Sabemos que a geotermia é o calor da Terra, e o termo “geotérmico” é frequentemente associado a vulcões e gêiseres. Na Rússia, a energia geotérmica é usada principalmente em escala industrial, por exemplo, existem usinas no Extremo Oriente que operam com base no calor do nosso planeta.
Muitos acreditam que fazer aquecimento geotérmico em casa com suas próprias mãos é algo do reino da fantasia. Não é? Mas isso não é absolutamente o caso! Com o desenvolvimento da tecnologia moderna, o uso doméstico de “energia verde” tornou-se bastante real.
Vamos falar sobre os princípios de funcionamento do aquecimento alternativo, suas vantagens e desvantagens, comparáveis aos sistemas de aquecimento tradicionais. Você também aprenderá sobre como organizar o trocador de calor e como instalar aquecimento geotérmico com suas próprias mãos.
Conteúdo do artigo:
- Alguns fatos históricos
- As reais vantagens e desvantagens
- Sobre fontes de aquecimento geotérmico
- O princípio da operação de tal aquecimento
-
Dois tipos de localização do trocador de calor
- Opção # 1. Posicionamento vertical do coletor externo
- Opção # 2. Localização horizontal do coletor de solo
- Permutador de calor horizontal de imersão no reservatório
- Faça você mesmo: o que e como
- Custos e perspectivas de retorno
- Conclusões e vídeos úteis sobre o tema
Alguns fatos históricos
Quando a crise do petróleo eclodiu na década de 70 do século passado, surgiu uma necessidade ardente no Ocidente fontes alternativas de energia. Foi nessa época que os primeiros sistemas de aquecimento geotérmico começaram a ser criados.
Hoje eles são difundidos nos Estados Unidos, no Canadá e nos estados da Europa Ocidental.
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O uso da energia do interior da Terra tem uma grande vantagem: os recursos utilizados são obtidos gratuitamente e recuperados espontaneamente.
O bloco interno do sistema geotérmico ocupa pouco espaço, parece eletrodomésticos familiares
O investimento inicial no dispositivo do sistema utilizando energia geotérmica é maior do que a instalação da caldeira, mas os fundos mínimos para manutenção e operação justificam e pagam rapidamente pelo projeto
O equipamento que processa a energia da terra em calor, não emite produtos de combustão, não queima permanentemente lenha, carvão, turfa, gás
Perspectivas de aquecimento geotérmico
Dimensões da unidade interna do sistema geotérmico
O custo de instalação e operação de uma bomba de calor
Prioridades ambientais das bombas de calor
Por exemplo, na Suécia, a água do Mar Báltico é usada ativamente, a temperatura é de + 4 ° С. Na Alemanha, a introdução de sistemas de aquecimento geotérmico é patrocinada em nível estadual.
À menção de fontes de energia geotérmica, sempre imaginamos um vale de gêiseres ou vulcões, mas as fontes de que precisamos estão muito mais próximas. E eles nos ajudarão a aquecer no inverno e a refrescar no verão.
Pauzhetskaya, Verkhne-Mutnovskaya, Okeanskaya e outras usinas geotérmicas operam na Rússia. Mas há muito poucos fatos de usar a energia da Terra em nosso setor privado.
As reais vantagens e desvantagens
Se na Rússia o aquecimento geotérmico do setor privado é relativamente raro, isso significa que a ideia não vale o custo de implementá-lo? Talvez esta questão não deva ser abordada? Descobriu-se que não é.
O uso de um sistema de aquecimento geotérmico para uma casa é uma solução econômica. E existem várias razões para isso. Entre eles está a rápida instalação de equipamentos que podem funcionar por muito tempo sem interrupções.
Se você usar no sistema de aquecimento não água, mas anticongelante de alta qualidade, ele não irá congelar e seu desgaste será mínimo.
Listamos as outras vantagens deste tipo de aquecimento.
- O procedimento para queima de combustível é excluído. Criamos um sistema absolutamente à prova de fogo, que, no decorrer de sua operação, não será capaz de causar qualquer dano ao alojamento. Além disso, uma série de outras questões relacionadas à presença de combustível são excluídas: agora não há necessidade de procurar um local para armazená-lo, estar envolvido em sua aquisição ou entrega.
- Benefícios econômicos substanciais. Durante a operação do sistema, não será necessário nenhum investimento adicional. O aquecimento anual é fornecido pelas forças da natureza, que não compramos. Naturalmente, na operação de uma bomba de calor, a energia elétrica é gasta, mas, ao mesmo tempo, o volume de energia produzido excede significativamente o consumo.
- Fator ecológico. O aquecimento geotérmico de uma casa de campo privada é uma solução ecologicamente correta. A ausência do processo de combustão elimina a liberação de produtos de combustão na atmosfera. Se muitos estão cientes disso, e tal sistema de aquecimento receberá distribuição onipresente, a influência negativa das pessoas sobre a natureza diminuirá muitas vezes.
- Sistema compacto. Você não precisa organizar em sua casa uma sala de aquecimento separada. Tudo o que será necessário é uma bomba de calor que pode ser colocada, por exemplo, no porão. O contorno mais volumétrico do sistema estará localizado no subsolo ou debaixo d'água, você não o verá na superfície do seu site.
- Multifuncional. O sistema pode funcionar tanto para aquecimento na estação fria quanto para resfriamento durante o calor do verão. Isso é, na verdade, ele substituirá não apenas um aquecedor, mas também um ar condicionado.
- Conforto acústico. A bomba de calor funciona quase em silêncio.
A escolha de um sistema de aquecimento geotérmico é economicamente benéfica, apesar do fato de que você tem que gastar dinheiro na compra e instalação de equipamentos.
A propósito, como uma desvantagem do sistema, são os custos que devem ser mencionados para instalar o sistema e prepará-lo para operação. Será necessário comprar a própria bomba e alguns materiais, para realizar trabalhos na instalação do coletor externo e do circuito interno.
Não é nenhum segredo que os recursos estão se tornando mais caros de ano para ano, portanto, um sistema de aquecimento autônomo que pode ser recompensado em poucos anos sempre será economicamente benéfico para seu proprietário.
No entanto, esses custos compensam apenas nos primeiros anos de operação. O uso subseqüente de um coletor colocado no solo ou submerso na água economiza recursos consideráveis.
Além disso, o processo de instalação em si não é tão complicado a ponto de convidar especialistas terceirizados para sua implementação. Se você não fizer drill, tudo o mais poderá ser feito independentemente.
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A unidade interna do sistema que utiliza o calor da terra, inclui diretamente a própria bomba de calor, um aquecedor de água instalado ou embutido na bomba separadamente e um tanque intermediário.
A energia térmica de rochas e lençóis freáticos é suficiente para a organização do aquecimento e fornecimento de água quente de uma casa de campo.
Apesar dos benefícios reais de operar bombas de calor, aquecer a casa usando uma caldeira a gás enquanto a energia geotérmica é mais barata, mas ainda é usada, por exemplo, para aquecer água a piscina
No entanto, em áreas não gasificadas, lugares onde a eletricidade não é fornecida, a bomba de calor com extração de energia de solos e água pode se tornar um agregado fornecendo sistemas de fornecimento de água quente e aquecimento.
É razoável usar energia livre de água subterrânea e pedras em prover calor a edifícios de casa, estufas, complexos de esporte
Bombas de calor com entrada de energia das entranhas da terra podem servir como fontes adicionais de energia necessárias em caso de falta de energia
No caso da transição de uma casa completamente para aquecimento geotérmico, muitas vezes é necessário construir vários circuitos manutenção de certos anéis, por exemplo, para o aquecimento do radiador e piso aquecido é melhor usar duas bombas de calor, e para Terço de água quente
Os dispositivos de aquecimento geotérmicos combinam-se perfeitamente com as opções tradicionais e outros tipos de fontes alternativas: painéis solares, turbinas eólicas e outros
Sistema de aquecimento geotérmico de unidade interior
Fontes geotérmicas no aquecimento de uma casa particular
Bomba de calor de água subterrânea para aquecimento da água da piscina
Sistemas geotérmicos no arranjo de edifícios suburbanos
O dispositivo de aquecimento geotérmico na estufa
Bomba de calor como complemento ao circuito de aquecimento principal
Sistema geotérmico multi-circuito numa casa particular
Aquecimento geotérmico emparelhado com painéis solares
Deve-se notar que alguns artesãos, em um esforço para salvar aprendeu como coletar geotérmica própria bomba de calor.
Sobre fontes de aquecimento geotérmico
Para aquecimento geotérmico, você pode usar as seguintes fontes de energia térmica terrestre:
- alta temperatura;
- baixa temperatura.
Fontes de alta temperatura incluem, por exemplo, fontes termais. Você pode usá-los, mas seu escopo é limitado à localização real de tais fontes.
Se na Islândia este tipo de energia é usado ativamente, na Rússia as águas termais estão longe de áreas povoadas. Eles são concentrados ao máximo em Kamchatka, onde a água subterrânea é usada como refrigerante e fornecida ao sistema de AQS.
Para o uso eficaz da energia térmica da terra não precisa de um vulcão. É suficiente usar os recursos que estão a apenas 200 metros da superfície da Terra.
Mas, para o uso de fontes de baixa temperatura, temos todos os pré-requisitos necessários. Para este propósito, massas de ar circunvizinhas adequadas, terra ou água.
Para extrair a energia necessária usando uma bomba de calor. Com a sua ajuda, é realizado o processo de converter a temperatura ambiente em energia térmica, não só de aquecimento, mas também de fornecimento de água quente de uma residência privada.
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Fontes de energia geotérmica incluem objetos naturais subterrâneos: solos e água.
Uma solução salina circula ao longo do contorno, que retira o calor do solo. Quando um líquido é comprimido por um compressor, sua temperatura aumenta, o que é usado na preparação do refrigerante para sistemas de aquecimento
De um modo semelhante, a energia térmica da água dos reservatórios naturais, na qual o coletor externo da bomba de calor afunda, é tomada.
Ao extrair o calor da água subterrânea de um poço geotérmico, o permutador de calor entra no poço e mergulha através de uma tubulação até um compressor de unidade interna.
Entrada de águas subterrâneas e rochas de calor livre
Trocador de calor externo do sistema de água da terra
Trocador de calor ao ar livre em uma lagoa natural
Bomba de calor geotérmica bem
O princípio da operação de tal aquecimento
Se você está familiarizado com o funcionamento ar condicionado ou a geladeira, a semelhança destes processos com o princípio de funcionamento do aquecimento geotérmico é óbvia. A base do sistema é uma bomba de calor, que está incluída em dois circuitos - externos e internos.
Para organizar um sistema de aquecimento tradicional em qualquer casa, você deve instalar tubos nele. para transportar o refrigerante e os radiadores, quando aquecidos, cujo calor fluirá instalações. No nosso caso, tubos e radiadores também são necessários. Eles formam o contorno interno do sistema. O esquema pode ser adicionado pavimentos aquecidos.
O contorno externo parece muito maior que o interno, embora suas dimensões possam ser estimadas apenas durante o período de planejamento e instalação. Durante a operação, é invisível, porque é subterrânea ou submersa. Água normal ou anticongelante à base de etilenoglicol circula dentro deste circuito, o que é muito mais preferível.
O sistema de aquecimento geotérmico inclui dois circuitos - internos e externos, bem como o coração do sistema de aquecimento - uma bomba de calor que, comprimindo o refrigerante, aumenta sua temperatura (+)
Assim, a bomba de calor é o elemento chave que anima todo o sistema. Se em sua casa há uma máquina de lavar comum, então você deve saber: esta bomba levará aproximadamente a mesma área.
Para trabalhar, ele precisa de eletricidade, mas, consumindo apenas 1 kW, fornece 4-5 kW de calor. E isso não é um milagre, já que a fonte de energia “adicional” é conhecida - é o meio ambiente.
Dois tipos de localização do trocador de calor
Há duas opções para aquecer uma casa particular usando elementos de energia de baixa temperatura do ambiente. A base do sistema nos três casos é uma bomba geotérmica.
O circuito interno permanece inalterado para qualquer método de aquecimento, e a principal diferença está na localização do circuito externo.
O aquecimento geotérmico acontece com um trocador de calor localizado:
- verticalmente - estão localizados em poços que revelam ou não revelam o aqüífero;
- horizontalmente - trocadores de calor de sistemas são colocados em um poço ou água aberta na forma de um tipo de bobina.
Cada um dos tipos de aquecimento apresentados aqui é caracterizado por suas características, desvantagens e vantagens.
Se você pretende criar um sistema de aquecimento com suas próprias mãos, você estará interessado em aprender mais sobre cada tipo.
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A escolha do método de colocação do coletor externo depende da disponibilidade de espaço livre próximo ao solar
O arranjo horizontal do coletor externo do sistema de aquecimento geotérmico para uma pequena casa exigirá o descomissionamento de apenas 36 m²
No caso de um dispositivo para o fornecimento de calor de uma casa que varia de 300 a 600 m², um lote de 110 m² terá que ser removido do uso.
Para a construção de uma versão horizontal do coletor, localizada no solo, você precisará de 200 a 500 m² de espaço livre
A fim de reduzir o tamanho das áreas retiradas do uso por causa do dispositivo coletores, métodos diferentes são usados, por exemplo, colocação parcial em uma vala ao longo dos limites do local ou estradas
Uma variedade de opções é usada para agrupar tubulações subterrâneas. Um deles - a instalação de dobradiças na forma de cestas
Ao escolher um esquema de colocação de tubos para a parte externa da bomba de calor, deve ser lembrado que a parte de trabalho do sistema deve ser enterrada abaixo do nível de congelamento sazonal do solo.
Uma boa combinação de tubos horizontais e poços verticais ajudará a reduzir o tamanho do local descomissionado.
Colocação de coletor vertical
Grupo de bomba de calor coletor vertical
Coletor de bomba de calor externo para casa grande
Bomba de dissipador de calor horizontal solo a água
Colocando o coletor da unidade externa na vala
Instalando o trocador de calor como um grupo de cestas
Colocando o duto ao longo das paredes e no fundo do poço
A terminação dos poços deslocados da área
Opção # 1. Posicionamento vertical do coletor externo
Este tipo de aquecimento baseia-se num fenómeno natural interessante: a uma profundidade de 50-100 me mais da sua superfície, a terra tem a mesma temperatura constante de 10-12 ° С durante todo o ano.
Para poder usar esta energia da terra, é necessário perfurar poços verticais. A tecnologia é quase o mesmo que preparar uma fonte de ingestão de água.
Para maximizar a preservação da paisagem, é possível perfurar vários tubos a partir do mesmo ponto de partida, mas de diferentes ângulos.
O circuito externo do sistema será montado diretamente nesses poços. Isso efetivamente tirará o calor da terra. Claro, esse método dificilmente pode ser chamado de simples e de baixo orçamento.
Para criar um sistema de aquecimento geotérmico vertical, você precisa usar equipamentos de perfuração. poços, sem o uso de uma solução de sonda de perfuração no sistema do dispositivo será bastante demorado (+)
É relevante no caso em que o território adjacente à casa já está equipado, e a violação de sua paisagem é impraticável. A profundidade de perfuração pode atingir de 50 a 200 metros.
Os parâmetros específicos do poço dependem da situação geológica no local e dos parâmetros da estrutura futura. A vida útil deste projeto é de aproximadamente 100 anos.
Para construir uma versão vertical do sistema com um permutador de calor que extrai a energia da água subterrânea, será necessário perfurar dois poços com água.
Um deles, chamado de débito, usa uma bomba para extrair água que, após a transferência de calor, é drenada para a segunda saída receptora.
Menos sistema geotérmico com dois poços na falta de eficiência para aquecer uma casa de campo. Muita energia é gasta circulando a bomba. Mas para o fornecimento de refrigerante para o contorno de um piso quente, a energia calorífica recebida é suficiente.
Opção # 2. Localização horizontal do coletor de solo
Para colocar o contorno externo com uma visão horizontal do aquecimento, você precisa saber o quão profunda a terra em sua área está congelada.
Os tubos são colocados abaixo do nível de congelamento nas trincheiras previamente preparadas, capturando um espaço bastante grande: para aquecer a casa, cuja área é de 200-250 metros quadrados m, você precisa usar cerca de 600 metros quadrados. m permutador de calor. Isso é seis acres.
A desvantagem deste design é a grande área que ocupa. Se você precisa de um gramado coberto com grama e flores na trama, esta é a sua opção. E é melhor manter os tubos coletores longe das árvores frutíferas (+)
É claro que sob tais condições, o volume de terraplenagem será significativo. Além disso, você precisa considerar em termos da localização de árvores e outras vegetações no site, para não congelá-las. Por exemplo, você não pode ter um tubo coletor a menos de um metro e meio das árvores.
Este método de instalação é utilizado, em regra, nos casos em que o site só está sendo desenvolvido para construção. Todos os cálculos e planos para a construção da casa, a organização de seu aquecimento e o planejamento do terreno são melhor realizados simultaneamente.
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Fase 1: O dispositivo de bomba de calor de água subterrânea com um coletor horizontal começa com o desenvolvimento de uma cava ou vala e a colocação de um coletor que coleta calor das camadas de solo
Fase 2: As dobradiças do coletor são conectadas aos tubos, um dos quais coleta a salmoura que absorve o calor do solo, o segundo retorna depois que a energia é transferida para a bomba de calor.
Etapa 3: Tendo entrado na bomba de calor, a salmoura libera energia que entra no aquecedor de água de armazenamento, que prepara o transportador de calor para os circuitos de aquecimento.
Etapa 4: Após conectar e montar a rede, sua operação é testada. Quando resultados positivos são obtidos, o poço de fundação é preenchido com solo e a área acima dele é estabelecida.
Colocando o coletor de calor no poço
Conexão de um coletor a tubos de uma saída e uma entrada para a casa
Conexão a um aquecedor de água de armazenamento
Arranjo de local com coletor externo
Permutador de calor horizontal de imersão no reservatório
Este método requer um arranjo especial de propriedade da casa própria - a uma distância de cerca de 100 m de um reservatório que tenha profundidade suficiente. Além disso, o reservatório especificado não deve congelar até o fundo, onde o contorno externo do sistema será localizado. E para esta área do reservatório não pode ser inferior a 200 metros quadrados. m
Esta opção de colocação de um trocador de calor é considerada a menos cara, mas tal arranjo de propriedade ainda não é comum. Além disso, pode haver dificuldades se a massa de água pertencer a instalações públicas.
Uma vantagem óbvia desse método é a ausência de terraplenagens obrigatórias de trabalho intensivo, embora você ainda precise mexer na localização subaquática do coletor. E uma permissão especial para realizar esse trabalho também é necessária.
No entanto, uma usina geotérmica que usa a energia da água ainda é a mais econômica.
Faça você mesmo: o que e como
Se você instalar o aquecimento geotérmico, então é melhor comprar o circuito externo como um produto acabado. Naturalmente, consideramos apenas os métodos de disposição horizontal do trocador de calor externo: sob a superfície do solo ou sob a água.
É muito mais difícil montar um coletor vertical no fundo do poço se você não tiver o equipamento e as habilidades de perfuração.
A bomba de calor não é um equipamento muito grande. Em sua casa, não ocupa muito espaço. De fato, em tamanho, é comparável, por exemplo, com uma caldeira de combustível sólido convencional. Conecte o contorno interno de sua casa a ele - a tarefa é simples.
De fato, tudo é feito da mesma maneira que na organização e fiação de aquecimento usando fontes tradicionais de calor. A principal dificuldade é a disposição do contorno externo.
Este arranjo da casa em relação ao lago é mais comum. A principal coisa que o reservatório não foi mais de 100 metros da casa de campo
A melhor opção seria usar o reservatório, se existir a uma distância não superior a 100 m, é necessário que sua área exceda os 200 metros quadrados. m e profundidade - 3 m (parâmetro de congelamento médio). Se este reservatório não lhe pertence, então o problema pode ser obter permissão para usá-lo.
Se o reservatório é uma lagoa que você possui, então a questão é simplificada. A água da lagoa pode ser temporariamente bombeada. Em seguida, o trabalho no seu fundo pode ser feito facilmente: será necessário colocar os tubos em espiral, protegendo-os nesta posição.
O trabalho de escavação será necessário apenas para escavar a vala, o que será necessário para conectar o circuito externo à bomba de calor.
Depois de fazer todo o trabalho, a lagoa pode ser recarregada com água. Nos próximos anos, cem trocadores de calor externos devem funcionar adequadamente e não causar problemas ao seu proprietário.
Se você tem um terreno à sua disposição, no qual você só tem que construir uma casa e cultivar um jardim, faz sentido planejar um trocador de calor horizontal do tipo de solo.
Para fazer isso, um cálculo preliminar da área do futuro coletor deve ser feito, com base nos parâmetros já indicados acima: 250-300 metros quadrados. m colecionador por 100 metros quadrados. m área aquecida da casa.
Se você tem um terreno sem construções e vegetação que você gostaria de preservar, o terreno em a construção de um contorno horizontal externo do solo pode ser simplesmente removida: é mais fácil do que escavar trincheira
As trincheiras nas quais os tubos do contorno devem ser assentados devem ser escavadas abaixo do nível de congelamento do solo.
E melhor ainda - basta remover o solo até a profundidade de seu congelamento, colocar o tubo e depois retornar o solo no lugar. O trabalho é demorado, difícil, mas com um grande desejo e determinação, você pode fazê-lo.
Custos e perspectivas de retorno
O custo do equipamento e sua instalação durante a construção do aquecimento geotérmico depende da capacidade da unidade e do fabricante.
Cada fabricante escolhe, guiado por seus próprios pensamentos e informações sobre a reputação e confiabilidade de uma determinada marca. Mas o poder depende da área da sala a ser atendida.
Esta figura reflete brevemente a essência dos benefícios derivados do uso de um sistema de aquecimento geotérmico. É essa relação de entrada e saída de energia que permite que o sistema salte rapidamente primeiro e depois economize o dinheiro de seu dono (+)
Se levarmos em conta exatamente a potência, o custo das bombas de calor varia nas seguintes faixas:
- a 4-5 kW - 3000-7000 unidades convencionais;
- em 5-10 kW - 4000-8000 unidades convencionais;
- 10-15 kW - 5000 a 10000 unidades convencionais.
Se acrescentarmos a este montante os custos necessários para realizar o trabalho de instalação (20-40%), obteremos uma quantia que, para muitos, parecerá totalmente irrealista.
Mas todos esses custos serão compensados por termos bastante razoáveis. No futuro, você terá que pagar apenas pequenas despesas pela eletricidade necessária para operar a bomba. E é isso!
Devido à falta de eficiência dos sistemas geotérmicos para aquecimento de edifícios residenciais, eles são usados como um suplemento para as principais redes de aquecimento ou eles estão sendo construídos em complexo com dois ou mais trocadores de calor
Como mostra a prática, o aquecimento geotérmico é especialmente benéfico para casas com uma área total aquecida de 150 metros quadrados. Por cinco a oito anos, todos os custos de equipar os sistemas de aquecimento nessas casas são totalmente pagos.
Se o aquecimento geotérmico não é particularmente procurado entre os proprietários de casas particulares, então a eficácia dos sistemas de gel já foi estimada pelos residentes das regiões do sul. Tecnologia instalações de aquecimento solar bastante simples, e sua relação custo-benefício e praticidade comprovada por muitos anos de experiência no uso de países ocidentais e nossos compatriotas.
Informações adicionais sobre fontes alternativas de energia são fornecidas em este artigo.
Conclusões e vídeos úteis sobre o tema
Se é mais fácil para você obter informações visuais, esse vídeo permitirá que você veja com seus próprios olhos como É o sistema geotérmico que funciona, e também para aprender mais sobre quem e porque este tipo de aquecimento rentável.
Nós convidamos você a assistir a um pequeno vídeo em que o proprietário de um coletor de subsolo horizontal informa sobre suas impressões de sua operação. Além disso, depois de assistir a este vídeo, você aprenderá sobre os custos contínuos associados à operação de um sistema de aquecimento geotérmico.
Cada proprietário de uma casa particular escolhe a si mesmo se deve comprar os serviços de organizações fornecedoras de recursos para ele ou confiar apenas em si mesmo. No entanto, ele é guiado por uma lista de considerações.
O objetivo que estabelecemos para nós mesmos não é levá-lo a uma conclusão pronta, mas compartilhar informações sobre as soluções para a tarefa que você está enfrentando.
Há alguma coisa para complementar ou ter dúvidas sobre o aquecimento geotérmico de uma casa particular? Você pode deixar comentários sobre a publicação. O formulário para comunicação está no bloco inferior.
