Como funciona a geotermia: guia completo da energia do subsolo

Resposta rápida: A geotermia aproveita a temperatura estável do subsolo —cerca de 10-18 °C durante todo o ano em Espanha— para climatizar edifícios. Um circuito de tubagens enterrado capta esse calor através de um fluido, e uma bomba de calor geotérmica eleva-o até à temperatura necessária para aquecimento, arrefecimento e água quente. Por cada kWh de eletricidade consumido, o sistema fornece entre 4 e 5 kWh de energia térmica.

O que é a geotermia e de onde provém a sua energia

A geotermia é o aproveitamento do calor armazenado no subsolo. A poucos metros de profundidade, a terra funciona como uma enorme bateria térmica: acumula a energia do sol e mantém uma temperatura praticamente constante durante todo o ano, independentemente das variações do clima à superfície.

Importa distinguir duas aplicações:

• Geotermia superficial ou de muito baixa temperatura, utilizada para climatizar habitações e edifícios. É a que este guia aborda.
• Geotermia profunda ou de alta temperatura, que aproveita o calor de reservatórios a grande profundidade para produzir eletricidade em centrais geotérmicas.

Nos setores doméstico e da indústria ligeira, quando falamos de como funciona a geotermia referimo-nos quase sempre à primeira: sistemas que combinam um permutador enterrado com uma bomba de calor geotérmica.

O princípio: a temperatura constante do subsolo

A chave da geotermia é simples. Enquanto a temperatura do ar oscila entre valores abaixo de zero no inverno e mais de 35 °C no verão, a partir de cerca de 5-10 metros de profundidade a temperatura do terreno estabiliza em torno dos 10-18 °C, consoante a região, e mantém-se assim durante todo o ano.

É essa estabilidade que torna o sistema tão eficiente:

• No inverno, o subsolo está muito mais quente do que o ar exterior, pelo que extrair calor dele exige muito pouca energia.
• No verão, acontece o contrário: o terreno está mais fresco do que o ar e permite dissipar o calor excedente da habitação.

Ao contrário de uma bomba de calor a ar (aerotermia), que funciona com ar exterior muito frio nos dias de maior procura, a geotermia parte sempre de uma temperatura amena e estável. Daí o seu desempenho superior.

Como funciona a geotermia passo a passo

Um sistema geotérmico completo é composto por três elementos que funcionam em sequência.

1. A captação: o circuito enterrado

É o permutador que põe o sistema em contacto com o terreno. Consiste num circuito fechado de tubagens de polietileno enterradas, por onde circula um fluido de transferência de calor (água com anticongelante).

Esse fluido percorre o subsolo, absorve o seu calor e regressa à bomba de calor alguns graus mais quente. É um ciclo contínuo e fechado: o mesmo fluido circula repetidamente sem se consumir.

2. A bomba de calor geotérmica

É o coração do sistema. Recebe o calor do terreno a baixa temperatura e concentra-o até atingir um nível útil através de um ciclo termodinâmico de quatro fases:

1. Evaporador. O calor transportado pelo fluido do subsolo faz evaporar um refrigerante a baixa pressão.
2. Compressor. Comprime esse gás, aumentando bruscamente a sua pressão e, com ela, a sua temperatura.
3. Condensador. O refrigerante quente transfere o seu calor para o circuito de aquecimento ou de água quente da habitação e condensa.
4. Válvula de expansão. O refrigerante perde pressão e temperatura e regressa ao evaporador para reiniciar o ciclo.

O único consumo de eletricidade relevante é o do compressor. Como a maior parte da energia provém gratuitamente do subsolo, a eficiência é muito elevada.

3. A distribuição na habitação

O calor produzido é distribuído pelo sistema de emissão: piso radiante (o mais eficiente, porque funciona a baixa temperatura), ventiloconvectores ou radiadores de baixa temperatura. O mesmo equipamento pode produzir água quente sanitária e, no verão, inverter o ciclo para arrefecer.

Tipos de captação geotérmica

Nem todos os terrenos nem todos os lotes são iguais. Existem três sistemas principais de captação:

• Captação horizontal. As tubagens são enterradas em valas a 1,5-2 metros de profundidade, distribuídas por uma área ampla. É a opção mais económica de instalar, mas exige terreno disponível.
• Captação vertical (sondas geotérmicas). São efetuadas perfurações entre 50 e 150 metros de profundidade, nas quais são introduzidas as sondas. Exige muito pouco espaço à superfície e oferece o melhor desempenho, em contrapartida de um custo de perfuração mais elevado.
• Captação em águas subterrâneas (circuito aberto). Aproveita diretamente a água de um aquífero como fonte de calor. É muito eficiente onde este recurso está disponível.

A escolha depende do espaço, do tipo de solo e das necessidades energéticas do edifício.

Geotermia para aquecimento, arrefecimento e água quente

Uma das grandes vantagens da geotermia é que um único equipamento cobre todas as necessidades térmicas da habitação durante todo o ano:

• Aquecimento no inverno, com um desempenho estável mesmo nas noites mais frias.
• Arrefecimento no verão, invertendo o ciclo ou através de arrefecimento passivo (aproveitando diretamente a temperatura fresca do terreno, com um consumo mínimo).
• Água quente sanitária durante todo o ano.

Isto elimina a necessidade de ter uma caldeira e um aparelho de ar condicionado em separado.

Porque é que a geotermia é tão eficiente

O indicador que mede a eficiência de uma bomba de calor é o COP (coeficiente de desempenho): a relação entre a energia térmica que fornece e a eletricidade que consome.

Um sistema geotérmico bem dimensionado atinge um COP de 4 a 5 ou superior. Ou seja, por cada kWh de eletricidade consumido fornece 4 ou 5 kWh de calor. A razão é dupla: parte de uma fonte a temperatura estável e amena e não sofre as perdas de desempenho que a aerotermia regista nos dias de frio extremo.

Ao longo do ano, esta eficiência traduz-se numa poupança significativa face aos sistemas convencionais a gás, gasóleo ou eletricidade, e em emissões muito baixas.

A geotermia com a Ecoforest: a gama ecoGEO

A Ecoforest é o único fabricante espanhol de bombas de calor geotérmicas. A sua gama ecoGEO integra tecnologia inverter: o compressor modula a sua potência para se adaptar, em cada momento, às necessidades reais da habitação, em vez de funcionar à potência máxima e parar. Isto traduz-se num desempenho ainda melhor e numa vida útil mais longa do equipamento.

Além disso, a tecnologia HTR (sobreaquecedor) permite produzir água quente sanitária até 80 °C de forma eficiente, e a aplicação Ecoforest Home, com tecnologia Easynet, monitoriza e otimiza o sistema em tempo real.

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Perguntas frequentes sobre como funciona a geotermia

A geotermia funciona em qualquer terreno? Na maioria dos casos, sim. O que varia é o tipo de captação mais adequado (horizontal, vertical ou em água). Um estudo prévio do terreno determina a melhor solução.

Consome muita eletricidade? Consome, mas muito pouca em relação ao calor que produz. Com um COP de 4-5, cerca de 75-80 % da energia que fornece provém gratuitamente do subsolo; apenas o restante corresponde a eletricidade.

A geotermia também serve para arrefecer no verão? Sim. O sistema pode inverter o seu ciclo ou utilizar arrefecimento passivo para climatizar a habitação no verão com um consumo muito baixo.

Quanto tempo dura uma instalação geotérmica? O circuito de captação enterrado tem uma vida útil de várias décadas (50 anos ou mais) e a bomba de calor, cerca de 20-25 anos com uma manutenção mínima.

Qual é a diferença entre geotermia e aerotermia? Ambas utilizam bombas de calor. A aerotermia capta o calor do ar exterior e a geotermia, do subsolo. Por partir de uma temperatura mais estável, a geotermia oferece um desempenho superior e mais constante, especialmente em climas frios.