Avaliação da viabilidade técnica de um sistema de geotermia superficial baseado em estacas termo-ativadas – um caso de estudo em Lisboa
FOTO ANSHU A/ UNSPLASH
Este artigo apresenta um estudo de viabilidade técnica para integrar um Sistema de Energia Geotérmica Superficial (SEGS) baseado em estacas termo-ativadas (ETAs) num empreendimento residencial em Portugal, com o objetivo de aumentar a confiança nesta tecnologia e incentivar a sua adoção. É adotado como caso de estudo o empreendimento Prata Riverside Village, em Lisboa.
A metodologia de dimensionamento do sistema SEGS integra três componentes principais: (i) simulação energética do edifício com o EnergyPlus™, para caracterização das necessidades de aquecimento, arrefecimento e AQS; (ii) simulação do desempenho do SEGS ao longo de 25 anos com o PILESIM; e (iii) análise termomecânica da interação solo-estaca no programa de cálculo automático ABAQUS.
Os resultados demonstram que o sistema pode suprir, na quase totalidade, as necessidades de climatização e AQS, com COPs da ordem de 5 (aquecimento) e 4.4 (arrefecimento), induzindo um aumento aceitável de cerca de 5 °C da temperatura do subsolo a longo prazo. Os efeitos termomecânicos permanecem modestos e compatíveis com os requisitos estruturais. Conclui-se que a integração de SEGS com ETAs é tecnicamente viável para este tipo de empreendimento.
Introdução
Em Portugal, a energia geotérmica é sobretudo associada à produção de eletricidade nos Açores e ao uso de águas termais para aquecimento e balneoterapia, no território continental e nas ilhas. Contudo, estas aplicações dependem das condições geológicas específicas locais e não são viáveis em todo o território. Por outro lado, a energia geotérmica superficial representa uma fonte de energia que é acessível e viável em praticamente todo o lado, mas em Portugal a sensibilização para esta tecnologia é baixa e a sua utilização ainda não é generalizada. Até hoje, apenas foram reportados publicamente em Portugal seis projetos envolvendo Sistemas de Energia Geotérmica Superficial (SEGS), apesar de existirem evidências claras da sua eficiência nas condições climáticas portuguesas.
A Energia geotérmica superficial pode ser explorada através de bombas de calor geotérmico, que permitem que o calor num edifico seja transferido para o solo através de permutadores de calor em contacto com o solo. Estes sistemas exploram o facto que, a partir dos 8–10 m de profundidade, a temperatura do solo mantém-se constante e próxima da temperatura atmosférica média anual. Isto permite que estes sistemas sejam utilizados para aquecimento no inverno e arrefecimento no verão, com níveis de eficiência elevados e baixos custos operacionais.
A maior limitação dos SEGS é o elevado custo inicial de instalação, sobretudo devido à necessidade de construir elementos em contacto com o solo, para proporcionar a troca de calor, o que pode representar 50% do custo inicial. O custo inicial de instalação é frequentemente o dobro do custo de sistemas baseados em fonte de ar. No entanto, quando considerado o ciclo de vida completo, os SEGS revelam-se competitivos face a outras soluções renováveis e até vantajosos comparativamente a sistemas baseados em energia não renovável.
Uma forma de reduzir o custo inicial consiste na utilização de elementos de fundação (lajes, estacas, muros de contenção), que terão de ser construídos de qualquer maneira, como permutadores de calor, reduzindo o custo associado à execução de poços ou valas. A conversão destes elementos em permutadores de calor é relativamente simples e económica, consistindo na integração de tubos plásticos através dos quais circula um fluído de permuta de calor. As estacas termo-ativadas (ETAs) são a solução mais comum, havendo múltiplos registos da utilização desta solução técnica a nível mundial. Em Portugal, o primeiro caso foi desenvolvido na Universidade de Aveiro, utilizando ETAs e permutadores de calor em sondagem
Este artigo apresenta um estudo de viabilidade técnica para integrar um SEGS, baseado em ETAs, num empreendimento residencial em Portugal, com o objetivo de aumentar a confiança nesta tecnologia e incentivar a sua adoção.
Caso de estudo
O Prata Riverside Village (PRV), localizado em Marvila, Lisboa, é um empreendimento desenvolvido pela VIC Properties e projetado por Renzo Piano, avaliado em cerca de 400M € e composto por 12 lotes de uso residencial e comercial com linguagem arquitetónica comum. Este estudo incide sobre o Lote 6, composto por quatro edifícios numa matriz 2x2, parcialmente ligados ao nível do piso térreo. A tipologia dos apartamentos é variada: T1, T3 e T4 nos pisos 1 a 4 e T2 no piso 5. A estrutura do edifício é em betão armado e o edifício encontra-se fundado em estacas moldadas. O Lote 6 inclui ainda um piso enterrado para estacionamento e áreas técnicas.
A solução de climatização adotada no Lote 6 baseia-se num sistema do tipo Vazão de Refrigerante Variável (VRF) ar-ar, com uma unidade exterior alimentada a eletricidade e splits dispersos pelo apartamento. Adicionalmente, tem um sistema de Águas Quentes Domésticas (AQS) baseado em energia solar térmica centralizada, com um depósito acumulador individual por fração. (...)
Autores:
Diogo Venâncio, Mestre em Engenharia Civil no Instituto Superior Técnico, desenvolveu o trabalho aqui apresentado, no âmbito da sua dissertação de Mestrado. Engenheiro Geotécnico na ARUP em Cork, na Irlanda
Nuno R. Martins, Investigador na área de Energia, Ambiente e Construção, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
Teresa Maria Bodas Freitas, Professora Auxiliar na área da engenharia geotécnica e geotérmica superficial no CERIS, Instituto Superior Técnico
Peter Bourne-Webb, Professor Auxiliar na área da engenharia geotécnica e geotérmica superficial no CERIS, Instituto Superior Técnico
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