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NEWSLETTER. EDITORIAL DO GRUPO DE COORDENAÇÃO DA PPGS. O Grupo de Coordenação da PPGS
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Isadora Stachinski Sequeira
1 Nº 3 Abril 2015 p.1 PUBLIQUE NA DA PPGS Todos os interessados em divulgar informações, notícias, eventos ou trabalhos relacionados com Geotermia na Newsletter da PPGS, deverão enviá-los para EDITORIAL DO GRUPO DE COORDENAÇÃO DA PPGS Neste 3º número da Newsletter da Plataforma Portuguesa de Geotermia Portuguesa (PPGS), destacam-se as soluções de regularização da temperatura interna através da geotermia implementadas em edifícios do campus da Universidade de Aveiro e a importância da realização de Testes de Resposta Térmica (TRT) em aplicações geotérmicas, a par de notícias breves sobre várias actividades e iniciativas, nacionais e europeias, realizadas no primeiro quadrimestre de Dando execução à prioridade estabelecida nas orientações políticas do Presidente Juncker, o presente ano ficou já marcado pelo Pacote da União da Energia, publicado pela Comissão em 25 de fevereiro e analisado pelo Conselho Europeu em de março. A nova política energética da EU, traduzida na COM(2015) 80 ( Estratégia-quadro da Comissão para uma União da Energia resiliente ), visa implementar um mercado da energia que beneficie os consumidores, reforce a segurança energética, as interligações de redes, a eficiência energética e o contributo das energias renováveis no mix energético. Relativamente às energias renováveis, a Comissão deverá propor em um novo Pacote para as Energias Renováveis que incluirá, entre outras iniciativas de política energética, legislação que garanta a prossecução da meta europeia vinculativa de pelo menos 27% de incorporação de energias renováveis no consumo de energia da UE até Para a descarbonização da economia e a manutenção da liderança tecnológica neste domínio, a UE precisa de um vasto leque de tecnologias das renováveis, incluindo a energia geotérmica nas suas diversas aplicações. A Newsletter da PPGS será a fonte de informação sobre os desenvolvimentos nesta matéria, em particular no que diz respeito ao aquecimento ou arrefecimento a partir de sistemas geotérmicos superficiais e bombas de calor. O Grupo de Coordenação da PPGS FICHA TÉCNICA Coordenação PPGS: Elsa Ramalho Pedro Madureira Carla Lourenço Luís Silva Colaboração neste número: Ana Vieira José Lapa Claudino Cardoso Luís Coelho Nelson Tavares Design gráfico: Filipe Barreira Horizonte2020 Ações COST European Network for Shallow Geothermal Energy Applications in Buildings and Infrastructures Teve lugar no dia 9 de Março em Bruxelas a reunião de lançamento da Ação COST European Network for Shallow Geothermal Energy Applications in Buildings and Infrastructures", das ações COST (European Cooperation in the field of Scientific and Technical Research), envolvendo o Laboratório Nacional de Engenharia Civil, o Laboratório Nacional de Energia e Geologia e o Instituto Superior Técnico como parceiros portugueses. A presente Ação reflete a recente expansão de fontes das aplicações em geotermia superficial para aquecimento e/ou arrefecimentos em edifícios através da introdução de permutadores de calor nos elementos das suas estruturas que fazem interface com o solo, tais como as fundações dos edifícios ou túneis e pretende fomentar a poupança de custos envolvendo em simultâneo o fator estrutural do próprio edifício e o aproveitamento da energia geotérmica. Foi estimado um total de cerca de 32 M para a totalidade dos países participantes e para a duração total da Ação ( ), que apoia missões científicas de curta duração, formação em instituições de investigação e de investigadores, apresentações em conferências temáticas e científicas, publicação de artigos na newsletter da COST e outras, que fomentam a disseminação e a partilha de conhecimentos e experiências. Integra 55 investigadores de 12 Países da EU e como Delegados Nacionais da Ação foram nomeadas Ana Vieira, do LNEC e Elsa Ramalho, do LNEG. A criação de cinco Working Groups focalizados nas várias
2 p.2 áreas que o projecto aborda, permitirá que a rede assegure uma plataforma inclusiva e aberta para a discussão No âmbito do 10º Seminário sobre Águas Subterrâneas, organizado pelo Grupo de Águas Subterrâneas da Região Sul da Associação Portuguesa de Recursos Hídricos, realizado nos dias 9 e 10 de abril de 2015 na Universidade de Évora, foi realizada uma visita técnica ao sistema de aquecimento de geotermia de muito baixa entalpia da Universidade de Évora. Esta visita, coordenada pelo Doutor Jorge Duque, compreendeu uma deslocação às quatro captações de água subterrânea que servem de suporte à instalação de geotermia de muito baixa entalpia, que aquece o piso inferior das salas de aulas do edifício do Colégio Espírito Santo e ainda o acesso à sala dos permutadores de calor. A visita técnica contou com cerca de 50 participantes. Num próximo número da Newsletter da PPGS, este sistema será descrito em detalhe. científica para definir as melhores práticas de regulamentação Europeias, para promover a consciencialização pública e a confiança nesta técnica e fomentar o conhecimento internacional através de uma colaboração que se pretende constante. INSPIRE THEMATIC CLUSTER ENERGY RESOURCES Foi recentemente criado o sub-grupo Energy Resources no INSPIRE, que cobre recursos energéticos históricos, atuais e futuros, bem como o ciclo de vida completo no que diz respeito aos aspetos relacionados com a sua viabilidade económica e social. A Diretiva INSPIRE estabelece a criação da Infra-Estrutura Europeia de Informação Geográfica. Esta infraestrutura pretende promover a disponibilização de informação de natureza espacial, utilizável na formulação, implementação e avaliação as políticas ambientais da União Europeia. HEAT PUMP INSTALLATION AND MAINTENANCE- HPC O IEA Heat Pump Centre (HPC) publicou a sua mais recente Newsletter, disponível em Esta edição da Newsletter refere a instalação de bombas de calor e a sua manutenção, especialmente a nível experimental e análise, tal como o relato de problemas reais na sua instalação. VISITA TÉCNICA À INSTALAÇÃO GEOTÉRMICA DE MUI- TO BAIXA ENTALPIA DA UNIVERSIDADE DE ÉVORA GEOTERMIA SUPERFICIAL UMA ENERGIA RENOVÁ- VEL A PRECISAR DE ATENÇÃO foi o título da conferência realizada no passado dia 14/04/2015, no Auditório da ESTG do Instituto Politécnico da Guarda. Inserida no âmbito das Palestras Energia e Ambiente 2015 daquele instituto, a sessão efectuada pelo Dr. Pedro Madureira, membro do Grupo de Coordenação da PPGS, abordou diversos tópicos relacionados com a geotermia superficial, numa perspectiva de divulgação e sensibilização para o aproveitamento deste recurso energético.
3 INFOGRAFIA: RENOVÁVEIS PARA AQUECIMENTO & ARREFECIMENTO As associações industriais das Renováveis para Aquecimento e Arrefecimento EGEC, AEBIOM e ESTIF desenvolveram uma infografia no estado das Renewables for Heat and Cooling (RHC) e os benefícios que serão atingidos através do enquadramento de uma política estratégica. A infografia pode ser descarregada em e para divulgação. p.3
4 p.4 A IMPORTÂNCIA DO TRT EM APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS Synege by Geoplano Technic A SYNEGE desenvolveu, em colaboração com o Instituto Politécnico de Setúbal, um equipamento (figura 1) para realização de Testes de Resposta Térmica (TRT). Este teste é muito importante para a determinação, com o máximo rigor, das propriedades do solo com vista à exploração dessas características em aplicações de climatização por bombas de calor geotérmicas, ou da simples circulação de água por permutadores enterrados/submersos em permuta direta (geocooling). Figura 1 Equipamento para realização de TRT Sendo a viabilidade de um sistema de bomba de calor geotérmica normalmente ditada pelo custo da perfuração do solo e dos permutadores de calor (condensador/evaporador de fluido), é da máxima importância a exatidão do dimensionamento deste circuito (primário). A possível redução do número de furos e extensão de tubo, ou mesmo a segurança concedida ao projeto são as vantagens da execução de um TRT. As tabelas de propriedades dos solos apresentam-nos valores na forma de intervalos de considerável amplitude, em particular os da sua condutividade. Este fato leva, em casos extremos, ao subdimensionamento do sistema e consequente mau funcionamento a curto prazo, ou ao seu sobredimensionamento incomportável em termos económicos. Para além disso, existe ainda o fator heterogeneidade (camadas) em profundidade. O TRT permite obter, a condutividade média linearizada do solo (condutividade efetiva) do local e para a profundidade desejada, mediante o fornecimento contínuo de calor ou frio uma vez atingida a estabilização térmica para essa condição. O fluxo de calor espectável para determinada instalação pode depois ser determinado por uma das técnicas (por exemplo: line source theory), sendo a razão entre a diferença de temperatura do fluido térmico e da parede do furo (temperatura do solo), pela resistência total do conjunto (material do tubo, grout, diâmetro do furo, tipo de escoamento dentro do tubo). Podem desta forma ser despistadas e contabilizadas todas as variáveis desconhecidas e que podem afetar quer o fluxo quer a capacidade de armazenamento de calor do solo. São elas a presença de água, a sobreposição de camadas diferentes de materiais rochosos ou sedimentares, a existência de cavidades e o gradiente térmico próprio da geologia terrestre.
5 p.5 O equipamento usado para efetuar um TRT deve seguir algumas normas e especificações técnicas, para que se garanta a continuidade do fornecimento de energia ao solo e o correto registo das leituras da temperatura de ida e de retorno do fluido. Foram realizados testes de TRT no sistema geotérmico (existente e em exploração há vários anos) da Escola Superior de Tecnologia, do Instituto Politécnico de Setúbal (figura 2), que demonstraram que a efetiva condutividade dos furos com permutador coaxial é de 2,52 W/m.K e 2,61 W/m.K no caso dos permutadores duplo U. Figura 2 Resultados do ensaio a um furo com permutador coaxial, temperatura de ida (vermelho) e de retorno (azul) PRÓXIMOS EVENTOS INTERNACIONAIS RELACIO- NADOS COM GEOTERMIA April 2015 World Geothermal Congress 2015 Melbourne, Australia wgc2015.com.au April th Euroheat & Power Congress Tallin, Estonia 21 May 2015 Internationaler Geothermie-Kongress 2015 St. Gallen, Switzerland May 2015 Geothermal Energy Days: How to use this Source of Clean Energy at Regional level? Novi Sad, Vojvodina, Serbia 28 May th EHPA European Heat Pump Forum Brussels, Belgium forum.ehpa.org June 2015 EU Sustainable Energy Week Brussels, Belgium October 2015 Heat Pump Summit Nuremberg, Germany
6 p.6 A GEOTERMIA NA SUSTENTABILIDADE DE CAMPI UNIVERSITÁRIOS: OS CASOS DE ESTUDO DO EDIFÍCIO CICFANO E DA ESCOLA SUPERIOR DE SAÚDE Claudino Cardoso, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Aveiro, José Lapa, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Aveiro, Introdução Considerada uma das mais importantes instituições de ensino do país e apontada como uma referência internacional, tanto nas suas infraestruturas e arquitetura, bem como na sua aposta continuada e sustentada na tecnologia de ponta, a Universidade de Aveiro destaca-se na criação, no desenvolvimento e na utilização eficiente de recursos naturais e residuais para a produção energética. Numa altura em que o comportamento verde deve ser uma responsabilidade civil em que os exemplos devem partir principalmente das entidades e instituições públicas, concretizando assim a sua responsabilidade social e contribuindo de forma ativa para a mudança de comportamentos, a Universidade de Aveiro iniciou em 2010, um amplo programa de renovação dos seus dois campus principais e de outras instalações externas aos campus. Num universo edificado de 65 edifícios, foram introduzidas novas práticas e novas tecnologias em diferentes campos de intervenção: i) produção de energia elétrica para consumo próprio mediante a instalação de painéis fotovoltaicos em 4 edifícios; ii) instalação de painéis solares em 7 edifícios; iii) substituição de lâmpadas na iluminação pública; iv) introdução de uma gestão centralizada da utilização na maioria dos edifícios; v) supervisão e controle remoto de consumos de equipamentos; vi) aplicação de dispositivos de eficiência hídrica e reaproveitamento de água nos edifícios e na rega dos espaços verdes; vii) utilização de fontes energéticas naturais, como o solo e as águas residuais para a climatização dos 6 edifícios a construir até 2015; viii) utilização de materiais de mudança de fase e outras ações que visam a procura da sustentabilidade do desenvolvimento físico da universidade. Uma das vertentes mais importantes deste conjunto de ações foi o de documentar e monitorizar os resultados obtidos de modo a despoletar o desenvolvimento de estudos posteriores sobre as metodologias utilizadas, determinar os custos das soluções, registar os comportamentos obtidos e determinar os resultados financeiros, sociais e ambientais, no sentido de poderem constituir uma fonte de conhecimento para a própria Universidade e para toda a comunidade. Desta forma foi-se permitindo um fluxo de informação que possibilitasse aos seus investigadores e alunos, a realização de estudos paralelos à execução das soluções, de modo a permitir compreender, modelar e otimizar os processos de transferência das fontes térmicas para os edifícios, quer relativamente à sua climatização através de sistemas de estruturas termo ativas e de ventilação, quer na produção de águas quentes sanitárias. Num contexto de recessão, onde o investimento para a realização de nova edificação já se tornou difícil, a aposta em novas tecnologias, originárias de países onde o aquecimento é a principal necessidade energética de climatização, adaptando-as para ambas as fases de aquecimento e arrefecimento e também para a variabilidade do clima por vezes diária que se tem verificado nas estações de transição, foi sem dúvida uma aposta difícil de se fazer dada a ausência de utilização deste tipo de tecnologias adaptadas a países do sul da europa, e que precisa de ser comprovada através da utilização de dados da monitorização reais e da verificação dos comportamentos dos edifícios e das fontes térmicas que sustentam os sistemas. O facto de que os sistemas foram implementados numa Universidade, é sem dúvida uma oportunidade quase única de poderem efetuar-se vários estudos, análises e modelação, em vários domínios da ciência e da investigação, que permitam o desenvolvimento e a otimização de soluções com grandes vantagens em todas as vertentes do desenvolvimento sustentável, aqui aplicado aos campus universitário mas como evidente, com possível aplicação a diferentes soluções de edificação. Neste estudo, pretende-se informar sumariamente quais foram as diversas soluções adotadas nos edifícios recentemente construídos e no está presentemente em construção, quais os estudos que até agora originaram e quais as pretensões futuras de investigação e divulgar alguns dos resultados obtidos com base nos dados iniciais nas diferentes vertentes. Os edifícios com TABS (Thermo active building systems) e fonte geotérmica, são seguidamente enumerados, sendo descrita a solução de climatização e os dados e resultados atuais, ainda em fase de tratamento nos diversos temas de investigação em curso. São igualmente referidas sucintamente algumas dificuldades de funcionamento e de comportamento das soluções que se estão a tentar compreender e resolver e que tem interesse serem aqui abordadas.
7 Casos de estudo: o Edifício CICFANO e a Escola Superior de Saúde i) Edifício CICFANO (Complexo Interdisciplinar de Ciências Físicas Aplicadas a Nanotecnologia e Oceanografia) - Caracterização: Conclusão de construção: Novembro de 2012 Área bruta de construção: 4514 m2 em 3 pisos Volume de construção: m3 Área útil climatizada: 3560 m2 Necessidades anuais: Aquecimento 982,8 kwh e Arrefecimento 897,1 kwh Solução de climatização: Solução secundária de climatização: Lajes de betão pré-fabricadas alveolares termo ativadas e 2 UTAN, 2 bombas de calor reversíveis, sendo uma dedicada à fonte geotérmica e outra à fonte biotérmica. Solução primária de fontes térmicas: Geotermia com permutadores duplos em estacas, sendo 55 de 600mm e 30 de 400 mm, com 10 metros de comprimento ficando 24 estacas não ativadas. Biotermia de águas residuais com permutador de aço inoxidável de 350 mm em bypass do emissário sob pressão localizado a cerca de 80 metros do edifício, com 32 metros de comprimento. - Geologia: A área enquadra-se na morfologia plana da ria de Aveiro, entre as cotas 10 a 11 m, caracterizando-se do ponto de vista geológico pela ocorrência de materiais Cretácicos, recobertos por depósitos Plio-plistócénicos com depósitos de praias antigas e terraços fluviais que possuem cerca de 4,2m de espessura e são constituídos por areias de calibre variável, siltosas, com seixos e cascalho, com cor acastanhada ou bege, e com finos níveis de argilas siltosas, amareladas ou avermelhadas, por vezes com fragmentos calcários, intercalados. Os depósitos de cobertura assentam, próximo dos 4,2m de profundidade, sobre os Arenitos e Argilas de Aveiro do Cretácico Superior. Esta unidade é constituída por argilas e siltes, de cor cinzenta, com elevada consistência. Do ponto de vista hidrogeológico, os depósitos Plioplistocénicos constituem um aquífero livre, com elevada permeabilidade, alimentado pela infiltração das águas de superfície e sensível à variação do nível de água na ria. As camadas cretácicas inferiores, dominantemente constituídas por argilas e siltes, funcionam como uma base impermeável. - Referências de funcionamento e comportamento: A estimativa de projeto da empresa instaladora, de que a solução geotérmica apenas cobria 75% de necessidades de aquecimento e 60% em arrefecimento, não se tem verificado, pois qualquer das soluções que têm sido alternadas tem permitido praticamente corresponder às necessidades desde o início da utilização do edifício. Verifica-se igualmente que em termos de comportamento em conformidade com a programação automática do instalador, a parte de temperatura do ar de insuflação tem-se sobreposto em demasia à da termoativação estrutural o que tem implicado o reverso do que se pretendia, ou seja, que a climatização pelas UTAN fosse complementar. Isso tem implicado problemas de dissipação geotérmica por errada informação do sistema. - Referências sociais: Relativamente aos utilizadores existe um bom grau de satisfação em relação ao conforto humano especialmente na fase de aquecimento e na qualidade do ar. Excetuam-se em algumas falhas da solução do circuito secundário, ligadas p.7
8 a dificuldades de controle dos utilizadores sobre a ventilação e não sobre a termoativação das lajes, bem como na resposta do sistema a problemas de pontes térmicas e ainda na altura de transições muito rápidas da temperatura externa. - Referências financeiras: A solução tradicional de projeto inicial consistia em caldeira e chiller e apresentavam consumos anuais com valores de fatura elétrica estimados de 5283 em aquecimento e de 5913 em arrefecimento. Em média do ano e meio de atividade a fatura energética foi de 2672 em fase de aquecimento e de 557 em fase de arrefecimento, representando assim cerca de 70% de poupança no consumo. O investimento na solução de energia renovável em comparação com a solução tradicional indicada em projeto inicial, foi de cerca de 18% superior. Por comparação com edifícios similares dentro do campus com soluções tradicionais, é previsível uma redução de custos de manutenção na ordem dos 60%, pelo que o período máximo de retorno do investimento situa-se entre 6 e 7 anos. - Referências ambientais: Em termos de comparação entre energias primárias da solução convencional projetada e a solução adotada, a redução de emissões de CO2, reduziu-se a cerca de 30%. ii) Edifício com dois módulos ESSUA (Escola Superior de Saúde) - Caracterização: Conclusão da construção: Janeiro de 2012 Área bruta de construção: m2 em 3 pisos Volume de construção: m3 Área útil climatizada: m2 Necessidades anuais: Aquecimento 1980,0 kwh e Arrefecimento 1800,0 kwh - Solução de climatização Solução secundária de climatização: Lajes de betão pré-fabricadas alveolares termo ativadas e 10 UTAN, 3 bombas de calor reversíveis, sendo duas dedicadas à fonte geotérmica das estacas e outra à fonte geotérmica de sondas de profundidade. Solução primária de fontes térmicas: Geotermia com permutadores duplos em 147 estacas de 600mm, com 8 metros de comprimento ficando 83 estacas não ativadas. Geotermia com 22 poços 150mm com sondas verticais em duplos U com 150m de profundidade. - Geologia A zona aparece integrada pelo conjunto das seguintes unidades lito-geotécnicas típicas: solos orgânicos, correspondentes ao horizonte mais superficial do terreno, constituído por solo orgânico de cor castanha escura e com espessura variável entre os 0,40m e os 1,00m; correspondendo ao plio-plistoceno, encontramos lodos argilosos no limite inferior à capa dos solos orgânicos, que são constituídos por solo argiloso, misturado com alguma areia de cor castanha e com uma espessura variável entre 1,20m e 2,70m. Na camada inferior encontra-se areia com diferentes distribuições granulométricas, argilas, sílicas e micáceas, misturadas com seixos médios e pequenos, de cor bege e branca, com uma espessura variável entre os 2,70m e os 4,50m. Com origem no Cretáceo as "argilas de Aveiro", correspondente ao substrato subjacente, constituídas por lodos argilosos de coloração predominantemente cinzenta e cinzenta clara com níveis argilosos de cor avermelhada, cinza e cinza esverdeada com traços alaranjados. Finalmente, existe um nível arenoso de depósitos de praias antigas, de elevada condutividade hidráulica, constituído por um aquífero de águas suspensas, existente no substrato cretáceo, o qual é praticamente impermeável. O nível freático detetado varia entre as cotas que vão dos 9,40m aos 10,10m p.8
9 p.9 - Referências de funcionamento e comportamento: Em conformidade com o estudo da empresa espanhola de instalação do sistema geotérmico, a solução geotérmica com permutação pelas estacas cobria cerca de 70% de necessidades de aquecimento e 65% em arrefecimento, sendo assim necessária a execução de 22 furos com duplas sondas geotérmicas. Relativamente aos quase 2 anos de utilização e pelos dados obtidos, a solução total está pelo menos 25% sobredimensionada em termos de necessidades, no entanto verificam-se igualmente dificuldades de dissipação térmica em especial em fase de aquecimento. Esta expetativa é assim motivadora de se efetuarem algumas sondagens para verificação não só do tipo de dissipação térmica em cada fase de funcionamento, mas também para verificação comparativa do efeito no nível freático, o que já está previsto na empreitada a realizar em Referências sociais: Relativamente aos utilizadores existe uma ótima percentagem de satisfação em relação ao conforto humano e à qualidade do ar. Continuam a verificar-se algumas falhas da solução do circuito secundário, ligadas a dificuldades de controle dos utilizadores sobre a ventilação em fase de aquecimento. - Referências financeiras: A solução tradicional de projeto inicial consistia em UTA para a parte dos laboratórios e aquecimento por radiadores estáticos nas salas e gabinetes e por sistemas de ar condicionado em auditórios, complementados com sistemas de insuflação e extração de ar com pré-tratamento, apresentando consumos anuais com valores de fatura elétrica estimados num valor total anual de cerca de nos dois módulos do edifício. Em média no cerca de um ano de atividade a fatura energética foi de cerca de 5000, representando assim cerca de 65% de poupança no consumo. O investimento na solução de energia renovável em comparação com a solução tradicional indicada em projeto inicial, foi de cerca de 15% superior. O período máximo de retorno do investimento é estimado em cerca de 5 anos. - Referências ambientais: Em termos de comparação entre energias primárias da solução convencional projetada e a solução adotada, a redução de emissões de CO 2, reduziu-se a cerca de 25%. No local do edifício, o substrato Cretácico designado por Arenitos e Argilas de Aveiro encontra-se muito perto da superfície e praticamente sem recobrimento de depósitos de praias antigas e terraços fluviais. A unidade Cretácica é constituída por argilas e siltes, por vezes com alguma areia a topo, passando em profundidade para argilitos e siltitos com impregnações carbonatadas e até com níveis calcários entre 4 a 6,5m de profundidade - Referências de funcionamento e comportamento: Entre o universo construído com soluções puramente geotérmicas, este edifício é o que melhor comportamento tem tido, possivelmente por ter um funcionário devidamente formado para efetuar o controle do sistema e a sua manutenção constante. Neste caso, observa-se igualmente que o tratamento térmico do ar insuflado é correto e a primazia de sol ução é efetivamente o pavimento térreo termo ativado. A qualidade do ar é extraordinária. - Referências sociais: Relativamente aos utilizadores existe uma ótima percentagem de satisfação em relação ao conforto humano e á qualidade do ar. É sem dúvida neste momento, o edifício com comportamento mais bem conseguido dos edifícios do campus universitário.