12 Maggio 2021 Articoli

Come funzionano gli impianti geotermici a bassa entalpia

Gli impianti geotermici comunemente utilizzati sono quelli a bassa entalpia, ovvero quelli che sfruttano il sottosuolo come serbatoio di calore. Nei mesi invernali il calore viene trasferito in superficie, viceversa in estate il calore in eccesso, presente negli edifici, viene dato al terreno.

Questa operazione è resa possibile dalle pompe di calore, motori che tutti noi conosciamo nella forma più diffusa rappresentata dai frigoriferi. Impianti di questo tipo non necessitano di condizioni ambientali particolari, infatti non sfruttano né le sorgenti naturali d’acqua calda, né le zone in cui il terreno ha temperature più alte della media a causa di un gradiente geotermico più elevato.

Quello che questa tecnologia sfrutta è la temperatura costante del terreno lungo tutto il corso dell’anno. Normalmente, già ad un metro di profondità, si riescono ad avere circa 10-15 °C. A questo punto si utilizza la pompa di calore che sfrutta la differenza di calore fra il terreno e l’esterno per assorbire calore dal terreno e renderlo disponibile per gli usi domestici. Più questa differenza è alta migliore è il rendimento. La pompa di calore necessita di energia elettrica per funzionare. In condizioni medie ogni 3 kWt resi disponibili si consuma 1 kWe.

Per rendere l’impianto ambientalmente più compatibile ed energeticamente autosufficiente, si può abbinare ad un impianto fotovoltaico che produrrà l’energia necessaria per alimentare la pompa di calore. Lo stesso impianto può essere utilizzato per raffrescare gli edifici, facendo funzionare la pompa di calore al contrario, quindi assorbendo il calore dalla superficie e trasferendolo al sottosuolo. L’alternanza del funzionamento estate/inverno permette di non raffreddare sensibilmente la zolla di terreno in cui sono situate le sonde.

Uno dei primi impianti costruiti in Italia, che integra il geotermico con il fotovoltaico e il solare termico è stato realizzato a Porretta Terme, un piccolo Comune della Provincia di Bologna. A seguito di un finanziamento europeo il Centro CISA ha inaugurato nel marzo 2008 l’impianto che alimenta il locale Centro Civico – Centro Anziani di proprietà del Comune.

Per trasferire il calore dal terreno si utilizzano delle sonde geotermiche: tubi ad U costituiti da materiali con alta trasmittanza termica nei quali passa un liquido che assorbe il calore e lo porta in superficie o nel sottosuolo. Le sonde possono essere di tre tipi:

  • Verticali (profondità da 40 ai 200 ml) – la sonda scende nel terreno andando verso temperature più elevate e necessitando di macchinari particolari per il carotaggio del terreno;
  • Orizzontali (sbancamento profondo circa 2,5 ml) – è necessario un terreno sufficientemente pianeggiante nel quale i tubi vengono posati a seguito di un semplice scavo ad una profondità non elevata ma anche sul fondo di un lago artificiale o naturale sfruttando, in questo caso il calore dell’acqua;
  • Compatte (buchi di diametro variabile tra 1-1,5 ml e profondi 3-8 ml) – le sonde sono realizzate tramite strutture orizzontali o verticali annegate nel terreno a profondità variabili fra i 3 e gli 8 metri, scambiando calore tramite superfici elevate realizzate tramite apposite soluzioni anche di tipo strutturale.

I vantaggi delle sonde geotermiche compatte

Nell’ambito delle sonde geotermiche compatte, Energain propone la soluzione GEOCOMPACT per lo sfruttamento ottimale del primo strato di terreno grazie a canestri con doppio tubo a spirale con un diametro di circa 1m e altezza di circa 2m.

Tale canestro immerso in sabbia fine resa umida è in grado di immagazzinare un elevata quantità di energia e rilasciarla in tempi brevi se necessario, diventa quindi un ottimo sistema per la ricarica solare del terreno utilizzando moduli solari termici o moduli solari ibridi (SOLAR-ONE).

Misurazioni eseguite da marzo 2010 a febbraio 2011, con sonda di temperatura posta in pozzetto a 2,8 mt di profondità.

Abbiamo rilevato che la temperatura minima accade a fine marzo (7,5°C), mentre la temperatura massima (16,5°C) accade a settembre/ottobre. Questi risultati confermano la scelta vincente di utilizzare sonde geotermiche compatte con il modello della ricarica solare del terreno, nei mesi più freddi del terreno febbraio/marzo viene in aiuto il contributo solare ed evita che il sistema possa andare in crisi. Il modello proposto risulta quindi efficiente e scalabile e di facile implementazione in quanto non richiede costose indagini geologiche sul tipo di terreno e quindi realizzabile praticamente in ogni tipo di contesto (roccioso, sabbioso e argilla).

Dalle foto sopra esposte si vide chiaramente che è sufficiente una trincea per il passaggio dei tubi ed ogni 4/5 ml circa un buco per il posizionamento del canestro GEOCOMPACT, sia la trincea che il canestro vengono riempiti di sabbia fine resa umida da un sistema di irrigazione goccia a goccia per incrementarne lo scambio termico. La ricarica solare è realizzabile con semplici moduli solari termo-fotovoltaici detti “ibridi” o PVT (vedi foto sotto).

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