Aproveitamento energético com bomba de calor em corrente geotérmica

Abstract

O objetivo do documento é a análise da performance de diferentes fluidos frigorigeneos para aquecimento e arrefecimento, fazendo uma comparação entre duas fontes: uma aerotérmica e uma geotérmica. Foi também analisada a possibilidade de arrefecimento passivo e feita uma análise económica entre o sistema com fonte geotérmica e o sistema com fonte aerotérmica, utilizando como base uma habitação unifamiliar na Figueira da Foz, Portugal. A habitação em estudo foi simulada com o programa HAP da Carrier, onde foram obtidos os valores de potência térmica de arrefecimento de 8.7 kW e de aquecimento de 12.9 kW A análise dos fluidos frigorigeneos, em aquecimento, com 40 ºC de temperatura do condensador, demonstrou um aumento médio de 28% de eficiência do sistema geotérmico, face ao aerotérmico; e, com 65 ºC de temperatura, revelou um aumento médio de 15%. Os fluidos r600 e r134a provaram ser os mais eficientes, com coeficientes de performance máximos de 6.8 e 6.56, respetivamente. Em arrefecimento, verificou-se um aumento médio de 34% para o sistema geotérmico, em relação ao aerotérmico, para uma temperatura de evaporação de -20 ºC, em que o melhor valor de coeficiente de frio de 3.79 é obtido com o r600 e o segundo melhor, de 3.7, com o r134a. A análise económica demonstrou um tempo de retorno mínimo, para a infraestrutura geotérmica, não incluindo furo, de um ano e três meses e um retorno efetivo ao fim de quinze anos, para uma habitação onde já existisse anteriormente um furo instalado. Um tempo de retorno de quatro anos e 6 meses é alcançado quando toda a infraestrutura, incluindo o furo, é contabilizada.

The purpose of the document is the performance analysis of different thermal fluids for heating and cooling, comparing two sources, aerothermal and geothermal. Is also analyzed the possibility for passive cooling and made an economic analysis of the system with geothermal source and aerothermal source using as baseline a single-family house in Figueira da Foz, Portugal. The house was simulated with the Carrier software, HAP, were the values of 8.7kW for cooling and 12.9 kW for heating were obtained. The analysis of the refrigerants demonstrates, in heating mode, a 28% increase in the efficiency of the ground system in comparison to the air system, for a temperature in the condenser of 40 ºC, and a minimum of 15% for 65 ºC. The refrigerants r600 and r134a proved to be the more efficient, with maximum coefficients of performance of 6.8 and 6.56 respectively. In cooling mode, a 34% increase in efficiency is observed for the geothermal system for the evaporator temperature of -20 ºC, the best cooling performance of 3.79 is obtained with r600 and the second best of 3.7 with r134a. The economic analysis demonstrates a minimum payback time, of the geothermal infrastructure, in one year and three months and an effective return at the end of fifteen years, for a family home were already existed a water borehole. A payback time of four years and six months is achieved when all the infrastructure, including the borehole, is taken into account.