Climatização de edifícios usando energia do solo. O feito inédito é continuidade de uma pesquisa inovadora, realizada na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP. Pesquisa que avaliou o uso das fundações de edifícios como meio para a troca de energia térmica entre o prédio e o subsolo. Além disso, aqui no Brasil, a expectativa com a implementação desse sistema é de que as despesas com o consumo de energia elétrica por aparelhos de ar-condicionado diminuam. Batizado de CICS Living Lab, a edificação brasileira já começou a ser construída na Escola Politécnica da USP, em São Paulo.
Energia do solo
Portanto, foi a pesquisadora Thaise Morais, do Departamento de Geotecnia (SGS) da EESC, que desenvolveu a primeira tese de doutorado brasileira. Ademais, ela buscou para avaliar o desempenho dessa tecnologia nas condições de clima e solo do Brasil. Além disso, a pesquisadora explica que a energia geotérmica é aquela que está dentro da crosta terrestre, seja no solo, rochas ou mesmo na água, identificando-se a mesma pela temperatura. Assim, pode-se transferir esta energia para a superfície por processos de troca térmica a partir das fundações da edificação.
“A temperatura da região que vai desde a camada superficial da crosta terrestre até algumas centenas de metros de profundidade é resultado das interações naturais que ocorrem entre o ambiente externo e o interior da crosta. Assim, o solo funciona como uma espécie de bateria ou reservatório de energia térmica”, descreve a especialista.
Assim, o sistema inovador no País capta ou rejeita calor do/no solo por meio das estacas que compõem a própria fundação do edifício. Portanto, essas estacas ficam enterradas e, por estarem em contato direto com o subsolo, possuem uma grande área de contato para a troca térmica. Através de tubos instalados no seu interior e com a ajuda de um fluido, a energia térmica é levada até a superfície. Assim, uma bomba geotérmica faz a troca de calor entre o subsolo e os ambientes do prédio.
Técnica mostra resultados promissores
Aspectos ambientais e de economia foram o incentivo para um engenheiro de minas austríaco criar o sistema de bomba de calor em 1855. A tecnologia é uma das realizações de engenharia mais sofisticadas do século 20.
“São dispositivos simples, que realizam o transporte de calor em alto nível de eficiência. Nós realizamos testes de troca térmica entre a fundação e o subsolo em escala real no Campo Experimental de Fundações da EESC, em São Carlos. Além disso, também fizemos ensaios mecânicos e testes térmicos no solo. Os resultados foram muito positivos”, conta Thaise.
É possível aplicar o sistema de aproveitamento de energia geotérmica em todos os tipos de edifícios. Antes disso, porém, é preciso conhecer as propriedades térmicas do subsolo daquela localidade e analisar as condições de clima e demanda térmica da edificação.
A demanda por fontes alternativas de energia renovável aumenta mundialmente. Além disso, a sua utilização já se tornou corriqueira nos projetos de edificações, o que amplia a busca por tecnologias que utilizem energia limpa. Ademais, já aplicada em outros países da Europa e nos Estados Unidos há pelo menos 20 anos, o sistema geotérmico é uma das aplicações de energia renovável que mais crescem no planeta. No entanto, nunca estudou-se seu uso para implementação em território brasileiro, que possui clima distinto dos países que já o utilizavam.
Contexto brasileiro de consumo de energia
Grande parte do consumo de energia elétrica no Brasil é devida aos edifícios, com uma importante parcela relativa ao uso de sistemas de climatização artificial. Estima-se ainda que o consumo de energia elétrica para sistemas de ar-condicionado no Brasil passará de 18,7 Terawatt-hora (TWh), em 2017, para, no mínimo, 36,8 TWh no ano de 2035.
“A demanda por climatização artificial nas edificações brasileiras – seja para esquentar ou refrescar o ambiente – é e ainda será uma parcela considerável do consumo de energia elétrica nacional, gerando impacto na geração e no meio ambiente”, acredita a pesquisadora.
A busca dos brasileiros por uma temperatura confortável em casa ou no trabalho coloca o País como o quinto maior consumidor de aparelhos de ar-condicionado do mundo. Dados do Ministério de Minas e Energia mostram que entre os anos de 2005 e 2017 apenas o setor residencial brasileiro mais que duplicou a posse desses equipamentos, tendo aumentado sua participação no consumo total de energia elétrica dentro das casas de 7%, em 2005, para 14% em 2017. Diante da necessidade de reduzir o consumo de energia elétrica com ar-condicionado no Brasil, o sistema baseado na troca de energia térmica com o subsolo a partir das fundações pode ser uma alternativa aos tradicionais sistemas de climatização.
Apoio com resultados relevantes
Ademais, os estudos realizados na EESC, que começaram em 2014, contaram com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Assim, a pesquisa ocorreu via projeto de pesquisa coordenado pela professora Cristina Tsuha, que foi orientadora de Thaise, e pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), que concedeu bolsa de doutorado à pesquisadora.
A tese de Thaise venceu o Prêmio Costa Nunes da Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica como melhor tese de doutorado do biênio 2018-2019. A pesquisadora, que concorreu com trabalhos do País inteiro e de diferentes áreas da Geotecnia, celebrou o reconhecimento.
“Além de representar a importância do meu trabalho, a vitória também acaba divulgando a inovação e a relevância em implantar esse tipo de sistema no Brasil. Estamos no caminho certo”, conclui.
“Laboratório vivo” de tecnologias sustentáveis
O prédio em construção na USP, em São Paulo, é financiado pelo Centro de Inovação em Construção Sustentável (CICS-USP), que é um ecossistema com representantes de empresas e da academia dedicado a acelerar a inovação, a sustentabilidade e a produtividade na construção civil.
Enfim, a Escola Politécnica usará o edifício como um “laboratório vivo”, para testar novas tecnologias sustentáveis e materiais inéditos. Houve a necessidade de parar as obras por conta da pandemia, mas devem continuar assim que possível.