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O potencial do permutador de calor ar-solo para o aquecimento é bem aceite nos países mais frios (Mathur et al., 2012). Mas para que esta aceitação tenha sido tomada, foram necessários vários estudos e experiências realizadas por especialistas para elevar o conhecimento sobre a tecnologia que está na génese deste trabalho. Desde a segunda metade do século XX, uma quantidade assinalável de investigadores estudou o potencial dos tubos enterrados no solo (Goswami & Ileslambou, 1990). Muitos aspetos sobre os permutadores de calor ar-solo foram já estudados e, de seguida, são descritos os avanços mais importantes.

No século XIX, Wilkonson dimensionou um estábulo com capacidade para 148 animais, no qual uma passagem subterrânea com cerca de 150 metros de comprimento era utilizada para arrefecimento durante o Verão (USDA, 1960). Mogensen (1983) apresentou um teste de resposta

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térmico (TRT na sigla anglo-saxónica) que se tem mostrado um método bastante eficiente para determinar a condutibilidade térmica do solo. Florides & Kalogirou (2007) apresentaram uma revisão dos sistemas de permutadores de calor ar-solo, modelos existentes e possíveis aplicações. Explicaram ainda diversos métodos e alguns modelos de cálculo. Mihalakakou, Santamouris & Asimakopoulos (1992) avaliaram experimentalmente o desempenho geotérmico dos sistemas EAHE, usando para isso modelos matemáticos por eles desenvolvidos. Santamouris et al. (1997) investigaram ainda o impacto de diferentes configurações da superfície do solo como condições barreira de sistemas EAHE e chegaram à conclusão que os solos cobertos com relva proporcionam melhores condições de arrefecimento do que os solos sem vegetação. Na mesma perspetiva, Givoni (2007) conseguiu provar que o potencial dos referidos sistemas é melhorado nos climas mais quentes quando se adotam medidas como a utilização de vegetação ou árvores para criarem sombra, irrigação superficial ou a disposição de uma camada de seixos diretamente sobre o solo. Kabashnikov et al. (2002) concluíram que a capacidade de realizar as trocas de calor entre o solo e os tubos é maximizada com o aumento do comprimento destes, até atingir um ponto de saturação. Este ponto de saturação depende da frequência das variações de temperatura e do volume de ar a circular no interior dos tubos enterrados. Bansal et al. (2010) investigaram a análise da performance de um sistema EAHE na estação do verão na Índia e concluíram que o desempenho do sistema não é maioritariamente afetada pelo tipo de material do tubo, mas sim pela velocidade do fluído.

Goswami & Dhaliwal (1990) realizaram uma breve revisão literária dos artigos publicados até então e apresentaram uma solução analítica para o problema de transferência de calor momentâneo entre o ar e o solo circundante à medida que o ar circula no interior do tubo enterrado. Ghosal, Tiwari & Srivastava (2004) e Ghosal & Tiwari (2006) descreveram detalhadamente a modelação de um permutador de calor ar-solo aplicado no projeto de uma estufa em Nova Dheli, Índia. No segundo estudo, os investigadores constataram que com a aplicação do sistema EAHE as temperaturas médias no interior da estufa aumentaram aproximadamente 8ºC no inverno e diminuíram cerca de 6ºC no verão. Além disso, eles comprovaram que os resultados obtidos se deveram ao aumento do comprimento e diminuição do diâmetro dos tubos enterrados, da diminuição do caudal de ar que circula no interior dos tubos e do aumento da profundidade até aos 4 metros. Simulações numéricas, técnicas e de avaliação económica foram efetuadas por Bojicǐ et al. (1997), bem como a análise de alguns parâmetros dos EAHE. Eles utilizaram o mesmo sistema para as situações de aquecimento e arrefecimento e concluíram que o consumo energético associado sofre uma maior redução no verão do que no

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inverno. Scott, Parsons & Kochler (1965) realizaram um estudo onde avaliaram o comportamento de um tubo de aço enterrado e, com os resultados obtidos, comprovaram o potencial de utilização dos sistemas de permutador de calor ar-solo.

Ajmi, Loveday & Hanby (2006) estudaram a capacidade de arrefecimento do sistema EAHE em edifícios domésticos. Goswami & Ileslamlou (1990) publicaram um artigo sobre o estudo de um sistema híbrido fechado, em que se associava um permutador de calor ar-solo a uma unidade de ar condicionado, com o objetivo de determinar o COP do sistema. Os autores concluíram que a temperatura do solo em contacto com os tubos aumentava, o que provocava limitações no desempenho do sistema. Ao efetuar um estudo custo-benefício sobre a aplicação de um sistema EAHE, Ozgener et al. (2007) concluíram que o sistema de tubos enterrados assume uma cota de 24-26% do custo total de instalação do sistema. Por esse mesmo motivo, os processos de dimensionamento e construção devem ser cuidadosamente pensados para que seja assegurada uma instalação com os preços mais baixos e um ciclo de vida longo. Bojicǐ et al. (1997) avaliaram o desempenho técnico e económico dos sistemas EAHE ao utilizarem tubos de aço e PVC, dividindo o solo e os tubos em volumes elementares para obterem equações matemáticas. Simulações horárias realizadas ao longo de um ano completo por Bansal & Mathur (2009) permitiram avaliar a performance de um sistema híbrido, constituído por uma unidade de ar condicionado e um permutador de calor ar-solo, utilizando um modelo de dinâmica computacional de fluídos multifase. Por conseguinte, Wu, Wang & Zhu (2007) desenvolveram um modelo implícito, baseado na transferência de calor numérica e na modelação de fluídos dinâmicos, e implementaram-no no software informático “Phoenics” com o objetivo de avaliar os efeitos de parâmetros operacionais como o comprimento, o diâmetro, a profundidade e o caudal de ar circulante no interior dos tubos na capacidade de aquecimento e arrefecimento.