econ mico nos moldes daquele tempo cuja limita o seria imposta pela disponibilidade de recursos naturais Em 1973 o aumento dos pre os do petr leo na ordem dos 300 levou a uma reflex o global a racionaliza o de mat rias primas deixava de ser vista como um luxo para se tornar numa necessidade de car cter econ mico 5 Independentemente destas situa es o conceito de Desenvolvimento Sustent vel ainda n o tinha sido definido em 1980 que o IUCN acr ni
213. r grafo anterior tem uma rea de 3x2 m e uma altura de 2 metros enterrada A zona t cnica conv m ter dimens es de maneira a que caibam todos os equipamentos necess rios assim como acesso e espa o para eventuais manuten es Na Figura 6 9 apresentada a zona t cnica com os equipamentos necess rios para a implementa o do sistema geot rmico no entanto tamb m l podem ficar outros equipamentos necess rios aos pain is fotovoltaicos e o termoacumulador Fig 6 9 Zona t cnica da casa S E R 152 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Quadro 6 3 Legenda da zona t cnica da casa S E R Legenda Zona t cnica 2 da casa S E R Dep sito de AQS 300 litros Entrada da gua da rede Furo Sonda geot rmica Sa da AQS Bomba de calor geot rmica 9 kW V lvula de 3 vias monitorizada Dep sito de in rcia 200 litros O 0O J D a A O N Grupo de impuls o k o Caixa de distribui o dos colectores 11 Circuitos do pavimento radiante 12 Tampa de acesso zona t cnica No Quadro 6 3 a zona t cnica est denominada como sendo a segunda zona visto j existir no projecto inicial uma rea t cnica no desv o do m dulo motor mezanino Na Figura 6 10 apresentado o esquema hidr ulico simplificado que permite fazer a climatiza
214. ra a produ o de energia el ctrica e os de baixa entalpia em aplica es directas do calor Estes fluidos geot rmicos captados s o conduzidos para a superf cie aproveitando se o seu calor em centrais geot rmicas para a produ o de electricidade ou utiliza o directa em processos industriais ou dom sticos Um aspecto importante a salientar relativamente ao uso deste tipo de energia renov vel o facto de n o ser dependente das condi es atmosf ricas sendo poss vel fazer um aproveitamento de forma cont nua e est vel Devido a esta vantagem h a garantia de pot ncias adequadas para trabalhar na base do diagrama de carga el ctrica Para o aproveitamento do calor h a necessidade de execu o de infra estruturas adequadas de capta o po os a constru o de equipamentos electromec nicos e uma central onde se procede s trocas de calor e sua transforma o em energia el ctrica A produ o de energia usando recursos geot rmicos cada vez mais competitiva relativamente s alternativas obtidas a partir dos combust veis f sseis devido ao aumento dos custos dos derivados do petr leo Um aproveitamento geot rmico tem um elevado custo inicial comparativamente com as alternativas existentes pois para al m da constru o da central necess rio executar um parque de po os de produ o e injec o importante salientar que os custos directos de produ o s o baix ssimos e que a exposi o a
215. rea t cnica 146 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Casa de banho Armazenamento de gua da chuva 1 L Fig 6 6 Planta casa S E R 88 Para a respectiva planta e quantidade de blocos modulares est estipulada uma rea bruta total de 128 06 m ou seja nesta rea est inclu da a rea t cnica Para melhor compreens o da arquitectura da casa S E R representado na Figura 6 7 um corte Ventila o Recupera o de calor atrav s dos pain is Painel fotovoltaico Painel solar Ec oa SS Ventila o Fig 6 7 Corte da casa S E R 88 147 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 6 3 DESCRI O DOS SISTEMAS DE CLIMATIZA O E AQS Como j foi dito anteriormente a casa S E R foi projectada com uma arquitectura e com sistemas construtivos espec ficos de modo a que a climatiza o e a produ o de AQS fosse feita com o objectivo de utilizar a menor quantidade poss vel de energias f sseis Para atingir este objectivo esta casa recorre a uma fonte de energia renov vel nomeadamente a energia solar utilizando pain is solares e fotovoltaicos Embora n o sendo o objectivo desta disserta o colocar em causa o sistema implementado na constr
216. refecer com Bombas de Calor Edi o 11 2008 56 www gudenergy pt pdf Prof UK pdf 25 04 2011 57 REHAU Sistema Raugeo Para el Aprovechamiento Geot rmico Informaci n T cnica 827600 ES 2008 www rehau pt files Info Tecnica RAUGEO 827600 ES pdf 58 www gudenergy pt pdf SWC_AguaGlicolada Agua_09 pdf 02 05 2011 59 www rehau co uk files 1 _Using_PE Xa_in_ground source_applications pdf 06 05 2011 60 Law Ryan Geothermal Systems in the Chalk of the South East of England Methods of Predicting Thermal Transport in a Fractured Aquifer University of Birmingham 2009 61 www rehau nl files Technische_Information_RAUGEO_ HELIX_827610 pdf 06 05 2011 62 REHAU Raugeo Helix PE XA La forma compacta e innovadora para aprovechar la energia geot rmica www rehau es 07 05 2011 63 www rehau pt files Info_Tecnica_ RAUGEO 827600 ES pdf 07 05 2011 64 www ingeo es test 20respuesta html 08 05 2011 65 www response test de port responsetest html 08 05 2011 66 Sanner Burkhard Mands Erich Sauer Marc Grundmann Edgar Technology development status and routine application of Thermal Response Test 2007 www sanner geo de media final 20paper 20GeRT 20status pdf 15 05 2011 67 http www gtssnc com download GEROtherm catalog corr pdf 19 05 2011 68 Tubofuro Cat logo de Geotermia www tubofuro pt TABELA GEOTERMIA pdf 20 05 2011 69 Geominho Perfura es de Furos Geot rmicos 2010 www geominho pt
217. rentes de cada uma daquelas fontes de energia ENERGIAS PRE O ACTUALIZ Electricidade H vazias 0 082 kW 23 03 2011 A A ia A Electricidade h cheias 0 138 kW 23 03 2011 rr AS Gas leo aquecimento 1 0 02 03 2011 9 4 kWh L Gas natural Fig 5 69 Preco das energias Os pre os apresentados s o relativos data mencionada Tamb m s o apresentados os valores de convers o da pot ncia calor fica PCI do gas leo de aquecimento e do g s propano Atrav s do consumo anual de aquecimento e gua quente sanit ria dos rendimentos e dos custos unit rios dos v rios tipos de energias poss vel fazer uma compara o entre os custos anuais gastos para o referido consumo Figura 5 70 139 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos CONSUMO Aumento do E custo anual de Ti pos de ANUAL Consumo gt sto anual v rias Rendimento i aquecimento anual de energias em Energias esa energia ideo quente Geotermia Propano 5 677 13 Gas leo Y j 4 149 93 G s Natural 35 816kWh 2 357 02 Geotermia 6 096 kWh 765 27 Fig 5 70 Compara o entre custos anuais Para o caso geotermia o custo anual unicamente referente electricidade gasta nos consumos em cima mencionados Atrav s da Figura 5 67 poss vel ver o custo da electricidade nos respectivos per odos vazio e cheio No entanto no caso em estudo foi calculado c
218. ressor Tubos Os tubos s o aplicados na m quina de perfura o e s o usados para se fazer o furo Existem v rios tipos de tubos uns para solos mais moles que servem para escoragem das paredes do furo tubos ocos protegendo o furo de bocados de solo soltos e outros para solos mais duros 64 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 4 36 Tubos 69 Martelo de fundo de furo Na figura seguinte est representado um martelo de fundo que usado nas perfura es e a sua utilidade torna se mais eficiente em solos mais duros Fig 4 37 Martelo de fundo de furo 69 A combina o destes componentes e equipamentos apresentados permitem fazer furos no solo Figura 4 38 para a aplica o das sondas geot rmicas Fig 4 38 Execu o de um furo 69 65 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 8 1 2 Introdu o das sondas geot rmicas no furo Ap s ser feito o furo s o colocadas as sondas geot rmicas Ser o apresentados os passos de aplica o de sondas geot rmicas Passo de aplica o 1 Antes de se colocar a sonda geot rmica necess rio prepar la para a sua correcta aplica o Numa primeira fase colocado o peso de fundo no p da sonda como poss vel ver na figura seguinte Depois a sonda posta num equipamento que permite que ela seja desenrolada durante a sua aplica o no furo
219. ricidade conjuntamente em processos de co gera o ou tri gera o ou obter biocombust veis s lidos l quidos e gasosos Existem diversas formas de aproveitamento energ tico de biomassa de que se destacam as que atrav s de processos de queima em caldeiras e fornalhas a transformam em energia t rmica e ou el ctrica Biog s de Digest o Anaer bia O biog s resulta da decomposi o de mat ria org nica sem oxig nio sob ac o de bact rias espec ficas uma mistura gasosa com elevadas percentagens de metano CH de di xido de carbono CO2 e pequena quantidade de outros compostos Como combust vel serve para a produ o convencional de energia el ctrica e t rmica em meios de transporte em c lulas de combust vel ou na distribui o com g s natural O poder calor fico inferior RAR 3 do biog s depende das concentra es de metano e varia entre 5000 a 7000 kcal m O funcionamento passa por um tanque fechado onde os microrganismos actuam na decomposi o da mat ria org nica Uma s rie de etapas bioqu micas promovem a degrada o dos compostos org nicos complexos at a obten o de compostos mais simples Obt m se dois subprodutos do processo o biog s e um composto digerido Biog s de Aterro E uma fonte de energia renov vel composta por metano e di xido de carbono E um biocombust vel gasoso produto final da bio convers o anaer bia de mat ria org nica processo que ocorre
220. rturas ajardinadas paredes de trombe ventila o subterr nea elementos de sombreamento etc Existem v rias t cnicas para uma constru o mais sustent vel de modo a ter sempre um conforto t rmico ptimo dentro dos edif cios Das v rias t cnicas existentes ser analisada neste trabalho uma alternativa de um sistema de climatiza o usando uma fonte de energia renov vel Para uma melhor compreens o do peso energ tico do sistema de climatiza o num edif cio apresentada no pr ximo par grafo uma an lise relativa das necessidades energ ticas Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 2 5 AN LISE DO CONSUMO ENERG TICO DO SISTEMA DE CLIMATIZA O DE UM EDIF CIO O consumo energ tico em Portugal caracterizado principalmente por duas formas de energia final o g s e a electricidade Para compreender melhor o consumo energ tico de um edifico apresentado na Figura 2 2 o balan o energ tico t pico em Portugal A vermelho est o representados os consumos relativos climatiza o ambiente aquecimento e arrefecimento e s guas quentes sanit rias a azul est o os restantes consumos como poss vel analisar pela figura 2 2 es el 1197 Ah AQUECIMENTO ARREFECIMENTO AMBIENTE 622 i lt HIGIENE GUAS QUENTES SANIT RIAS co 33 4 FRIO ALIMENTA LUMINA O 5 a 10 ENTRETENIMENTO 5 a 10 ELECTRICIDADE HOMASSA Pe GN NC OTA TREPA Fi
221. rural e urbano sustent vel Arquitectura e constru o sustent vel Consumo equilibrado 2 3 ENQUADRAMENTO ENERG TICO NA CONSTRU O EM PORTUGAL Ap s a contextualiza o desta mat ria a n vel mundial analisar se o caso Portugu s Foram promulgados recentemente o novo Regulamento das Caracter sticas de Comportamento T rmico em Edif cios RCCTE Decreto Lei n 80 06 de 4 de Abril 12 bem como o novo Regulamento dos Sistemas Energ ticos de Climatiza o Energ tica RSECE Decreto Lei n 79 06 de 4 de Abril 13 ambos com adapta es das novas exig ncias da Uni o Europeia na rea da Efici ncia Energ tica Estes regulamentos est o enquadrados no Sistema de Certifica o Energ tica desenvolvido pela Comiss o Europeia em 1991 que obriga a implementa o em todos os Estados Membros e visam o fornecimento dos valores de desempenho energ tico e qualidade t rmica aos utentes conforme a Directiva n 2002 91 CE de 16 de Dezembro 14 do Parlamento Europeu e do Conselho Europeu Nesta Directiva estabelece se que todos os Estados Membros da Uni o Europeia deveriam implementar um sistema de certifica o energ tica dos edif cios em que seja poss vel observar qual o seu n vel de desempenho t rmico energ tico nos momentos de projecto constru o venda ou arrendamento dos im veis p blicos ou particulares O Sistema Nacional de Certifica o Energ tica e da Qualidade do Ar Interior nos Ed
222. s construtivas Um edif cio incorporado com um sistema geot rmico diferente de um edif cio corrente As implica es construtivas nos edif cios com o uso desta tecnologia ocorrem ao n vel das seguintes reas Sistema Construtivo Capta o Zona T cnica Sistemas de Distribui o E poss vel ver na Figura 4 2 um esquema representativo dos locais do edif cio onde o uso desta tecnologia tem um grande peso na constru o do edif cio Fig 4 2 Base de instala o de um Sistema Geot rmico num Edif cio 32 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 4 4 1 SISTEMA CONSTRUTIVO O sistema construtivo a implica o mais importante ao usar este tipo de tecnologia Usar a fonte de energia renov vel geotermia para fazer a climatiza o de um edif cio implica que o edif cio tenha sido projectado com cuidados referentes s solu es construtivas e sua implanta o Esta rea tem particular interesse porque neste tipo de tecnologia s o usados sistemas de distribui o Para o seu funcionamento ser eficaz exigido um bom sistema construtivo Os cuidados a ter no sistema construtivo que engloba a implanta o e a solu o construtiva do edif cio s o apresentados nos pr ximos par grafos 4 4 1 1 Implanta o A envolvente a forma e a orienta o de um edif cio s o observa es estruturais importantes a ter em conta na climatiza o Estas tr s
223. s de energia a que apresenta maior potencial de utiliza o a energia geot rmica devido ao processo de forma o do arquip lago e pela localiza o junto da Crista M dia Atl ntica 34 A Crista M dia Atl ntica est situada na conflu ncia de tr s placas tect nicas Americana Africana e Euro Asi tica que proporciona uma intensa actividade vulc nica mais de trinta erup es vulc nicas hist ricas registadas e outras manifesta es superficiais Estes eventos s o de facto indicadores da quantidade de energia existente no subsolo do arquip lago dos A ores A energia geot rmica sendo o calor que existe no interior da Terra pode no seu processo de arrefecimento dissipar esse calor em qualquer ponto da superf cie terrestre No entanto existem regi es onde a liberta o desse calor tem maior intensidade como o caso dos A ores Nos A ores devido baixa profundidade onde pode ser captado o calor o aproveitamento energ tico mais f cil e economicamente mais vi vel Este calor aproveitado para a produ o de energia el ctrica ou utilizado directamente para aquecimento de estufas secagem de madeira frutos e vegetais em aquacultura na produ o de frio no aquecimento ambiental e em balneoterapia As diferentes aplica es dependem da temperatura do fluido geot rmico sendo os recursos de alta 20 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos entalpia usados pa
224. s elevada e estando as janelas viradas a sul as palas de sombreamento s o decisivas no funcionamento t rmico da casa 6 1 3 APROVEITAMENTO SOLAR Como j foi dito em 6 1 1 est contemplado para uma das faces do telhado da casa S E R um conjunto de pain is solares e fotovoltaicos Os pain is solares servem para fazer o aquecimento ambiente e a produ o das guas quentes sanit rias j os pain is fotovoltaicos direccionam se para a produ o de energia el ctrica Para se obter um bom aproveitamento solar para estes fins recomend vel que esta face do telhado fique virada a sul Estes sistemas que fazem o aproveitamento solar permitem obter resultados positivos sob os pontos de vista econ mico e ambiental reduzindo o consumo de energias f sseis e aproveitando uma energia renov vel E precisamente neste par grafo que se insere o objectivo deste cap tulo que passa pela apresenta o de uma tecnologia que visa tamb m o aproveitamento de uma fonte de energia renov vel mais concretamente a energia geot rmica 6 1 4 VENTILA O Tamb m est contemplado um sistema de ventila o que permite manter as condi es t rmicas de conforto no interior da casa 6 1 5 APROVEITAMENTO DAS GUAS PLUVIAIS O aproveitamento das guas pluviais para outros fins guas sujas rega etc uma caracter stica da casa S E R que tem vantagens tanto a n vel econ mico como ambiental Al m de proporcionar poupan as ao n
225. s n o necessitam de temperatura de envio nos circuitos t o elevada como os radiadores para fazer o aquecimento logo o custo mais reduzido Num sistema geot rmico poss vel incorporar v rios sistemas de distribuig o no mesmo edifico Ou seja tendo uma bomba de calor neste caso geot rmica poss vel ter tamb m pavimento radiante e ventiloconvectores a fazerem a climatiza o do edif cio de uma forma eficiente A efici ncia est na gest o da prioridade do uso dos respectivos sistemas 4 10 3 OUTROS EQUIPAMENTOS Existem outros equipamentos capazes de fazer o aquecimento e arrefecimento usando uma bomba de calor geot rmica No entanto n o s o os mais indicados uma vez que apresentam temperaturas muito elevadas no circuito de envio para os equipamentos radiadores e convectores 82 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 9 CASO DE ESTUDO MORADIA NO PORTO 5 1 IMPLANTA O DA MORADIA EM ESTUDO A moradia que foi objecto de estudo nesta disserta o situa se no concelho do Porto freguesia do Bonfim numa propriedade denominada j h muitos anos por Quinta dos Cep das ou Quinta Amarela Figura 5 1 Fig 5 1 Localiza o geogr fica da moradia A moradia est inserida num condom nio fechado tendo este quatro frentes Avenida dos Combatentes Rua de Bartolomeu Dias Rua de Oliveira Martins e Rua de Agostinho de Campos Na Figura 5 1 poss vel ter uma
226. s nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 3 ENERGIA RENOV VEL GEOTERMIA 19 3 1 INTRODU O dida 19 3 2 APROVEITAMENTOS GEOT RMICOS NOS A ORES eeeeeseseeeeeeeeeeeeeeeeeeeeceeeceaeaaaaaaaaa 20 3 2 1 CENTRAL GEOT RMICA DO PICO VERMELHO cresi eana A EE E E E s 21 3 2 2 CENTRAL GEOT RMICA DA RIBEIRA GRANDE ccoooccccconocnononononononnnnnnnonnnnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnnnn ENNE Eaa 22 3 3 APROVEITAMENTOS DE RECURSOS GEOT RMICOS EM PORTUGAL CONTINENTAL 25 3 3 1 APROVEITAMENTOS DE RECURSOS DE POLOS TERMAIS occcccccnocnncnncnnnccnononnnnononcnonnnnnnnnnoncncnnonannnnnnane 25 3 3 2 APROVEITAMENTO DE CALOR A PARTIR DE AQU FEROS OU FORMA ES ROCHOSAS UTILIZANDO BOMBAS DE CALOR E PERMUTADORES INSTALADOS NO SOlLO ccccccnoncconccnnnncnononononocnnnnncnnnnnnnnnnnncnnananononnnnns 27 4 GEOTERMIA NOS EDIF CIOS cococococicocononnononenononcnnnonazas 29 AR ESTADO DAAR TE di 29 4 2 INSTALA O DE UM SISTEMA GEOT RMICO eeeee esse esse eseeeeeeeeeeeeeeeeeeeaaeeeaaaeaaaaaananaa 30 4 21 LOCALIZA O DO EDIFICIO unanini ea AR pas A 30 4 2 2 SUPERF CIE DO EDIF CIO A CLIMATIZAR coooocconcccconccononcnononnconcnnnnnnnnnn nn nan n nn narran rn n rra rn anar nnannrcanncinns 31 42 3 POT NCIA NECESS RIA a dida int 31 4 2 4 NECESSIDADES DE AQS idad da 31 4 2 5 TEMPERATURA DE CONFORTO art a dE da 31 4 2 6 SISTEMAS DE DISTRIBUIGAO cccccononococon
227. sere e em particular na constru o sustent vel Hoje assume se que o elevado consumo energ tico mundial constitui a principal for a motora por detr s de problemas ambientais relacionados com altera es clim ticas e quest es da qualidade do ar O mundo vive actualmente em constante press o pol tica devido ao uso indiscriminado dos recursos f sseis que teve no passado Por esse motivo somos altamente penalizados por se ter perturbado o ciclo do carbono e por isso imposto o fim da cultura do petr leo A concentra o de CO na atmosfera passou a ser um indicador fundamental para o desenvolvimento sustent vel e as consequ ncias s o para ser interpretadas e assumidas 2 Vive se numa fase de mudan as energ ticas tentando usar menos as energias f sseis carv o petr leo e g s natural e procurando encontrar solu es nas energias renov veis e na efici ncia energ tica Estas mudan as de h bitos energ ticos t m influ ncias ambientais e econ micas A crise energ tica afectou v rios ramos entre os quais o dos transportes das ind strias e dentro destas a ind stria da constru o Nesta disserta o abordada a aplica o de uma nova utiliza o de fonte energ tica a geotermia na ind stria da constru o Actualmente no universo da constru o e neste caso nos edif cios h a necessidade de conhecer conceitos como desenvolvimento sustent vel e arquitectura e constru o sustent vel dando im
228. solar de 1 m de colector por ocupante Para se poderem contabilizar estes colectores no c lculo do RCCTE necess rio que tenham alguns requisitos que permitam assegurar a qualidade dos equipamentos da sua instala o e a manuten o dos sistemas 48 Um aspecto importante a salientar sobre o c lculo do RCCTE a possibilidade de se usar outro tipo de energias renov veis em alternativa energia solar No entanto estas tecnologias sistemas energ ticos e renov veis como por exemplo a energia geot rmica e fotovoltaica que captem a energia numa base anual dever o ter uma equival ncia dos colectores solares Para se verificar se a energia captada por outros sistemas renov veis equivalente dos colectores solares numa base anual pode ser utilizado o programa Solterm 49 para a determina o do Even 50 Existem v rios programas para o dimensionamento de sondas geot rmicas como o caso do EED Earth Energy Designer que permitem contabilizar a energia m nima e m xima a retirar do solo consoante o tipo de solo o n mero de furos o distanciamento entre eles e as necessidades t rmicas pretendidas para cada caso de estudo 51 Ao contabilizar se estas necessidades poss vel compar las com o Esotar obtido pelo Solterm e verificar se esta pode ser implementada como energia renov vel 4 4 IMPLICA ES CONSTRUTIVAS A aplica o de um sistema geot rmico num edif cio requer algumas implica e
229. sonda geot rmica ou sobre a primeira perfura o de um terreno com v rias sondas geot rmicas 65 O ensaio iniciado com a aplica o de uma quantidade constante de calor no solo e medida a resposta da temperatura A avalia o convencional de um TRT feita de acordo com a Teoria da Linha de Fonte de Kelvin Hellstr m G e Gehlin S 66 com base no tra ado da temperatura do l quido do campo de sondas geot rmicas durante a realiza o do teste Como poss vel ver na Figura 4 20 existe uma caixa onde est o incorporados aparelhos de medi o e a resist ncia que faz o aquecimento da gua A caixa alimentada de energia el ctrica para o seu funcionamento e importante que durante o ensaio normalmente 4 a 6 dias n o haja corte de corrente Este ensaio composto por um circuito fechado onde a gua aquecida por uma resist ncia e percorre todo o circuito desde a caixa passando pelas sondas e regressando novamente caixa Este assim um processo c clico A gua aquecida na caixa e ao passar pelas sondas a sua energia transferida para o solo Quando a gua retorna caixa j tem uma temperatura diferente e acaba por ser novamente aquecida Da transfere novamente a sua energia ao solo quando passar pelas sondas geot rmicas Quando n o houver trocas de calor entre a sonda e o solo ou seja a temperatura da gua ficar constante e o solo j n o tiver capacidade de absorver mais ener
230. spira o central telecomunica es entre outros Ap s a instala o fez se o enchimento com argamassa por cima deste piso que se faz a laje flutuante para o pavimento radiante Nas Figuras 5 67 e 5 68 s o apresentadas dois pormenores da Figura 5 66 para uma melhor compreens o Tubo para alimenta o el ctrica Tubos de liga o do ventiloconvector ao dep sito de in rcia Vo Fig 5 67 Pormenor geral Na Figura 5 68 apresenta se um pormenor relativo caixa branca embutida na parede com os respectivos tubos Tubo destinado liga o da rede de esgotos Terminais de liga o aos ventiloconvectores Fig 5 68 Pormenor da caixa branca embutida na parede 138 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 5 7 AN LISE ECON MICA Conclu da a an lise de todos os aspectos desde o projecto at execu o relativos aplica o de um sistema geot rmico na moradia com fun es de aquecimento ambiente e produ o de guas quentes sanit rias foi feita uma an lise econ mica com o objectivo de avaliar sob o ponto de vista monet rio a aplica o desta tecnologia Nesta an lise econ mica fez se uma compara o de custos anuais entre os v rios tipos de energia poss veis de usar e um estudo relativamente amortiza o do investimento deste sistema A moradia em estudo tem um sistema que utiliza as duas fontes de energia renov vel a s
231. stru o Estudo de Casos Depois de aplicado o pavimento radiante e executado o ensaio fez se o enchimento do piso constituindo a parte final da laje flutuante com uma argamassa composta por um aditivo que evita a inclus o de ar na argamassa facilitando a ades o aos tubos Fig 5 63 Aplicac o da argamassa sobre os tubos Um aspecto importante a salientar na aplica o da argamassa sobre os tubos a necessidade de ser feita o mais r pido poss vel porque isso evita perdas de press o da instala o devido s dilata es dos tubos As dilata es dos tubos s o provocadas pela temperatura ambiente sendo que na altura da aplica o dos tubos a temperatura j rondava valores referentes poca de Ver o 5 6 2 VENTILOCONVECTORES Relativamente aos ventiloconvectores e como j foi dito anteriormente foi apenas realizada a sua pr instala o Os ventiloconvectores tamb m ficam ligados ao dep sito de in rcia 5 6 2 1 Esquema e princ pio de funcionamento Nas Figuras 5 64 e 5 65 apresenta se a instala o dos ventiloconvectores respectivamente em cada um dos pisos Fig 5 64 Ventiloconvectores no piso 1 136 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o
232. stru o e utiliza o dos edif cios como consequ ncia desses cen rios de crise energ tica imp e se repensar o uso da energia nos edif cios potenciando a sua efici ncia energ tica Assim dentro de v rias hip teses poss veis esta disserta o analisou a energia renov vel geotermia enquanto utiliza o energ tica e em particular nos edif cios e as suas implica es na tecnologia da constru o desses edif cios A geotermia um tipo de energia renov vel que aproveita o calor proveniente da Terra Recentemente Portugal Continental direcciona politicamente o seu uso aos edif cios e em particular na climatiza o aquecimento e arrefecimento e no aquecimento de guas sanit rias atrav s de bombas de calor geot rmicas Por outro lado nos A ores al m deste uso faz se ainda o aproveitamento geot rmico para gerar energia el ctrica Analisaram se os v rios tipos de capta o do calor no solo continental Deu se especial nfase aos dois tipos mais utilizados capta o vertical com sondas geot rmicas e capta o horizontal com colectores geot rmicos Estudaram se dois casos de aplica o pr tica da geotermia nos edif cios No primeiro caso foi acompanhado In Loco todo o processo de aplica o desta tecnologia numa moradia desde a fase de projecto at sua concretiza o No segundo caso e apoiado nos conhecimentos obtidos anteriormente foi criada uma proposta de utiliza o desta tecnologia no d
233. studo permitindo o contacto com todas as pessoas e empresas respons veis Todos os valores e m todos apresentados s o os utilizados pelas empresas que est o presentes nesta obra e por isso n o se far qualquer cr tica de interpreta o ou contesta o pois n o objectivo desta disserta o 5 4 ESTUDO T RMICO DA MORADIA Foi feito um estudo t rmico para a moradia em quest o com o intuito de chegar aos valores das necessidades energ ticas pois s o estes os primeiros valores necess rios para a o in cio do estudo O estudo t rmico da moradia foi elaborado de acordo com o Regulamento das Caracter sticas do Comportamento T rmico em Edif cios RCCTE Decreto Lei 80 2006 de 4 de Abril 95 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos 5 4 1 BASES DE DIMENSIONAMENTO Apresentam se em seguida de forma extremamente sucinta as bases de dimensionamento condi es t rmicas caracter sticas construtivas da envolvente exterior e interior e condi es de funcionamento consideradas para o dimensionamento dos sistemas mec nicos de climatiza o da moradia H2 A 5 4 1 1 Condi es Exteriores Foram tomadas como condi es exteriores de refer ncia os valores apresentados no Quadro 5 3 e que constam no regulamento RCCTE e no RSECE que inserem a cidade do Porto na zona clim tica I2 VIN Quadro 5 3 Propriedades do ar exterior Temperatura Bolbo Temperatura Bol fmi inci
234. t rmico um equipamento mec nico com uma entrada transparente radia o solar que capta e converte a energia contida nos fot es solares em energia t rmica Destina se ao aquecimento de gua de ar ou de outro fluido t rmico de transfer ncia de energia 12 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos O modo de funcionamento passa por um colector solar que basicamente uma caixa isolada com uma entrada transparente abertura aos fot es solares uma placa met lica absorsor que aquece ao converter a energia dos fot es em energia t rmica e um circuito de gua ou de outro fluido soldado ao absorsor que recolhe esse calor Solar Termoel ctrica A termoelectricidade solar a electricidade produzida em centrais solares de torre ou distribu das utilizando concentradores da radia o solar para que se atinjam as temperaturas necess rias ao funcionamento dos grupos turbogeradores convencionais As centrais termo solares produzem electricidade em centrais semelhantes s convencionais ao n vel da pot ncia e dos principais equipamentos podendo funcionar de forma h brida e assim aproveitar as redes de distribui o existentes A radia o solar concentrada num foco linear ou pontual aquece um fluido cuja energia pode ser utilizada em diferentes ciclos termodin micos accionando directamente os grupos turbogeradores ou passando pela produ o interm dia de vapor
235. to casa S E R de modo a projectar um sistema geot rmico e analisar todo o seu processo de planeamento Por fim e com o objectivo de tirar conclus es relativas aplicabilidade da geotermia na casa S E R proceder se a uma an lise econ mica da utiliza o daquela tecnologia 1 4 ESTRUTURA DA TESE A presente disserta o divide se em 7 cap tulos O Cap tulo 1 menciona os objectivos principais deste trabalho referindo ainda as raz es que o motivaram e as metodologias adoptadas para al m de apresentar a estrutura da tese O Cap tulo 2 referente ao enquadramento da utiliza o da energia nos edif cios mencionando o contexto hist rico do uso da energia analisaram se ainda conceitos como desenvolvimento e constru o sustent vel e fez se uma an lise do consumo energ tico dos edif cios Abordaram se ainda os tipos de energias renov veis e n o renov veis existentes e suas vantagens e desvantagens Todos os aspectos acima analisados permitiram por fim abordar a efici ncia energ tica nos edif cios O Cap tulo 3 analisa globalmente os v rios tipos de aplica o da fonte de energia renov vel geotermia desde a produ o de energia el ctrica at climatiza o ambiente e AQS nos edif cios atrav s de uma bomba de calor geot rmica O Cap tulo 4 faz a an lise do estado da arte geotermia nos edif cios abordando todos os campos necess rios para a aplica o de um sistema geot rmico na constru
236. u o desta casa ir abordar se uma alternativa aos sistemas utilizados optando por outra fonte de energia renov vel mais em concreto a geotermia A alternativa aqui apresentada grosso modo similar que foi utilizada no anterior caso de estudo embora com algumas diferen as relativamente ao aproveitamento solar Ser apresentada uma proposta que tem em conta fazer a climatiza o ambiente aquecimento e arrefecimento e a produ o de AQS apenas com a fonte de energia renov vel geotermia e n o com o apoio da solar Nesta casa tamb m poss vel fazer um aproveitamento solar para fazer o apoio geotermia atrav s de pain is solares No entanto o estudo relativamente ao aproveitamento solar n o faz parte do objectivo desta disserta o O objectivo retirar todos os pain is solares ficando apenas os fotovoltaicos e usar apenas a geotermia para as finalidades j apresentadas Para a casa S E R est estipulado um aproveitamento geot rmico com o tipo de capta o vertical uma bomba de calor geot rmica terra gua e o pavimento radiante como sistema de distribui o N o se optou por usar ventiloconvectores porque sendo esta uma casa com baixo consumo energ tico devido aos sistemas construtivos o pavimento radiante suficiente para a climatiza o No entanto foi tida em conta a filosofia da casa S E R ou seja o sistema geot rmico foi dimensionado para o tamanho m ximo que poder vir a ter casa O ni
237. uais cinco po os de produ o que a alimentam O actual parque de po os de produ o desta central disponibiliza um excesso de geofluido que suporta a ideia do estudo da sua expans o 23 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Como poss vel analisar pela figura 3 5 a produ o combinada ascendeu em 2009 a 170 GWh o que contribui na estrutura de produ o da Ilha de S Miguel com uma cota de 38 e no arquip lago com 22 No entanto tamb m poss vel analisar o peso das energias renov veis na Ilha de S Miguel figura 3 6 34 ENERGIA PRODUZIDA GWH GWH o O Diesel O H drica 150 O cror rmica Fig 3 6 Evolu o da contribui o das fontes de energia em S Miguel A ores 34 Pela an lise da figura 3 6 poss vel afirmar que as fontes de energia h drica e geot rmica t m um peso muito significativo na produ o de energia representando aproximadamente 46 da sua contribui o para a produ o de energia em 2008 Relativamente s duas fontes de energia renov veis apresentadas a produ o geot rmica apresenta se em destaque pelo car cter est vel do recurso e o estatuto de pot ncia garantida proporcionando uma contribui o significativa para a autonomia energ tica da Regi o Aut noma dos A ores Al m dos grandes resultados ambientais decorrentes do uso desta energia a produ o geot rmica apresentada como um caminho positivo a ser se
238. udo de Casos Na casa S E R optou se por usar as mesmas vari veis para o c lculo das perdas t rmicas e das necessidades de aquecimento anual o valor destas vari veis pode no entanto ser diferente Uma vari vel a alterar e que diminuiria consideravelmente as perdas t rmicas o coeficiente G do isolamento que pelo m todo expedito Franc s utilizado no dimensionamento pode ir at um valor de 0 65 W C m que corresponde a edif cios com um melhor conforto t rmico reduzido o consumo energ tico e com pouca emiss o de gases que provocam o efeito de estufa 89 Para a casa S E R num futuro dimensionamento poder se ia avaliar este valor que permite chegar a um n mero de perdas t rmicas na ordem dos 5 4 kW para uma rea de 140 m e volume 378 m e consequentemente uma diminui o na profundidade do furo N o fazendo parte do objectivo desta disserta o simular dimensionamentos optou se por usar o mesmo valor de G utilizado na moradia Relativamente s outras vari veis usaram se os mesmos valores que no caso da moradia Quadro 6 2 Quadro 6 2 Dados t rmicos para aquecimento da casa S E R Dados t rmicos para aquecimento da casa S E R Perdas t rmicas 7 4 kW Coeficiente G de isolamento W C m 0 90 Suplemento de compensa o de perdas 1 2 Profundidade dos furos de capta o para 60 W m iiam tipo de solo com mistura de rocha e sedimentos N
239. unta um gerador que transforma a energia mec nica em energia el ctrica Oceanos A energia contida nos oceanos pode ocorrer de diversas formas mar s correntes mar timas gradiente de temperatura gradiente de salinidade e ondas Estas ltimas s o respons veis por metade do recurso mundial de energia oce nica e as nicas relevantes em Portugal Exceptuando a central de mar de La Rance constru da em Fran a em 1966 n o h ainda explora o comercial deste recurso Prev se que possa ser utilizada para produzir energia el ctrica e numa fase posterior gua doce e hidrog nio Cada forma de energia dos oceanos tem a sua pr pria tecnologia No caso das ondas h 5 princ pios b sicos ainda em desenvolvimento mas em geral aproveita se o movimento relativo induzido pelas ondas entre duas ou mais partes do mesmo dispositivo 2 6 2 2 4 Grupo Ambiental Vento E lica Onshore Trata se da energia contida no vento E uma energia cin tica obtida pela desloca o de massas de ar em consequ ncia de diferen as de press o atmosf rica Entre muitas outras utiliza es aproveitada nos parques e licos para produzir energia el ctrica 15 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Serve para navegar desde h v rios s culos quando usada directamente Sendo convertida em energia mec nica pode ser usada para moer cereais bombear gua gerar energia el ctrica etc O c
240. uperf cie do colector geot rmico necess rio atrav s da f rmula seguinte AP AA Pot ncia do evaporador W Superf cie de colector geot rmico 4 7 Calor espec fico de extrac o W m 2 53 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Para se calcular o calor espec fico de extrac o preciso saber a capacidade t rmica do terreno que depende do tempo de funcionamento anual apresentado no Quadro 4 3 existente na directriz VDI 4640 os respectivos valores em fun o do subsolo Quadro 4 3 Calor especifico de extrac o em fun o do tipo de subsolo VDI 4640 Calor espec fico de extrac o W m Subsolo 1800 h 2400 h Solo n o coesivo 10 8 Solo coesivo h mido 20 30 16 24 Solo saturado 40 32 Aplicando novamente o exemplo para um solo coesivo e 1800h ano de funcionamento o calor espec fico de extrac o apresenta um valor m dio de 25 W m 90 Superf cie de colector geot rmico a 7 360m 4 8 Nestas condi es teria uma superf cie de colector geot rmico de 360 m Ap s calculada a superf cie necess ria de colector geot rmico preciso saber qual a dimens o do tubo a aplicar e calcular a quantidade de tubo necess ria A dimens o do tubo depende da capacidade t rmica do solo Na directriz VDI 4640 apresentada o Quadro 4 4 que ajuda a escolher a dimens o do tubo em fung o do tipo de solo Quadro 4 4 Dimens o d
241. uptake in continental soil Emphasis was put to the two most used types vertical capture with geothermal probes and horizontal capture using geothermal collectors Two cases of practical application of geothermal energy in buildings were studied In the first case 1t was followed in loco the whole process for the application of this technology in a house house from initial design to completion In the second case and supported by the knowledge obtained above was created a proposal to use this technology in a home study at the Faculty of Engineering Oporto FEUP The study of this technology allowed to make known the steps that are necessary for the application of geothermal energy in buildings and conclude on their economic and environmental benefits KEYWORDS energy efficiency renewable geothermal building Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos vi Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos NDICE GERAL AGRADECIMENTOS 2 gt 2 0 0 6250 RUAS toa O eos DU dec i RESUMO a aana R ea A RO Ee N EE a jii ABSTRACTA A A RR A v 1 INTRODU O ssa ana asas eo a aaa TA OBJECTIVOS ti ina 1 1 2 MOTIVA O ss sense DR DR nl 1 13 METODOLOGIAS e E salas less sas ada alisa Lands sds d aaa es ads es iolasfs sai 1 1 4 ESTRUTURA DA TESE couaiczo sos sonicsonieransos saziiscafozamesa ica 2 2 ENQUADRAMENTO DA UTILIZA O DA ENERGIA NOS
242. vel do consumo de gua permite utilizar menor quantidade de gua pot vel que se encontra cada vez mais escassa Na Figura 6 4 poss vel ter uma ideia da constru o do m dulo principal referente cozinha e casa de banho e coloca o dos pain is solares e fotovoltaicos numa das faces do telhado 145 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos m Fig 6 4 Constru o de um m dulo da casa S E R 86 Na Figura 6 5 est o representados alguns pormenores da casa S E R respectivamente o sistema de ancoragem estrutural das funda es e o enchimento do espa o de ar das paredes com material de grande in rcia Fig 6 5 Pormenores da casa S E R 88 6 2 ARQUITECTURA Como j foi dito no par grafo anterior a arquitectura da casa S E R foi projectada de modo a ser uma habita o que se expande em termos de tamanho ao longo do tempo A dimens o inicial do espa o modular e o seu aumento feito posteriori do interesse do utilizador Para este caso de estudo optou se por escolher um limite de tr s blocos modulares um principal cozinha casa de banho e antec mara e dois secund rios sala arrumos 2 quartos e zonas de circula o Na Figura 6 6 est representada uma figura correspondente planta da casa S E R para a quantidade de blocos modulares admitida Sobre a cozinha a casa de banho e a antec mara existe um piso em mezanino denominado por
243. virada a nascente Como j foi referido no cap tulo anterior o ideal na implanta o dos edif cios ficarem colocados com a fachada 88 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos principal virada a sul mas por motivos arquitect nicos essa exig ncia n o foi poss vel de se concretizar No Quadro 5 1 apresentam se as reas de cada compartimento que comp e cada piso Quadro 5 1 rea dos compartimentos do piso O Compartimentos rea m Piso 0 Quarto 1 25 Quarto 2 13 Quarto 3 13 Cozinha 24 Elevador 2 Sala comum 52 WC 1 2 9 WC 2 5 WC 3 4 7 Hall dos quartos 6 3 Hall de distribui o 16 Hall de entrada 2 5 Na Figura 5 10 ser apresentado o piso 1 da moradia piso subterr neo Zona T cnica Fig 5 10 Planta da moradia H2 A piso 1 89 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos O piso 1 da moradia constitu do por um quarto uma sala de estar um jardim interior que tem a denomina o de p tio ingl s a lavandaria dois quartos de banho a zona t cnica casa das m quinas o elevador a garagem individual um p tio e os arrumos Como poss vel ver na Figura 5 10 a entrada para a garagem individual feita pelo piso 1 Isto deve se ao facto de por raz es meramente arquitect nicas n o haver circula o de ve culos
244. volveu 118 na es num compromisso pela primeira vez ambicioso escala mundial Discutiram se as mudan as clim ticas e as pol ticas a adoptar denominadas por Mecanismos de Flexibilidade que tinham como finalidade a redu o da emiss o de gases na atmosfera O tratado entrou em vigor em Fevereiro de 2005 mas sem incluir os Estados Unidos da Am rica respons vel por 22 das emiss es dos gases Com outras confer ncias pelo meio em Dezembro de 2009 que surge a Cimeira de Copenhaga 10 realizada com o intuito de substituir o Protocolo de Quioto mas n o se tendo chegado a um acordo entre as partes Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Actualmente existem algumas ac es que caracterizam o Desenvolvimento Sustent vel 11 Integrar e racionalizar sistemas de produ o de energias renov veis e end genas Solar Fotovoltaica Solar T rmica Biocombust veis Biog s Biomassa Geot rmica Oceanos Mini H drica F lica Integrar sistemas de controlo de efici ncia energ tica indicadores de consumo e de racionaliza o Diminuir o impacto ambiental Preservar a diversidade biol gica e aqu tica os sistemas ambientais paisag sticos e a biodiversidade Preservar e compreender os sistemas humanos e sociais Melhorar a qualidade de vida Preservar e incentivar a economia e o com rcio local Produ o sustent vel de alimento e vestu rio Desenvolvimento
245. xiste uma rela o entre a temperatura interior em fun o da carga t rmica e da temperatura m xima superficial do pavimento Figura 4 56 75 Carga t rmica W m2 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Temperatura m x superficial do pavimento C Fig 4 56 Rela o entre temperaturas e carga t rmica 75 A temperatura ptima dos pavimentos radiantes situa se entre os 24 e os 27 C o que corresponde a uma transfer ncia de calor entre os 35 e 60 W m sendo poss vel obter se uma uniformidade na temperatura do pavimento 76 Sob o ponto de vista ambiental ao usar baixas pot ncias calor ficas para o seu funcionamento e a sua versatilidade em adequa o a fontes de produ o de energia renov vel este um sistema que se adequa s exig ncias de redu o das emiss es de CO O pavimento radiante constitu do essencialmente por tubos distribu dos em espiral Figura 4 55 sobre o piso do local onde se pretende climatizar Estes tubos podem ser de PEX PE 100 ou multicamadas PE rt e o seu di metro varia entre os 16 e 20 mm Uma nota importante a salientar a maneira como influenciada a temperatura no circuito de distribui o que depende directamente dos seguintes aspectos rea exterior lateral da tubagem do circuito Distanciamento entre tubos Resist ncia t rmica dos elementos que se encontram sobre a tubagem Resist ncia t rmica entre a tubagem
246. z que se pode ver emitida pelo sol por uma l mpada ou por uma vela Energia T rmica a energia associada diferen a de temperatura de um corpo relativamente ao meio ambiente onde se integra Energia H drica a energia potencial associada gua armazenada numa barragem Energia das ondas a energia associada ao movimento das ondas do mar Energia Qu mica a energia associada aos combust veis alimentos explosivos etc Energia Geot rmica a energia associada ao calor proveniente do interior da Terra Energia E lica a energia associada ao vento ou seja ao movimento do ar Energia Sonora a energia associada propaga o das ondas sonoras 2 6 2 FONTES DE ENERGIA As fontes de energia podem ser divididas em dois tipos Fontes n o renov veis f sseis ou convencionais Fontes renov veis Ser descriminada nos par grafos seguintes cada uma destas fontes de energia 2 6 2 1 Fontes n o Renov veis F sseis ou Convencionais As fontes de energia n o renov veis s o aquelas que se encontram na natureza em quantidades limitadas e que se esgotam com a sua utiliza o Uma vez esgotadas as reservas n o podem ser regeneradas Consideram se fontes de energia n o renov veis os combust veis f sseis carv o petr leo e g s natural e o ur nio Figura 2 5 24 10 Geotermia e Implica es nas Tecnologias da Constru o Estudo de Casos Fig 2 5 Font

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