COMUNICAÇÃO
ENERGIA GEOTÉRMICA
aplicada aos
SISTEMAS ENERGÉTICOS DE EDIFÍCIOS
Luís Coelho,
Escola Superior de Tecnologia de Setúbal - Portugal
Seminário: O Sector da Energia Num Futuro Sustentável
29 de Outubro de 2007 – Caldas da Rainha , Portugal
OBJECTIVOS
• PROMOVER O CONHECIMENTO DE UMA FORMA DE
APROVEITAMENTO DE ENERGIA GEOTÉRMICA (RENOVÁVEL);
• DEMONSTRAR A UTILIZAÇÃO DE BOMBAS DE CALOR
GEOTÉRMICAS (GSHP – Ground Source Heat Pumps), EM
SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO DE EDIFÍCIOS.
• FAZER UM ENQUADRAMENTO DAS OPORTUNIDADES DE
DESENVOLVIMENTO DAS APLICAÇÕES DE GSHP
BOMBAS DE CALOR
• BOMBAS DE CALOR: Aquecimento e Arrefecimento
Ar Ambiente
7.5 kW
CO2
RES
4.55 kW
Comb.
fósseis
Elect.
2.5 kW
Produção Eléctrica
REE=55%
Água quente
10 kW
Bomba de
Calor
(COPh=4)
BOMBAS DE CALOR
• BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS: Aquecimento e Arrefecimento
• REDUÇÃO DO CONSUMO DE PES: 33%
• REDUÇÃO DE EMISSÃO DE CO2
(COPh=6)
CO2
RES
3.04 kW
Água quente
Elect.
10 kW
1.67 kW
Produção Eléctrica
REE=55%
8.33 kW
Comb.
fósseis
Bomba de
Calor
Solo, Geotermia
GSHP
• BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS:
• É uma tecnologia fiável, e provada mas com forte potencial de desenvolvimento.
• Novos fluidos; novos equipamentos; associadas a outras renováveis (ex.
solar); etc.
• Reduz os custos de aquecimento e arrefecimento entre 25% a 75%;
• Reduz significativamente as emissões de CO2;
• Aumenta o valor do ciclo de vida do edifício;
• Promove o conforto nos edifícios (menor ruído, menor impacto visual);
• Protege o ambiente;
• Promove o desenvolvimento sustentável da utilização energética.
GSHP
• VANTAGENS DAS GSHP (em termos de eficiência):
− Temperatura da água:
 Cerca de 15 ºc - 17ºC;
 Estável na maior parte do ano;
– Permite:
Eficiência no aquecimento ambiente,
Eficiência no arrefecimento ambiente,
Eficiência na preparação de AQS.
GSHP
• DESVANTAGEM:
 Custos de instalação mais elevados
Furos geotérmicos: 45-50 euros/m
• BALANÇO FINANCEIRO:
Tempo de recuperação de investimento adicional a partir de 3
anos conforme os casos:
• Mais vantajoso em edifícios residenciais, hotéis, hospitais
e outros de fraca ocupação e utilização nocturna.
GSHP
• CONSTITUIÇÃO DE UM SISTEMA DE GSHP:
− Circuito primário de água:
 Captação geotérmica: furos, captação horizontal;
 Permutadores de calor enterrados (Ground Heat
Exchangers – GHE);
 Bombas de circulação, tubagens, colectores,
equipamentos auxiliares.
−Produção de calor/frio pelas GSHP
– Circuito secundário de distribuição de água ou ar, (idêntico a
outras bombas de calor ou caldeiras):
 Ventilo-convectores (2 ou 4 tubos); UTAs; Chão/Tecto
aquecido/arrefecido, condutas de ar.
GSHP
• CIRCUITO PRIMÁRIO:
− Circuitos abertos:
 Furos para extracção e para injecção de água (10 – 50 m);
 Água de minas ou túneis
– Circuitos fechados:
 Permutadores enterrados, circuitos verticais (60 - 250 m);
 Circuitos horizontais (1,2 – 1,5 m);
 Troca de calor em águas de lagos, rios, mares (não geot.).
Rohre in Graben
Verteiler im Haus
Grundwasserspiegel
Pumpe
Source:
Serienschaltung
GSHP
• Permutadores de Calor Geotérmicos Verticais:
Simple coaxial
Complex coaxial
Tubo de Separação
Acessórios
Tubos de
Permutador
Simples
Single-U-pipeCoaxial
Double-U-pipe
Coaxial Complexo
Single-U-pipe Doubl
25-32 mm
25-32 mm
Peso de Fundo
Bentonite
+ cimento
Simple coaxial
Duplo “U”
Complex coaxial
Simples “U”
Simple coaxial
Complex
PROJECTO GROUNDHIT
• DEMONSTRAÇÃO EM PORTUGAL:
• Duas Bombas de Calor Geotérmicas 2 x 15 kWaq
• Circuito primário:
• Furos Geotérmicos: 5 x 80 m = 400 m
• Permutadores: três “duplo-U”, dois coaxiais
• Empresa: Geominho
(GSHP#1, COPaq: 5-6):
• Produção de energia útil: 2 x GSHP
• Circuito Secundário:
• Sistema de AVAC: Ventilo-convectores a dois tubos:
• Duas salas de aulas;
• Cinco gabinetes.
• Equipamento CIAT (agradece-se à Efcis e CIAT)
(Possibilidade de comparação com sistema VRV da LG, agradece-se à LG Portugal e à
Assistécnica)
PROJECTO GROUNDHIT
GS
HP
-A
GS
HP
-B
3.35
2.47
0.00
PROJECTO GROUNDHIT
PROJECTO GROUNDHIT
PROJECTO GROUNDHIT
PROJECTO GROUNDHIT
GSHP
• PRINCIPAL DESVANTAGEM:
• Custo adicional da instalação: furos geotérmicos
Source: EWS
Cost for Borehole Heat Exchangers each 100 m
Double-U-tube
4 x 32
Single-U-tube
2 x 40
Simple coaxial
63/32
Simple coaxial
63/40
Simple coaxial
75/40
Simple coaxial
75/50
Drilling
cost
[€]
3.750
Price per
tube
[€]
677
Grouting
material
[€]
237,5
Antifreeze
fluid **
[ltr.]
216
4.000
426
309,4
167,2
4.903
3.750
439
240,6
181,2
4.611
3.750
478
240,6
170
4.639
4.100
617
262,5
252
5.232
4.100
680
262,5
228
5.271
Summary
[€]
4.881
GSHP
• PERMUTADORES ENTERRADOS:
• Estimativa do comprimento necessário.
• Depende do tipo de solo, da sua temperatura e do tipo de
permutador usado;
Courtesy: UBeG
GSHP
• PERMUTADORES ENTERRADOS:
• Estimativa do comprimento necessário (3 furos).
3 furos
sem água subt.
3x74=222 m
222x50 = 11100 W
(11100 euros)
3 furos
com água subt.
3x65=195 m
195x58 = 11310 W
(9750 euros)
Setúbal
Courtesy: EGEC
GSHP
• SISTEMA GSHP valores típicos em Setúbal:
•Permuta de calor nos furos:
– 75 W/m (Pot. aquec.) ou 58 W/m (Pot. efectiva)
– Exemplo: Pot. Aquecimento. 30 kW (400 m furos, (CPOaquec=4)
Pot. Arrefecimento: 22 kW + 7,3 kWcomp (CPOarrf=3) = 29,3 kW
Profund. Furos: 326 m (90W/m)
(A diferença de temperaturas para o subsolo é maior no arrefecimento necessitando de
menor área, ex. 90 W/m: 300 m de furos); 400 m → 28 kWarref.
•Custos dos furos:
– 40-50 euros/m
– Total: 16000 – 20000 euros
GSHP
• SISTEMA GSHP valores típicos:
• Custo da instalação:
– GSHP ligado em circuito aberto em furos de água: 600-1000 €/kWth
– GSHP ligado em circuito fechado a GHE : 1000-1500 €/kWth
• Custo de funcionamento:
(electricidade e manutenção)
– 0,015 – 0,028 € / kWhth
• Custo total de aquecimento/arrefecimento:
(5% de depreciação por 20 anos de vida)
– 0,038 – 0,048 € / kWhth
– Gasóleo: 0,065 €/kWhth
Gás Natural : 0,058 €/kWhth
– Arrefecimento com bombas de calor a ar: 0,06 €/kWhth
GSHP
• Quantity and
installed capacity
of GSHP in the
countries of the
European Union
(Fonte: DGTREN)
GSHP
AREA ENERGY.4.3: GEOTHERMAL ENERGY
Expected impact: the focus of the geothermal energy area will be on the following topics: i)
to improve the performance of specific ground source heat pumps (increased efficiency
and competitiveness); ii) to improve the reliability and ease of maintenance of the
underground heat exchanger.
Topic ENERGY.2007.4.3.1: Improved ground source heat pumps
Content/scope: Optimise the component level design including heat transfer fluids of
commercial ground source heat pumps. The aim is to increase the coefficient of
performance of the heat pump and of the overall system in order to reduce the electricity
consumption and extend its usage in Europe and particularly to the Mediterranean
regions where this technology has not gained ground in a significant manner. The increase
of efficiency will reduce operating costs and reduce pay-back time.
Funding scheme: Collaborative project with a predominant demonstration component.
Expected impact: Reduce total cost (investment, operation and maintenance costs) of
geothermal heat supply.
Other information:
Open in call: FP7-ENERGY-2007-2-TREN
GSHP
In the light of the information received during the public consultation and the impact
assessment, the Commission proposes in its Renewable Energy Roadmap21 a binding
target of increasing the level of renewable energy in the EU's overall mix from less
than 7% today to 20% by 2020. Targets beyond 2020 would be assessed in the light
of technological progress.
How do we get there?
…
In the heating and cooling sector, progress will have to come from a number of
technologies. Sweden, for example, has over 185 000 installed geothermal heat
pumps. Germany and Austrian have led the way on solar heating. If other Member
States matched these levels, the share of renewable energy in heating and cooling
would jump by 50%.
Source: COMMUNICATION FROM THE COMMISSION TO THE EUROPEAN COUNCIL AND THE
EUROPEAN PARLIAMENT “AN ENERGY POLICY FOR EUROPE”
Brussels, 10.01.2007, COM(2007) 1 final.
GSHP
Regulamentos
Certificação Energética
Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do
Ar Interior em Edifícios (SCE)
Edifícios Residenciais sem sistemas AVAC
2
Classes de Eficiência Energética (kgep/m .ano)
Habitação (Dec.Lei 80/2006)
Energia
A+
(Dec.Lei 78/2006)
SCE
Menos eficiente
Mais eficiente
XXX
XXX
A
XXX
B
XXX
B-
XXX
C
XXX
D
XXX
E
XXX
F
XXX
G
YYY
Consumo energético nominal anual (kWh/m2.ano):
Emissões de CO2 (ton./ano):
Necessidades nominais de energia:
Nic/Ni (kWh/m2.ano):
Nvc/Nv (kWh/m2.ano):
Serviços (Dec.Lei 79/2006)
Nac/Na (kWh/m2.ano):
Ntc/Nt (kWh/m2.ano):
Tipo de Edifício:
Edifício/Fracção:
Localização:
Zona Climática:
As GSHP permitem
aumentar a eficiência
energética dos edifícios
Área útil de pavimento:
Características construtivas:
Produção de águas quentes:
Data de emissão do certificado:
Nº de Registo do Certificado:
m2
Área útil de parqueamento:
m2
PROJECTOS I&D
• PARTICIPAÇÃO DA ESTSetúbal EM PROJECTOS EUROPEUS I&D
sobre GSHP:
• GROUND-HIT project (Ground Coupled Heat Pumps Of High Technology):
• FP6 (http://www.groundhit.eu/)
• GROUND-REACH project (Meeting the Kyoto targets through large scale
introduction of ground source heat pumps (GSHP) in the built environment):
• IEE (http://groundreach.fiz-karlsruhe.de/)
• IGEA project (Integration Of Geothermal Energy Into Industrial
Application):
• IEE (website em construção)
GSHP
• CONCLUSÕES:
• A utilização de bombas de calor geotérmicas é uma alternativa
viável na climatização de edifícios permitindo a redução do
consumo de energia, das emissões de CO2 e dos custos de
exploração dos edifícios;
• Existe um quadro de oportunidades para a sua implementação
em Portugal;
• Com o desenvolvimento tecnológico e de mercado as GSHP
estão a tornar-se cada vez mais competitivas;
• Existe no entanto a necessidade de se efectuarem estudos
adequados de implementação para aproveitar o seu potencial de
forma eficaz.
GSHP
MUITO OBRIGADO
THANK YOU
PV
The
rma
Passive
l