Energias alternativas

Geotermia

Consiste em  retirar calor à terra. O aquecimento geotérmico é conseguido através de captadores horizontais ou verticais enterrados  para captar as calorias que existem na terra e trazer esse calor para dentro da habitação através de um circuito de distribuição para aquecimento ambiente.

Tratando-se de captadores horizontais  a área do terreno para a sua implantação é de cerca de  1,5 a 2 vezes ou mais a área de aquecimento.
Por cada 1 kW que paga  é lhe oferecido 3,5 a 5 kW para consumo.

Cogeração

A cogeração é uma tecnologia que permite aumentar a eficiência de conversão dos recursos energéticos e, simultaneamente, reduzir as emissões gasosas e os custos de operação.

Uma parte significativa da energia gerada na produção de energia eléctrica a partir de combustíveis fósseis é libertada sob a forma de calor. Quando aproveitada, esta energia térmica pode servir para produção de vapor e aquecimento de água ou de ar, entre outras utilizações. 

Os sistemas de cogeração são particularmente adequados a instalações com níveis elevados de consumo de energia térmica, nomeadamente instalações industriais.

As principais vantagens da cogeração são:

                        Menores custos de produção de energia eléctrica e térmica;

Evitar custos de transmissão e distribuição de energia eléctrica;

Maior eficiência energética;

Menor emissão de poluentes.

O gás natural é o combustível mais usado nas centrais de cogeração. No entanto, fontes de energia renováveis como a biomassa ou resíduos industriais também podem ser utilizados. 

A necessidade de reduzir emissões de CO2 incentivou nos últimos anos a adopção deste processo eficiente. Hoje, na Holanda e Finlândia, a cogeração já representa mais de 40% da potência instalada.

Uma das desvantagens da co-geração é que o calor só pode ser usado perto do centro produtor, devido à maior dificuldade no transporte da energia térmica (perdas térmicas nas tubagens), o que limita estas instalações a unidades relativamente pequenas se comparadas com as centrais térmicas convencionais

Biofiltração

As paredes vivas podem ser sistemas activos concebidos para biofiltrar o ar e regular a temperatura, integrando a própria casa. Esta característica é transversal a todos os tipos de paredes verdes e realizada por plantas que, no caso da biofiltração, é acrescida por utilizar microrganismos. Nestes sistemas não existe terra para suportar as raízes e proporcionar os nutrientes que as plantas necessitam. São colocadas entre duas camadas de tecido sintético com microrganismos e uma massa de raízes densa por onde re-circula água com nutrientes.

A “biofiltração” do ar é realizada pelos microrganismos, que removem os COV (Compostos Orgânicos Voláteis), e pelas folhas, que absorvem o monóxido e dióxido de carbono e libertam oxigénio e vapor de água.

O “ar limpo” é posteriormente distribuído por todo o edifício. Pode ainda funcionar em sentido inverso captando e purificando o ar interior que passa pelo substrato e pelas plantas. Como as plantas evaporam mais água quando está mais quente, vão também regular a temperatura do ar arrefecendo-o

Isolamento térmico

Ter um sistema de isolamento térmico eficiente é um aspecto fundamental para garantir a manutenção da temperatura da casa e por consequência, o conforto.

Reduz eficazmente o consumo de energia uma vez que reduz as perdas de calor e os ganhos de calor consoante as estações do ano vigentes.

Devido à fraca resistência térmica do vidro e à existência de folgas, existe uma grande perda de calor. Para colmatar estas falhas, decidimos aplicar na nossa casa vidro duplo em todas as janelas e portas deslizantes, uma vez que a camada de ar existente entre os dois vidros permite um bom isolamento térmico e também acústico, reduzindo então o consumo de energia e atenuando o ruído exterior.

No que se refere às fendas presentes nas portas e nas janelas, a melhor solução é calafetá-las com fita adesiva de espuma de modo a evitar as perdas de energia.

Apesar de as perdas energéticas não serem tão elevadas ao nível das paredes, sobretudo em comparação com superfícies vidradas, também é vantajoso o recurso a paredes duplas, que são constituídas por dois panos de alvenaria com um espaço de ar de separação. Este tipo de parede, para além de maximizar o desempenho térmico do edifício, isola o interior da casa contra a humidade interior. No sentido de também maximizar estes efeitos, a nossa casa inclui, no espaço que medeia a parte externa da parte interna da parede, placas de espuma de poliestireno extrudido (XPS), que são indicadas por grande rigidez e estabilidade, elevada resistência à humidade e à água e excelente condutividade térmica (ou seja, muito baixa).

Energia

O conceito de casa auto-suficiente deve combinar soluções que permitam reduzir o consumo energético. Para a produção de energia de uma habitação, o recurso à energia solar torna-se cada vez mais utilitário. Contudo, existe também o recurso à energia eólica que embora possua custos elevados de instalação, consegue maximizar a produção de energia eléctrica absorvendo a longo prazo os custos iniciais para que a energia solar se destine apenas ao aquecimento central e ao aquecimento de água.

Uma casa com duas assoalhadas necessita de ter como alimentação 2,5 kW de electricidade. Somente uma turbina eólica consegue fornecer energia suficiente para alimentar esta habitação com uma velocidade do vento de cerca de 5 m/s. A energia produzida é armazenada em baterias que abastecem uma fonte de alimentação (que tem como objectivo converter a corrente contínua em corrente alternada)

Curiosidade: Após a nossa pesquisa acerca de execuções reais de casas ecológicas/auto-suficientes, referenciamos que a turbina mencionada provém da empresa Proven Energy cujo custo real de instalação atinge os 20.000€ e possui 6,5metros de altura. (a informação encontra-se disponível no site da empresa). As baterias de armazenamento necessitam de ser substituídas regularmente; contudo, uma outra solução possível, mais económica uma vez que dispensa a utilização de baterias, é vender a energia produzida à rede eléctrica para, posteriormente, a readquirir por um preço inferior.

A habitação projectada por nós estará equipada com lâmpadas fluorescentes (mais caras mas consomem 5 vezes menos energia que as lâmpadas convencionais e duram 8 a 10 vezes mais), terá utilização de cores claras no interior da casa para que a luz artificial e natural seja reflectida mais facilmente e, cada compartimento vai incluir detectores de presença e reguladores de intensidade das lâmpadas.

Por sua vez, a energia solar assume a função de aquecimento de águas e de aquecimento central. Para tal, após uma breve pesquisa acerca de desenvolvimentos em tecnologia dos painéis, decidimos utilizar painéis solares termodinâmicos, que possibilitam a elevação da temperatura da água e o aquecimento da casa com alta eficiência e grande economia de energia, mesmo em dias de chuva ou períodos nocturnos.

Os painéis solares termodinâmicos são constituídos por um líquido ecológico que circula num circuito fechado, a temperaturas negativas, captando o calor através da superfície do painel e, seguidamente, libertando-o na água através de um permutador de calor. Esta tecnologia tem um alto rendimento, permitindo reduzir a área útil dos painéis, o que se revela benéfico esteticamente.

Após a pesquisa acerca de sistemas de aquecimento de águas, o mais adequado para o nosso modelo seria o Eco 300, que tem uma capacidade de 300L de água e é constituído por um painel e um termoacumulador (tal como descrito na figura 4), sendo suficiente para uma casa habitada por até 5 pessoas (o que se ajusta, uma vez que a nossa casa foi idealizada para 3/4 ocupantes). Este sistema, que aquece a água até 60°C sem libertação de CO₂ para a atmosfera, é muito fiável, o que torna a manutenção praticamente dispensável.

O termoacumulador posicionado na vertical é assente sobre o solo e possui 1,8 metros de altura e 0,55 metros de diâmetro. A entrada de água fria situa-se na parte inferior, enquanto que na parte superior estão situadas a saída de água quente e uma entrada de retorno (para recirculação).

Quanto ao aquecimento central da casa, o sistema seleccionado dá pelo nome Bloc Ener 8. Este sistema tem a capacidade de aquecer um espaço até 425 m³ e é constituído por 8 painéis solares e um bloco termodinâmico.

A grande vantagem deste sistema em relação aos convencionais subsiste no facto de não recorrer a nenhuma matéria combustível, que por si só confere segurança. A eficiência energética também é um ponto a favor, uma vez que este sistema consegue fornecer uma potência térmica de, aproximadamente, 11.240w absorvendo apenas 1.440w de energia eléctrica.

Acesso à água

A água é dos recursos mais importantes a ter em consideração na construção de uma casa auto-suficiente pelo simples facto de ser indispensável à vida humana. Para fornecer o modelo da nossa maquete em tamanho real seria necessário efectuar um furo artesiano que permite a captação da água subterrânea de modo viável.  Este método de captação já é utilizado há cerca de 10.000 anos e, graças à evolução tecnológica, foi possível criar instrumentos que possibilitam a recolha de água por um furo mais estreito e mais profundo.

Existem dois tipos de perfuração do solo que são utilizados frequentemente:

\     Furação por rotação com circulação directa de lamas (para os terrenos constituídos por argilas, saibros etc.)

\     Furação por martelo de fundo de furo (para terrenos constituídos por granitos, calcários, xistos, etc. – como por exemplo os solos da cidade do Porto)

O furo em si é estabelecido por tubos fechados e tubos “ralos” por onde entra a água, que são envolvidos em filtros na zona de captação e em material isolante na parte superior. O filtro constitui a parte do furo que evita que partículas mais finas incorporem a água e, possui como base da sua composição areão de granulometria grande e natureza sílica (para não prejudicar a qualidade da água).

Fig.1 – Partes constituintes de um furo artesiano

Energia Eólica

 

É possível criar energia eléctrica através da utilização de um aerogerador. Os aerogeradores mais comuns são os que têm que ser colocados no terreno, no entanto, causam perda de espaço utilizável. Para que não seja necessário abdicar de terreno na implementação de um aerogerador, têm vindo a ser desenvolvidos modelos que podem ser colocados no topo das habitações.

A velocidade do vento é muito importante para determinar a energia que pode produzir com o aerogerador. No entanto, tem havido um desenvolvimento nestes equipamentos para que consigam aproveitar velocidades baixas do vento para produzir electricidade, aumentando assim a sua capacidade de produção. Para instalar um sistema desta natureza é necessário avaliar a disponibilidade de ventos no local, com a colocação de um anemómetro à altura a que se prevê que o aerogerador seja instalado. Estes sistemas são desenhados para normalmente terem um período de vida de cerca de 20 anos. A energia eléctrica produzida por sistemas eólicos pode ser consumida na habitação e/ou vendida à rede eléctrica nacional.

Vídeo da construção e Funcionamento do Aerogerador mais alto do mundo.

Paineis Solares

Os Painéis solares Fotovoltáicos são dispositivos utilizados para converter a energia solar em energia eléctrica. São compostos por células solares que captam a luz solar. As células solares contam com o efeito fotovoltáico para absorver a energia do Sol e estimular a corrente eléctrica a fluir entre duas camadas com cargas opostas.

Actualmente, os custos associados aos painéis solares tornam esta opção dispendiosa mas que apresenta um bom nível de rentabilidade económica a longo prazo. O aumento do custo dos combustíveis fósseis e a experiência adquirida na produção de células solares, que têm vindo a reduzir o custo das mesmas, indica que este tipo de energia será tendencialmente mais utilizado.

Vejamos o Exemplo:

Aqui poderão ver o elevado custo da compra e instalação de um painel solar de micro-produção de qualidade mediana com 24 módulos, vejamos agora a tabela de retorno de invertimento:

O investimento num painel solar é recuperado em mais ou menos 4 anos onde não existem perdas de larga escala no que toca à produtividade nos primeiros 30 anos.

Estima-se que o total da potência instalada em painéis solares, até agora, tenha sido na ordem dos 8 GWp (gigawatts-pico). A chamada insolação é uma medida do rendimento do painel — por cada kWp pico instalado, quantos kWh são produzidos num ano. Este valor depende de vários factores controláveis tais como a orientação do painel em relação ao Sol e o material com que o painel é feito. O número de horas de exposição à radiação solar por dia é um factor bastante importante e não é passível de controlo.

Aqui encontra-se a média, as informações gerais sobre a produção de energia, gasto na activação e rendimento.

Curiosidade: Os painéis solares contribuem ainda muito pouco para a produção de energia a nível mundial devido aos seus elevados custos. Tornaram-se aplicações habituais tais como as baterias de suporte, alimentação de bóias, antenas, dispositivos rodoviários, crescentemente em parquímetros e semáforos, e de forma experimental são usados para alimentar automóveis em corridas como a World Solar Challenge.