Geotermia
Sistemi di Geoscambio
Preliminarmente a ogni progetto complesso di impianto geotermico, è bene eseguire uno studio di fattibilità dell’opera, che evidenzi i seguenti aspetti:
Tali studi di fattibilità tecnico-geologici sono tanto più importanti quanto più sono numerosi gli elementi di criticità ambientale e territoriale del sito. Un corretto ed esaustivo studio di fattibilità agevola la progettazione e rende più spedite tutte le operazioni di cantiere, in particolare per quanto riguarda l’attività di perforazione e di posa dei geo-scambiatori. Un altro risultato chiave dello studio è l’individuazione delle caratteristiche geo-energetiche del sottosuolo, finalizzate alla scelta del geo-scambiatore con la maggiore efficienza di scambio, in termini di costi-benefici.
Nel caso sussista la possibilità di un sistema a circuito aperto, con prelievo di acqua falda, lo studio preliminare interessa anche caratteri idrogeologici e geotecnici, ed è fondamentale ai fini dell’accettazione del sistema da parte delle autorità locali.
In modalità riscaldamento il fluido di circolazione scende attraverso la sonda di mandata ad una temperatura inferiore a quella del terreno (per esempio a 3-4° se è costituito solo da acqua, o a 0° se è additivata con glicole) e risale ad una profondità di 4-5° superiore, dopo avere estratto calore dal terreno per conduzione.
La pompa di calore è in grado di trasferire il calore estratto dal terreno all’impianto di distribuzione facendo uscire acqua ad una temperatura di 30-32° (nel caso dei pannelli radianti); l’acqua di ritorno dall’impianto rientra nella pompa di calore ad una temperatura di 4-5° inferiori, dopo avere ceduto calore all’ambiente.
La pompa di calore geotermica può sfruttare il calore estratto dal terreno anche per la produzione dell’acqua sanitaria. In questo caso, essendo maggiore la temperatura dell’acqua da produrre l’efficienza della pompa tende ad abbassarsi leggermente. Anche per questo è opportuno valutare sempre la possibilità di produrre l’acqua calda sanitaria con un’altra fonte energetica pulita costituita dai pannelli solari, integrata con l’impianto geotermico.
Il raffrescamento attivo (active cooling o direct cooling) presuppone il funzionamento della pompa di calore anche in estate. Il fluido di circolazione deve scendere attraverso la sonda di mandata ad una temperatura superiore a quella del terreno (per esempio a 25-30°) e risale ad una profondità di 4-5° inferiore, dopo avere “ceduto” calore al terreno.
Anche in questo caso la pompa di calore trasferisce il calore dal corpo più caldo (ambiente), a quello più freddo (terreno) operando l’inversione del ciclo rispetto alla modalità di funzionamento invernale. In uscita dalla pompa l’acqua può raggiungere la temperatura necessaria per il raffrescamento con pannelli radianti (16-20°) o con i fancoil (7-12°).
Il raffrescamento attivo va abbinato alla deumidificazione degli ambienti
Il raffrescamento naturale (natural cooling, free cooling o geocooling) è una particolare applicazione, che permette un effetto di climatizzazione estiva semplicemente facendo circolare all’interno dei pannelli radianti l’acqua di ritorno dalle sonde geotermiche verticali.
E’ necessaria la predisposizione specifica della pompa di calore. Anche in questo caso il raffrescamento naturale va abbinato alla deumidificazione degli ambienti.
Il natural cooling è il sistema di condizionamento più economico ed ecologico.
Gli impianti geotermici a bassa entalpia si basano su una semplicissima constatazione elementare: mentre la temperatura nell’aria varia con una periodicità giornaliera ed annuale, la temperatura nel terreno risente della variazioni esterne solo nei primi metri superficiali. La variazione di temperatura diminuisce con la profondità ed è trascurabile al di sotto dei 15 metri. Le temperature locali del terreno dipendono dal clima, dalle coperture del terreno e nevose, inclinazione, proprietà del suolo. Il terreno assorbe circa la metà dell’energia incidente del sole.
Negli impianti geotermici avviene un prelievo di calore dal terreno per conduzione, mediante un fluido vettore che circola in un circuito chiuso sotto terra ad una temperatura minore rispetto al terreno circostante. La quantità di calore prelevato è funzione delle caratteristiche di conducibilità termica del terreno, della superficie totale di scambio, della differenza di temperatura tra fluido e terreno, dalla portata e della velocità del fluido di circolazione.
La modalità del circuito di scambio – detto “geoscambiatore” – può essere principalmente di tre tipi:
Le sonde geotermiche verticali sono costituite da uno (o due) circuiti chiusi formati da tubi in polietilene di diametro 32-40 mm. inseriti all’interno di una perforazione di diametro 140-152 mm. e di profondità generalmente comprese tra 50 e 200 m. L’intercapedine tra foro e tubazione è riempita mediante miscele di cemento, bentonite e sabbia silicea (che devono garantire buone caratteristiche di conducibilità termica e di impermeabilità)
La pompa di calore permette il trasferimento di calore da una sorgente “fredda” ad un ambiente più caldo (invertendo ciò che avverrebbe naturalmente). Il rendimento della pompa di calore è tanto maggiore quanto minore è l’intervallo di temperatura tra la sorgente fredda e l’impianto di distribuzione. Per questo motivo uno scambiatore geotermico (dotato di temperatura costante di 10°-12°) permette di ottimizzare la resa della p.d.c. La pompa di calore, grazie all’elevata efficienza, permette di fornire calore ad un ambiente mediante una quota di energia elettrica ed un contributo rilevante “gratuito” del terreno. Il rapporto tra l’energia termica fornita all’impianto e l’energia elettrica assorbita è la misura dell’efficienza della pompa di calore (detto C.O.P. – Coefficiente di prestazione).
La geotermia può essere applicata in tutte le zone per la climatizzazione di ogni tipo di edificio, con alcuni pre-requisiti preferenziali:
Non ci sono emissioni dirette nell’aria; gli unici impatti “indiretti” sono legati ai consumi elettrici; notevole riduzione di emissione di CO2; l’Ente Americano per la Protezione dell’Ambiente ha dichiarato che la Geotermia è la tecnica di climatizzazione più efficiente ed ecologica possibile.
Il costo di gestione degli impianti geotermici è più economico di circa il 50% rispetto ai costi di gestione di impianti alimentati con il gas metano; in assenza di agevolazioni ed incentivi i tempi di ritorno del maggior investimento iniziale variano da un minimo di 6 anni ad un massimo di 12 anni.
Non ci sono rischi di perdite di monossido di carbonio o di fuoriuscita di gas; con l’utilizzo delle “cucine a piastra” è possibile eliminare totalmente l’impianto a gas dell’edificio.
Una volta realizzato, la gestione della climatizzazione richiede solamente rari interventi di manutenzione sulla pompa di calore; gli ingombri sono inferiori a quelli degli impianti tradizionali (sommando macchine per caldo e freddo); non è necessario un locale tecnico dedicato (suggerito in impianti importanti).
Indipendenza dalle reti dei gestori di servizi;
Investimento sicuro e duraturo (gli impianti sono costruiti per durare oltre 20 anni), nel caso del Natural Cooling i carichi elettrici di picco per il condizionamento sono molto ridotti.