BRPI0610505A2 - sonda de captação da energia térmica do solo para bomba térmica, e rede de captação munida dessas sondas - Google Patents

Abstract

SONDA DE CAPTAçãO DA ENERGIA TéRMICA DO SOLO PARA BOMBA TéRMICA, E REDE DE CAPTAçãO MUNIDA DESSAS SONDAS. A presente invenção refere-se a uma sonda (10) que comporta um circuito de circulação de fluido portador de calor com uma entrada (28) e uma saída (34) de fluido ligadas a uma bomba térmica. Esse circuito comporta pelo menos duas tubulações (12, 14) que se estendem paralelamente, com uma tubulação de admissão de fluido (14) e uma tubulação de retorno de fluido (12), as tubulações de admissão e de retorno sendo colocadas em comunicação (24) entre si em suas extremidades distais (18, 22). Essas tubulações são feitas com uma parede comum, por todo o seu comprimento, O conjunto forma um elemento tubular enterrável único com uma extremidade distal livre. A tubulação de retorno é provida de relevos internos (44) aptos a criar turbulências no fluido que circula nessa tubulação, enquanto que a pa- rede interna da tubulação de admissão de fluido é lisa para favorecer um escoamento laminar do fluido que aí circula.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SONDA DE CAPTAÇÃO DA ENERGIA TÉRMICA DO SOLO PARA BOMBA TÉRMICA, E REDE DE CAPTAÇÃO MUNIDA DESSAS SONDAS".

A presente invenção refere-se a uma sonda de captação da e- nergia térmica do solo para bombas térmicas, estas podendo ser do tipo dito "água/água" ou do tipo "gás/água".

Esses equipamentos permitem captar a energia térmica disponí- vel nas camadas superior da crosta terrestre, concentrar (à temperatura mais elevada) essa energia e restituí-la sob essa forma concentrada para alimentar um circuito de aquecimento.

O núcleo da bomba comporta um compressor e dois trocadores de calor ligados respectivamente às redes de captação e de restituição de calor, com um circuito de fluido frigorígeno (refrigerante), compreendendo um condensador, um distensor e um evaporador. O compressor concentra do lado evaporador a energia captada no solo e restitui do lado condensador a energia a restituir ao circuito de aquecimento.

Do lado da rede de captação, é prevista "uma sonda de capta- ção" constituída de um circuito de fluido portador de calor, geralmente um líquido, tal como a água adicionada de etileno-glicol, mas que pode ser tam- bém um fluido gasoso. Esse fluido de captação ou fluido portador de calor, após ter sido resfriado pelo evaporador da bomba térmica, é enviado no solo para se aquecer em contato com o meio ambiente, que cede sua energia térmica ao fluido. Cada metro linear de sonda mergulhado no meio ambiente solicitado pode assim fornecer alguns joules de energia térmica à bomba térmica, quando o circuito está em funcionamento, e o fluido assim aquecido volta em seguida à bomba térmica que concentrará e restituirá a energia térmica assim captada.

A técnica descrita acima deve distinguir daquela descrita, por exemplo, na US-A-5 561 985, que não coloca em jogo "sonda de captação" no sentido da invenção, isto é, um circuito onde circula um fluido portador de calor (e não um fluido frigorígeno), sem mudança de fase. Esse documento propõe enterrar um evaporador, isto é, um trocador térmico, no qual o fluido frigorígeno proveniente do compressor é levado ao evaporador em fase lí- quida e deixa este em fase vapor. A DE-A-103 27 602 descreve uma técnica comparável, na qual uma tubulação recebe um condensado de CO2 que es- coa para baixo sob a forma de uma película ao longo das paredes da tubula- ção até uma zona profunda, mais quente, onde o CO2 se vaporiza e é resti- tuído sob pressão, subindo a tubulação. Ao contrário, uma "sonda de capta- ção" jamais é diretamente ligada ao compressor, e o fluido portador de calor que aí circula é diferente do fluido frigorígeno do circuito incluindo o com- pressor.

As sondas de captação são geralmente realizadas sob a forma de uma tubulação que forma um circuito ligado a cada uma de suas extremi- dades a uma tomada respectiva da bomba térmica. A natureza da tubulação, particularmente a conductibilidade térmica de sua parede, acondiciona a tro- ca térmica com o meio ambiente. Por outro lado, o diâmetro da tubulação e o comprimento mais ou menos elevado do circuito determinam a superfície de troca, e, portanto, a massa do meio ambiente solicitada pela captação.

Uma primeira técnica dita de "captação horizontal" consiste em enterrar a tubulação no solo a uma pequena profundidade (da ordem de 50 a 70 cm), fazendo-o contornar de maneira a ocupar uma superfície de terreno máxima, para solicitar uma massa suficiente do meio ambiente. Essa técnica necessita para o enterramento da sonda da decapagem do terreno em uma grande extensão ou a escavação de fossos com um certo número de esfor- ços que daí decorrem: custo do aterramento; impossibilidade de dispor a rede de captação sob uma casa; restrições ao uso do terreno, após enterra- mento da tubulação, por exemplo impossibilidade de aí plantar árvores.

Uma segunda técnica dita de "captação vertical" consiste em perfurar um poço vertical, cuja profundidade pode atingir 100 m, e a enterrar em seguida sobre toda essa profundidade uma ou várias tubulações em cir- cuito. Considerando-se a profundidade a atingir, essa técnica implica em um diâmetro de perfuração relativamente considerável, da ordem de 200 mm, que necessita dos equipamentos especializados, pesados e volumosos de utilizar. Ela pode certamente ser aplicada sobre um terreno de extensão limi- tada, mas apresenta outros inconvenientes: custo e duração da perfuração; trocas térmicas mal controladas; meio solicitado sobre a única massa cilín- drica que envolve a perfuração.

A US-A-5 339 890 descreve uma "sonda de captação" feita sob a forma de um elemento tubular flexível provida em uma de suas extremida- des ao mesmo tempo da entrada e da saída de fluido, e cuja outra extremi- dade é uma extremidade livre. Essa configuração permite introduzir o ele- mento tubular por sua parte livre em uma galeria que se abre na superfície por um único ponto. O elemento tubular enterrável é bastante resistente para poder ser empurrado nessa galeria sobre todo o comprimento desta unica- mente por uma de suas extremidades.

Todavia, nenhuma solução proposta até o presente para o en- terramento de uma sonda de captação para bomba térmica se revelou ver- dadeiramente satisfatória, nem no plano econômico nem no plano da eficá- cia das trocas térmicas.

Uma das finalidades da invenção é de propor uma sonda de captação que possa ser notavelmente otimizada do ponto de vista da eficá- cia térmica em relação às soluções propostas até o presente.

O ponto de partida da invenção reside na constatação da impor- tância que há em controlar o regime de escoamento do fluido por uma confi- guração particular das superfícies internas respectivas da tubulação de re- torno e da tubulação de admissão, para se conseguir um aumento sensível da eficácia térmica.

A sonda proposta pela invenção é uma sonda do tipo conhecido a partir da patente US-A-5 339 890 pré-citado, isto é, comportando um circui- to de circulação de fluido portador de calor com uma entrada de fluido e uma saída de fluido aptas a serem ligadas a tomadas respectivas de uma bomba térmica. Esse circuito comporta pelo menos duas tubulações que se esten- dem paralelamente, com uma tubulação de admissão de fluido ligada à en- trada de fluido e uma tubulação de retorno de fluido ligada à saída de fluido. As tubulações de admissão e de retorno de fluido são colocadas em comu- nicação entre si em suas extremidades distais, e são feitas com uma parede comum em todo o seu comprimento, formando assim um elemento tubular enterrável único com uma extremidade próxima, comportando a entrada e a saída de fluido, e uma extremidade distai livre.

De forma característica da invenção, a superfície interna da pa- rede da tubulação de retorno de fluido é provida de relevos aptos a criarem turbulências no fluido que circula nessa tubulação, e a superfície interna da parede da tubulação de admissão de fluido é uma superfície lisa apta a favo- recer um escoamento laminar do fluido que circula nessa tubulação.

Os relevos nas tubulações de retorno de fluido oferecem um flu- xo de retorno lento e turbulento, favorecendo a troca térmica com o meio ambiente, em oposição à superfície lisa da tubulação de admissão, que favo- rece, ao contrário, um fluxo rápido, minimizando as perdas térmicas.

A US-A- 5 339 890 não descreve nenhuma configuração de son- da desse tipo: os únicos relevos que estão presentes estão sobre a superfí- cie externa da tubulação de fluido, e não têm nenhuma incidência sobre o regime de escoamento do fluido que circula no interior dessa tubulação. Bem, ao contrário, esse documento estima (coluna 5 linhas 44 a 50) que "não há necessidade de travessas ou de alhetas para controlar o intervalo anular entre a tubulação interna 60 e a tubulação externa 42 ou para criar turbulências, pois o posicionamento da tubulação interna 60 em relação à tubulação externa 42 não tem importância e os diagramas de escoamento do fluido são controlados por outros fatores que compreendem o diâmetro, a abertura e a vazão". Em oposição, a presente invenção propõe controlar os regimes de escoamento respectivos das tubulações de admissão e de retor- no de fluido, dando à superfície interna dessas tubulações configurações próprias para favorecer o tipo de escoamento buscado.

De acordo com diversas características preferenciais vantajo- sas:

- a parede comum é uma parede isotérmica e/ou contendo cavi- dades isolantes;

- a seção de passagem de fluido da tubulação de retorno é su- perior à seção de passagem de fluido da tubulação de admissão; - a seção exterior do elemento tubular enterrável é uniforme, notadamente circular, em todo o comprimento desse elemento;

- o diâmetro máximo do elemento tubular enterrável é inferior a 150 mm, de preferência inferior a 100 mm, muito preferencialmente inferior a 50 mm;

- as tubulações são feitas em um material flexível apto a conferir a flexibilidade ao elemento tubular enterrável;

- a extremidade distai do elemento tubular enterrável é provida externamente de uma ponteira complementar;

- a sonda compreende, além disso, sobre partes escolhidas de seu comprimento, um isolamento reforçado da tubulação de admissão de fluido e/ou da tubulação de retorno de fluido.

Em uma primeira forma de realização, as tubulações de admis- são e de retorno de fluido são tubulações encaixadas uma na outra, uma das tubulações sendo uma tubulação interna aberta em sua extremidade distai e cuja parede constitui essa parede comum, e a outra das tubulações sendo uma tubulação externa que envolve a tubulação interna e obturada em sua extremidade distai. A superfície interna da tubulação interna é lisa, e a su- perfície externa dessa mesma tubulação interna é provida desses relevos.

Em uma outra forma de realização, as tubulações de admissão e de retorno de fluido são tubulações contíguas. Pode tratar-se de uma única tubulação de admissão associada a uma única tubulação de retorno de flui- do, a seção da tubulação de retorno sendo superior à seção da tubulação de admissão. Mas é possível também prever pelo menos três tubulações, com um número de tubulações de admissão inferior àquele das tubulações de retorno de fluido, a seção total da(s) tubulação(ões) de retorno sendo supe- rior à seção total da(s) tubulação(ões) de admissão.

A invenção abrange também uma rede de captação da energia térmica do solo para bomba térmica, compreendendo uma pluralidade de sondas, tais como acima, enterradas em galerias abertas no solo. Essa rede apresenta uma configuração tridimensional limitada por um volume envoltó- rio estendendo-se sobre um domínio de terreno e em uma profundidade de enterramento determinados. As sondas compreendem vantajosamente um isolamento reforçado da tubulação de admissão e/ou da tubulação de retor- no de fluido, sobre sua parte que se estende entre o nível do solo e esse volume envoltório. Tipicamente, o volume envoltório se estende a uma pro- fundidade compreendida entre 0,5 e 10 metros abaixo do nível do solo, e as sondas são dispostas com sua extremidade terminal no ponto mais baixo para evitar a formação de bolhas.

Essa configuração característica permite introduzir o elemento tubular, por sua parte livre em uma galeria de pequeno diâmetro (algumas dezenas de milímetros) que se abre na superfície por um único ponto.

Ela é tornada possível notadamente pela flexibilidade do ele- mento tubular enterrável, que lhe permite se adaptar a curvas complexas que o traçado da galeria é capaz de seguir, sendo bastante resistente para poder ser empurrado nessa galeria por todo o comprimento desta unicamen- te por uma de suas extremidades.

Existem, com efeito, perfuratrizes de dimensão que permitem escavar muito facilmente e custo baixo galerias de várias dezenas de metros de comprimento e de algumas dezenas de milímetros de diâmetro (por e- xemplo 50 mm de diâmetro), por exemplo as perfuratrizes miniaturas ou "toupeira" utilizadas para fazer passar as tubulações de adução de água sob estradas ou habitações, sem que seja necessário escavar um trecho aberto.

As galerias cavadas por essas perfuratrizes não são necessariamente verti- cais ou horizontais, mas podem seguir um percurso curvo qualquer adaptado à configuração dos locais. A escavação dessa galeria não causa danos im- portantes ao terreno, o que suprime o inconveniente maior das captações horizontais, permitindo, além disso, escavar uma galeria suficientemente profunda para não atravancar a plantação de árvores nem a perfuração de orifícios no solo.

Enfim, a escavação dessa galeria exige apenas uma pequena superfície, que pode mesmo ser feita no interior de uma construção, a cap- tação da energia térmica fazendo-se então, total ou parcialmente, sob essa construção. A utilização da sonda de captação da invenção acarreta assim apenas um mínimo de danos, quando do enterramento, e pode ser utilizada com menor custo e sem limitação posterior na utilização do terreno.

Será descrito um exemplo de utilização do dispositivo da inven- ção, com referência aos desenhos anexados nos quais as mesmas referên- cias numéricas designam de uma figura à outra elementos idênticos ou fun- cionalmente semelhantes.

A figura 1 representa um corte vertical de uma sonda de capta- ção, segundo um primeiro modo de realização da invenção.

A figura 2 representa um corte em plano segundo a linha Il-Il da figura 1.

A figura 3 mostra o detalhe marcado Ill na figura 1.

A figura 4 é uma seção segundo a linha IV-IV da figura 1.

As figuras 5, 6 e 7 são homólogas da figura 4, para outros mo- dos de realização da invenção.

A figura 8 representa uma vista esquemática que ilustra a ma- neira de ligar em série uma pluralidade de sondas, de acordo com a inven- ção, associadas a uma mesma bomba térmica.

Na figura 1, a referência 10 designa, de forma geral, a sonda de captação da invenção, que é nesse modo de realização constituída de duas tubulações encaixadas uma na outra, com uma tubulação externa 12 e uma tubulação interna 14. O diâmetro externo d da tubulação externa é, por e- xemplo, da ordem de 40 mm, o que permite introduzi-la em uma galeria ou poço 16 de diâmetro D ligeiramente superior, por exemplo um diâmetro de 50 mm.

A tubulação externa 12 é fechada em sua extremidade distai 18 por qualquer meio apropriado, por exemplo por bujonamento mecânico ou por moldagem oclusiva a quente. Essa extremidade 18 é, além disso, vanta- josamente recoberta por uma ponteira de proteção 20, por exemplo metálica, para facilitar a introdução da tubulação na galeria.

A tubulação interna 14 é aberta em sua extremidade distai 22 de maneira a deixar subsistir um intervalo 24 entre essa extremidade 22 e a parede obturada 18 face à tubulação externa 12.

Em sua extremidade proximal, as tubulações externa 12 e inter- na 14 são ligadas a um elemento de ligação de cabeça 26, permitindo soli- darizar uma na outra, com a tubulação interna 14 em posição central que emerge em 28. A ligação de cabeça 26 comporta, por outro lado, passagens longitudinais 30 (visíveis também no corte da figura 2) desembocando em uma câmara anular 32 que comunica ela própria com um orifício de saída 34, que é assim colocada em comunicação de fluido com o volume da tubu- lação externa 12 compreendido entre a parede dessa tubulação e aquela da tubulação interna 14.

A tubulação interna 14 pode ser vantajosamente realizada da maneira representada no detalhe da figura 3, com uma parede interna 36, da qual a superfície livre 38 é lisa, e uma parede externa 40, da qual a superfí- cie externa 42 é provida de relevos tais como 44.

Um núcleo isotérmico 46 permite isolar termicamente entre si os fluxos que escoam de ambos os lados da tubulação 14. Como variante ou em complemento, as paredes da tubulação podem ser ocas, com cavidades tais como 48 que oferecem um isolamento reforçado dos fluxos que escoam de ambos os lados da parede.

A circulação do fluido na sonda é feita da seguinte maneira. O fluido frio na saída da bomba térmica é introduzido (seta 50) na extremidade livre 28, lado proximal, da tubulação interna 14 (tubulação de admissão de fluido) onde escoa até à extremidade distai 22, a superfície lisa 38 favorecendo um escoamento laminar do fluido na tubulação.

O fluido desemboca então na zona 24 situada na extremidade distai da tubulação externa 12 (tubulação de retorno de fluido), de onde é refluído para o exterior oposta a essa mesma tubulação (setas 52, 54) em todo o comprimento deste, para ser coletado (seta 56) pelas passagens 30 até à saída 34 da ligação de cabeça 26 (seta 58). A presença dos relevos 44 favorece a criação de turbulência no fluido, que o diminuem e aumentam a troca térmica com o exterior.

O fluido introduzido a partir da extremidade proximal da tubula- ção interna 14 é diretamente encaminhado para a abertura distai 22 dessa mesma tubulação, sem passar por outros acidentes que as curvas seguidas pela tubulação. Chegando a este lugar, o fluido se acha na extremidade dis- tai da tubulação externa e volta para a extremidade proximal desta.

No decorrer do trajeto na tubulação externa 12, o fluido de cap- tação recebe a energia térmica cedida pelo meio ambiente, depois volta para a bomba térmica, que concentrará e extrairá essa energia térmica antes de enviar o fluido resfriado à sonda para um novo ciclo de captação.

Notar-se-á que com a configuração ilustrada, a captação térmica começa na região distai da sonda, que é capaz de ser a mais quente e cuja temperatura será mais rapidamente renovada, para subir em seguida para a bomba térmica que a alimenta com fluido aquecido.

Em certas circunstâncias, o sentido de circulação do fluido pode ser invertido, isto é, o fluido será admitido pelo orifício 34 na tubulação ex- terna 12 (que se torna a tubulação de admissão de fluido) para percorrer esta por todo o seu comprimento, depois será coletado na extremidade distai pela tubulação 14 (que se torna a tubulação de retorno de fluido) e ser extra- ído deste pela abertura 28. Nesse caso, diferentemente da configuração precedente, é então a parte do meio ambiente a mais próxima da ligação de cabeça 26 que será majoritariamente solicitada para a troca térmica. Con- forme se compreende facilmente, a escolha de uma ou outra configuração é feita por uma simples inversão do sentido de circulação do fluido na sonda de captação, o que permite otimizar muito simplesmente a troca térmica em função das necessidades, ou eventualmente testando as duas configurações e comparando os resultados obtidos.

A tubulação externa 12 é escolhida em um material que apre- senta uma resistência mecânica e uma semi-rigidez suficientes para pode- rem, na maioria dos casos encontrados, ser empurrado na galeria 16, após a escavação desta; se necessário, a tubulação poderá ser colocada em pres- são para que sua rigidez e sua manutenção mecânica sejam aumentadas. O material deverá também ser escolhido com uma resistência ao estiramento suficiente para permitir, se for o caso, puxar a tubulação na galeria, a partir de uma outra extremidade afastada, aberta, desta. A tubulação deve tam- bém ser resistente à compressão e ser inerte face o fluido que aí circulará.

Na prática, as tubulações de adução de água potável em poli- propileno (diâmetro 32 mm, espessura 3,6 mm) podem perfeitamente ser utilizadas na maioria dos casos para bombas térmica que utilizam uma mis- tura de água e de etileno-glicol como fluido portador de calor da rede de cap- tação.

Se o fluido portador de calor da rede de captação for um gás, poder-se-á utilizar uma tubulação metálica de diâmetro menor, de maneira a limitar a quantidade de gás utilizada e reduzir as perdas de carga. Poder-se- á notadamente utilizar uma tubulação em aço inoxidável fechada em sua extremidade por soldagem e unida por soldadura (soldadura orbital TIG, por exemplo) seja previamente, seja à medida do enterramento: neste caso, se- rá possível constituir rapidamente uma tubulação contínua de resistência perfeitamente homogênea por todo o seu comprimento, a partir de seções de tubulações de comprimentos quaisquer.

A tubulação interna 14 pode ser uma tubulação em matéria plás- tica suficientemente flexível provida de relevos 44, por exemplo caneluras, bossagens, etc., moldadas. Seu comprimento é ajustado àquele da tubula- ção externa, de maneira a situar sua abertura baixa 22 alguns centímetros antes da oclusão 18 da tubulação externa, essa abertura baixa podendo ser em bisel para maximizar o escapamento. Fendas laterais (não representa- das) podem ser previstas para permitir a circulação do fluido mesmo em ca- so de compressão ou outra oclusão da parte distai da sonda.

Conforme a tubulação externa 12, a tubulação interna 14 deve ser neutra em relação ao fluido de captação. Deve apresentar em seu com- primento um raio de curvatura mínimo inferior ou igual àquele da tubulação externa, e seu diâmetro externo deve ser inferior ao diâmetro interno da tu- bulação externa para poder ser enterrado no interior desta.

Notar-se-á que não é necessário que as tubulações interna e externa sejam coaxiais: a entrada em contato com a tubulação interna 14 com a parede interna da tubulação externa 12, por exemplo nas regiões de- curvatura da sonda, não é prejudicial do ponto de vista da circulação do flui- do: a seção de passagem é conservada desde que as tubulações não sejam comprimidas e, além disso, do ponto de vista térmica, essa singularidade é vantajosamente capaz de criar turbulências suplementares nesse local.

O material da tubulação interna 14 é, de preferência, um materi- al de baixa condutividade térmica, ou constituído de uma estrutura que in- corpora um núcleo isotérmico 46 e/ou cavidades isolantes 48, conforme ilus- trado na figura 3. Isto permite isolar termicamente os fluxos de circulação opostos, na tubulação interna 14, por um lado (fluxo de admissão) e na tubu- lação externa 12, por outro lado (fluxo de retorno). A troca térmica deve ser com efeito essencialmente operada entre o fluido circulante na tubulação externa 12 e o meio ambiente, e não entre os dois fluxos opostos.

As seções respectivas das tubulações externa e interna são vantajosamente escolhidas de maneira a definir uma relação ótima entre a seção de passagem do fluxo de admissão (na tubulação interna 14) e a se- ção de passagem do fluxo de retorno (entre a tubulação externa 12 e a tubu- lação interna 14). Com uma seção de admissão inferior à seção de retorno, a velocidade do fluxo de admissão é mais elevada do que aquela do fluxo de retorno. O fluxo de admissão rápida minimiza as perdas na tubulação interna 14, enquanto que o fluxo de retorno lento e turbulento favorece a troca tér- mica entre a tubulação externa 12 e o meio ambiente.

Outros modos de realização da invenção podem ser considera- dos com uma configuração de tubulações diferente daquela que se acaba de expor, nas quais, conforme ilustrado na figura 4, uma tubulação interna 14 era encaixada em uma tubulação externa 12, definindo dois espaços con- cêntricos 60, 62, respectivamente para o fluxo de retorno e o fluxo de admis- são.

Assim como ilustrado na figura 5, é possível prever uma sonda de captação com uma tubulação externa 64 e uma tubulação interna 66 que não é mais encaixada na tubulação externa, mas é colada internamente a esta com uma parede comum 68, do mesmo lado daquela se estendem as duas tubulações. O conjunto é, por exemplo, feito por extrusão ou co- extrusão. As dimensões das tubulações externa 64 e interna 68 são escolhi- das de maneira a definir uma seção de passagem do fluxo de retorno 70 no- tavelmente superior à seção de passagem do fluxo de admissão 72, para diminuir a velocidade do fluxo de retorno e favorecer a troca térmica.

Na variante da figura 6, as duas tubulações não são mais cola- das internamente, mas externamente, a sonda apresentando-se sob a forma de duas tubulações contíguas 74, 76 com uma parede comum 78 e ambos os lados da qual se estendem as duas tubulações. Ainda, é possível esco- lher dimensões de tubulações diferentes para otimizar os fluxos respectivos de admissão e de retorno.

Uma outra variante ainda, ilustrada na figura 7, consiste em pre- ver um número de tubulações superior a duas, por exemplo três tubulações 80, 82, 84. Se as tubulações forem de mesmo diâmetro, será assim possível utilizar duas tubulações 80, 82 para o fluxo de retorno e uma única tubulação 84 para o fluxo de admissão. Isto permite, no caso ainda, aumentar global- mente, a seção do fluxo de retorno.

Tudo o que foi dito mais acima referente à presença de relevos 44 aptos a formar turbulências no fluxo de retorno, a superfície lisa da tubu- lação para o fluxo de admissão, assim como o isolamento térmico entre os fluxos de admissão e de retorno é aplicável mutatis mutandis aos diferentes modos de realização das figuras 5 a 7, nas quais as tubulações são coladas ao invés de serem encaixadas uma na outra.

A figura 8 ilustra esquematicamente uma instalação na qual uma pluralidade de sondas de captação 10, 10', 10", de acordo com a invenção, são utilizadas e montadas em série para aumentar ainda a troca térmica com o meio ambiente.

A entrada 28 da primeira sonda 10 é ligada à saída de fluido 86 da bomba térmica 88, a saída 34 dessa primeira sonda é ligada à entrada 28' da segunda sonda 10', e assim sucessivamente, a saída 34" da terceira sonda 10"' sendo ligada à entrada de fluido 90 da bomba térmica 88.

Também é possível montar em paralelo várias sondas de capta- ção, no caso em que a bomba térmica que essas sondas alimentam impõe uma vazão que não pode validamente ser satisfeita pela seção interna de uma das tubulações de uma sonda única.

Conforme será entendido facilmente, a sonda de captação da invenção, ou uma pluralidade de sondas de captação, de acordo com a in- venção, podem ser enterradas em uma galeria, cujo percurso foi definido em função das dificuldades topográficas e da natureza do subsolo. Essa galeria pode ser também uma galeria oblíqua, uma galeria vertical, uma galeria com um início oblíquo, depois uma platô horizontal, uma galeria curva, etc. É possível prever uma instalação com galerias que mergulham em diversas profundidades no solo e dispostas umas acima das outras com um espaça- mento suficiente. Esta configuração permite em particular solicitar uma mas- sa do meio de captação muito mais importante do que nas configurações lineares ou em duas dimensões, como com os sistemas de captação vertical ou horizontal convencionais.

As figuras 9 e 10 mostram, em projeção e em corte, uma rede de sondas assim instaladas no solo segundo uma configuração particular- mente vantajosa.

No exemplo ilustrado, essa rede comporta cinco sondas 10, tais como descritas mais acima, que são introduzidas em galerias escavadas sensivelmente a partir do mesmo local e que só desembocam ao ar livre por um único orifício.

Após terem sido introduzidas nas galerias, as sondas 10 são ligadas em série e/ou em paralelo e ligadas à bomba térmica 88.

Na configuração vantajosa das figuras 9 e 10, a rede de sondas se estende em subsolo, radialmente a partir do ponto de ligação, à maneira de tentáculos que, em plano (figura 10), podem assumir uma forma qualquer em função dos imperativos do terreno ambiente, o único limite sendo o raio de curvatura permitido pela máquina de escavação da galeria e o raio de curvatura permitido pela sonda. Em profundidade (figura 9), a rede de son- das se estende a uma profundidade escolhida em função das características térmicas do solo e da regulamentação, tipicamente da ordem de 0,5 a 10 metros abaixo do nível do solo, isto é, nas regiões do subsolo capazes de apresentar uma temperatura uniforme em qualquer estação (da ordem de 9o em clima temperado à baixa altitude). Essas sondas são, de preferência, dispostas com sua extremidade terminal no ponto mais baixo, de maneira a evitar o aparecimento de bolhas.

A massa de terreno solicitada para a captação das calorias é assim delimitada por um volume tridimensional 92, situado à baixa profundi- dade e sobre o domínio do terreno em torno da bomba térmica.

Esse volume de captação 92 estendendo pelo menos 50 cm a- baixo do nível do solo, é possível implantar a rede de sondas mesmo em presença de árvores 94, ou também passando sob a habitação 96, conforme se pode ver na figura 10. Nessa mesma figura, foram também ilustradas du- as sondas que, em plano, se cruzam, o que é inteiramente possível, pois as galerias não serão perfuradas exatamente ao mesmo nível nesse local. As- sim, é possível modular a localização e a intensidade das trocas térmicas com o meio ambiente em função das dificuldades topográficas e livrando-se de todo os inconvenientes ligados aos sistemas anteriores em circuito co- nhecidos.

Por outro lado, as tubulações e sondas 10 são vantajosamente munidas de um isolamento térmico 98, por exemplo uma luva isolante, em sua parte compreendida entre o nível do solo (coletor de ligação à bomba térmica 88) e o nível superior do volume de captação 92. Isto permite evitar trocas térmicas ineficazes nessa região do solo de baixa profundidade, que pode cair a uma temperatura muito baixa para assegurar um rendimento térmico satisfatório.

Utilizando-se uma pluralidade de sondas tendo cada uma, por exemplo, um comprimento de 25 m, é assim possível solicitar uma massa de meio importante mesmo sobre uma parcela de terreno reduzida, por exem- plo com dimensões máximas típicas da ordem de 35 a 50 m. Para parcelas de menores dimensões ainda, por exemplo uma zona de pavilhão, é possí- vel prever várias camadas de sondas superpostas, por exemplo uma primei- ra camada estendendo-se em um volume de captação situado entre 0,5 e 1,5 m abaixo do nível do solo, uma segunda camada em um volume de cap- tação situado entre 3 e 4 m abaixo do nível do solo, etc., a fim de aumentar a massa do meio solicitado apesar de um domínio no solo reduzido.

Claims (15)

1. Sonda de captação da energia térmica do solo para bomba térmica, essa sonda (10) comportando um circuito de circulação de fluido portador de calor com uma entrada de fluido (28) e uma saída de fluido (34) aptas a serem ligadas a tomadas respectivas (86, 90) de uma bomba térmi- ca(88), esse circuito comportando pelo menos duas tubulações (12, 14; 64, - 66; 74, 76; 80, 82, 84) que se estende paralelamente, com uma tubulação de admissão de fluido (14; 66; 76; 84) ligada à entrada de fluido e uma tubula- ção de retenção de fluido (12; 64; 74; 80; 82) ligada à saída de fluido, sonda essa na qual as tubulações de admissão e de retorno de fluido são coloca- das em comunicação entre si em suas extremidades distais, são feitas com uma parede comum em todo o seu comprimento e formam um elemento tu- bular enterrável único com uma extremidade proximal que comporta a entra- da e a saída de fluido, e uma extremidade distai livre, sonda essa caracteri- zada pelo fato de a superfície interna da parede do tubo de retorno de fluido ser provida de relevos (44) aptos a criar turbulências no fluido que circula nessa tubulação, e a superfície interna da parede da tubulação de admissão de fluido ser uma superfície lisa apta a favorecer um escoamento laminar do fluido que circula nessa tubulação.

2. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, na qual essa parede comum (36, 40, 46) é uma parede com um núcleo isotérmico (46) e/ou fechado das cavidades isolantes (48).

3. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, na qual a seção de passagem de fluido da tubulação de retorno é superior à seção de passagem de fluido da tubulação de admissão.

4. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, na qual a seção externa desse elemento tubular enterrável único é uniforme em todo o comprimento desse elemento.

5. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 4, na qual a seção externa desse elemento tubular enterrável único é uma seção circular.

6. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, na qual o diâmetro máximo (d) desse elemento tubular enterrável único é inferior a -150 mm, de preferência inferior a 100 mm, muito preferencialmente inferior a -50 mm.

7. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, na qual tubulações são feitas em um material flexível apto a conferir flexibilidade a esse elemento tubular enterrável único.

8. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, na qual a extremidade distai desse elemento tubular enterrável único é provida ex- ternamente de uma ponteira complementar (20).

9. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, na qual essas tubulações de admissão e de retorno de fluido são tubulações (12, 14) encaixadas uma na outra, uma das tubulações sendo uma tubulação interna (14) aberta em sua extremidade distai (22) e cuja parede constitui essa pa- rede comum, e a outra das tubulações sendo uma tubulação externa (12) que envolve a tubulação interna e obturada em sua extremidade distai (18), a superfície interna (38) da tubulação interna (14) sendo lisa e a superfície externa (42) dessa mesma tubulação interna (14) sendo provida desses re- levos.

10. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, na qual essas tubulações de admissão e de retorno de fluido são tubulações contíguas (64, 66; 74, 76; 80, 82,84).

11. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 10, com- preendendo uma única tubulação de admissão (66; 76) e uma única tubula- ção de retorno (64; 74) de fluido, e na qual a seção da tubulação de retorno é superior à seção da tubulação de admissão.

12. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 11, com- preendendo pelo menos três tubulações (80, 82, 84) com um número de tu- bulações de admissão (84) inferior àquele das tubulações de retorno (80, 82) de fluido, e na qual a seção total da(s) tubulação(ões) de retorno é (são) su- perior(es) à seção total da(s) tubulação(ões) de admissão.

13. Sonda de captação, de acordo com a reivindicação 1, com- preendendo, além disso, sobre partes escolhidas de seu comprimento, um isolamento reforçado (98) da tubulação de admissão e/ou da tubulação de retorno de fluido.

14. Rede de captação da energia térmica do solo para bomba térmica, caracterizada pelo fato de: - essa rede compreender uma pluralidade de sondas (10), como definida em uma das reivindicações 1 a 13, enterradas em galerias escava- das no solo, e - apresentar uma configuração tridimensional limitada por um volume envoltório (92) estendendo-se sobre um domínio de terreno e sobre uma profundidade de enterramento dados.

15. Rede de captação, de acordo com a reivindicação 14, na qual as sondas (10) compreendem um isolamento reforçado (98) da tubula- ção de admissão e/ou da tubulação de retorno de fluido, sobre sua parte que se estende entre o nível do solo esse volume envoltório.