Energia geotérmica superficial é opção para climatização de edifícios

Pouco difundida no Brasil, tecnologia se baseia no aproveitamento de energia térmica do subsolo para reduzir o consumo de energia elétrica

Publicado em: 30/09/2021

Texto: Juliana Nakamura

Energia geotérmica superficial
No CICS, a climatização será feita por meio da circulação de água em tubos de polietileno fixados na armadura das estacas das fundações (Foto: Divulgação/CICS)

Pelo menos 25% do consumo de energia elétrica das edificações no Brasil é despendida com sistemas de climatização artificial, segundo dados do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel). Em um cenário de crise energética severa e diante da necessidade de explorar matrizes renováveis não poluentes, uma alternativa que surge é a energia geotérmica superficial.

Por aqui, a energia geotérmica superficial também pode ser usada para climatizar ambientes, aquecer água de piscinas, banheiros, cozinha, e em processos industriais
Cristina de Hollanda Cavalcanti Tsuha

Essa fonte de energia local e limpa foi incluída em uma lista de soluções no Plano Nacional de Energia (PNE 2050), do Ministério de Minas e Energia. O documento indica que a energia geotérmica já dispõe de viabilidade em mercados internacionais e pode representar uma oportunidade para o Brasil. Na Europa esse sistema é utilizado desde os anos 1980 para aquecer edifícios. “Por aqui, a energia geotérmica superficial também pode ser usada para climatizar ambientes, aquecer água de piscinas, banheiros, cozinha, e em processos industriais”, explica a professora Cristina de Hollanda Cavalcanti Tsuha, da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo.

O QUE É A ENERGIA GEOTÉRMICA?

A energia geotérmica superficial baseia-se no aproveitamento da energia térmica do subsolo existente em qualquer terreno. A temperatura média do solo a partir de certa profundidade é geralmente constante ao longo do ano, sendo inferior à temperatura ambiente durante as estações mais quentes. Por meio da circulação de um fluido — normalmente água — por tubos de polietileno instalados em poços, valas ou nas fundações, é realizada a troca de energia entre o edifício e o subsolo com o auxílio de uma bomba de calor. Em função da necessidade do edifício, o sistema pode remover o calor de ambientes no verão e dispersá-lo no solo. O processo inverso ocorre no inverno, quando o sistema transfere o calor do solo para o aquecimento dos ambientes.

“A energia geotérmica superficial pode reduzir o consumo de energia elétrica com ar-condicionados em qualquer tipo de construção, como edifícios residenciais e comerciais, hotéis, hospitais, shoppings, e outros. A economia vai depender da demanda de energia para climatização, do tamanho do edifício, e das características do subsolo entre outros fatores”, continua Tsuha.

No caso do CICS, as tubulações foram instaladas em estacas hélice contínua e tubulares de aço. O aproveitamento das estacas como trocadores de calor dão uma segunda função às fundações, além do papel original de suportar as cargas da estrutura
Cristina de Hollanda Cavalcanti Tsuha

Um empreendimento que prevê o uso desta tecnologia é o Centro de Inovação em Construção Sustentável (CICS) da USP, em São Paulo. No projeto realizado por pesquisadores da Escola de Engenharia de São Carlos e da Escola Politécnica, a climatização será feita por meio da circulação de água em tubos de polietileno fixados na armadura das estacas das fundações.

“No caso do CICS, as tubulações foram instaladas em estacas hélice contínua e tubulares de aço. O aproveitamento das estacas como trocadores de calor dão uma segunda função às fundações, além do papel original de suportar as cargas da estrutura”, comenta Tsuha, lembrando que o objetivo da iniciativa é dimensionar, por meio de testes e monitoramentos, o quanto é possível reduzir o consumo de energia elétrica.

DESAFIOS DE IMPLEMENTAÇÃO

O sistema de aproveitamento de energia geotérmica pode ser aplicado em todas as tipologias de edifícios. Antes disso, contudo, é importante conhecer as propriedades térmicas do subsolo local e analisar as condições de clima e demanda térmica da edificação.

Segundo Cristina Tsuha, o maior desafio para implantar esta tecnologia no Brasil é a falta de exemplos de casos de aplicação ou de estudos que demonstrem a viabilidade do uso da geotermia superficial em condições de clima tropical.

Em outros países, a necessidade de resfriamento e aquecimento de ambientes costuma ser equilibrada ao longo do ano. “Já no Brasil, a principal demanda é para resfriamento de ambientes, que pode ser maior ou menor conforme a região do país. Isso significa que a contínua rejeição de calor de ambientes no subsolo ao longo do tempo poderá aumentar a temperatura e influenciar na eficiência”, destaca Tsuha. Ela conta que, no momento, não se sabe o quanto isso afeta o desempenho do sistema. “Para evitar este possível problema, seria necessário recorrer a estratégias como o uso intercalado de trocadores de calor instalados no solo para climatização, ou extrair calor do subsolo para aquecimento de água, por exemplo”, conclui a professora.

Colaboração técnica

Cristina de Hollanda Cavalcanti Tsuha
Cristina de Hollanda Cavalcanti Tsuha — Engenheira civil com mestrado e doutorado em Geotecnia, na área de Fundações, na Universidade de São Paulo (Escola de Engenharia de São Carlos) e pós-doutorado na Technical University of Grenoble, na França. É professora da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo.