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Geotermia

//Geotermia
Geotermia 2017-08-08T21:54:21+00:00

Project Description

La geotermia rappresenta una delle fonti rinnovabili in crescita, seppur ancora meno sfruttata rispetto alle altre, eolico e fotovoltaico in testa. Il suo principio base è l’utilizzo del calore contenuto nel sottosuolo per alimentare i sistemi di riscaldamento degli edifici o la produzione di energia elettrica. Una tecnologia che nella sua variante a bassa temperatura vanta già importanti applicazioni in strutture di livello internazionale come ad esempio la sede del nuovo Parlamento Europeo.

Caratteristiche tecniche e funzionamento:

Un impianto di riscaldamento geotermico è in grado di sfruttare il calore contenuto nei primi strati del sottosuolo (profondità massima circa 100 metri), in Italia le stime parlano di valori compresi tra 12 e 17° e permettono un duplice utilizzo: riscaldamento in inverno e raffreddamento d’estate. Si parla in questo caso di geotermia a bassa temperatura o anche detta geotermia a bassa entalpia.

L’impianto in questo caso si comporrà di un sistema di captazione del calore, una pompa di calore e un sistema di accumulo e di distribuzione del calore a bassa temperatura. Il sistema di captazione consente la concentrazione del calore disperso per consentirne lo spostamento da parte della pompa dal sottosuolo all’impianto (o viceversa, durante i mesi estivi).
Qualora invece ci si trovi in corrispondenza di fonti idrotermali, l’utilizzo della tecnologia geotermica può rappresentare un’importante opportunità per la produzione di elettricità da energia rinnovabile. Le temperature in questo caso saranno comprese tra 50 e alcune centinaia di gradi. Sarà il vapore che queste sacche termiche rilasceranno a consentire il funzionamento delle centrali elettriche, costituite da speciali turbine a loro volta collegate ad un alternatore per la produzione vera e propria di elettricità.

 

Esistono due tipi di sistemi geotermici principale : verticale ed orizzontale

Geotermia – Sistema a sonde verticali (SGV):

Il sistema di prelievo dell’energia geotermica più diffuso è quello che si effettua attraverso geosonde .
Esse sono a tutti gli effetti uno scambiatore a  circuito chiuso tra pompa di calore e terreno.
Tali sistemi sono costituiti da tubazioni in polietilene ad alta densità che scambiano calore con il terreno mediante circolazione a circuito chiuso di un fluido termovettore (acqua glicolata).
La profondità media delle perforazioni per la posa delle sonde è di circa 100/150 metri, il diametro di circa 15 cm.; è determinata da diversi fattori, principalmente di carattere geologico o idrogeologico del sito in questione, come anche dalla disponibilità di superficie esterna all’edificio adeguata allo scopo.

Nel foro realizzato vengono calate le sonde geotermiche, composte da 2 o 4 tubi con conformazione a U che scendono e risalgono in unico circuito; spesso vengono utilizzate zavorre fissate al piede di sonda per agevolarne la discesa.

Posata la sonda, viene iniettato dal fondo del foro un prodotto specifico premiscelato di cementi bentonitici, allo scopo di  saturare gli spazi e creare la miglior conducibilità tra fluido circolante nelle sonde e  terreno circostante e di impedire la comunicazione tra eventuali falde acquifere attraversate dalla perforazione.

Se il campo è composto da una sola sonda, la stessa verrà collegata direttamente alla PDC.
Se, come normalmente succede, le sonde sono diverse, attraverso collegamenti orizzontali realizzati a circa 1 metro dal piano campagna le stesse convergono in un collettore geotermico che a sua volta sarà poi collegato idraulicamente alla PDC con singoli circuiti di mandata e di ritorno.

La lunghezza dello scambiatore geotermico, e di conseguenza la lunghezza e il numero delle sonde, vengono dimensionati in funzione della potenza della pompa di calore necessaria all’edificio da climatizzare.
Di massima, per ottenere dal fluido glicolato 1 kw di energia geotermica sono necessari dai 10 ai 15 metri di sonda verticale, variabili in relazione alle caratteristiche geologiche del terreno.

Il sistema di captazione del calore con sonde verticali è il più diffuso ed anche il più costante, in quanto a circa 100 m di profondità la temperatura è stabile tutto l’anno a circa 10°C, non subisce variazioni stagionali come diversamente avviene nei primi metri dal piano campagna, dove ad esempio si installano le sonde orizzontali.

Questa stabilità termica rispetto alla temperatura esterna variabile nelle stagioni, determina un’ottima possibilità e capacità di scambio e una conseguente miglior efficienza della PDC sia nella funzione riscaldamento che in quella del raffrescamento.

Un altro importante vantaggio di questa soluzione è lo spazio minimo richiesto, e di conseguenza occupato, dal campo sonde.

Le sonde, essendo come detto a tutti gli effetti degli scambiatori di energia con il terreno, devono rispettare distanze minime intercorrenti per evitare interferenze termiche, da letteratura circa 8 metri. Quando lo spazio a disposizione è molto limitato, le sonde possono essere realizzate anche nella porzione di terreno sottostante l’edificio in costruzione.

La conducibilità termica del terreno e la resistenza termica delle sonde vengono verificati con l’esecuzione del Ground Response Test (GRT).

Ultimata l’esecuzione delle perforazioni e la posa delle sonde, il terreno viene risistemato senza lasciare traccia, pozzetti di ispezione o vincoli per il suo utilizzo. Ovviamente comunque devono essere noti e riportati i punti in cui le sonde sono state realizzate.
In conclusione il  sistema a sonde geotermiche verticali si conferma valido, efficiente e longevo.
Alla non trascurabile incidenza dei costi di realizzazione, determinati dall’utilizzo di macchinari specifici in fase di perforazione e posa, si contrappongono minimi oneri di gestione e vantaggi certi anche nel lungo periodo, che ne giustificano ampiamente l’investimento iniziale.

 

Geotermia – Sistema a sonde orizzontali (SGO):

Quando è disponibile un’ampia area verde limitrofa all’edificio, può essere valutata l’applicazione di questa soluzione.
L’obiettivo è contenere il costo di realizzazione del campo sonde, ma inevitabilmente permette di utilizzare solo l’energia geotermica molto superficiale .
In questo caso il campo sonde viene sviluppato orizzontalmente, con la posa di tubi in PE disposti secondo differenti configurazioni (a tutto campo, a trincea , ecc.) e anche in questo caso per praticità si realizzano diversi circuiti che convergono in due collettori di mandata e di ritorno, da cui partono i collegamenti con la PDC.
Normalmente la profondità a cui avviene la posa è di circa 1.5 metri dal piano campagna per rimanere ampiamente al di sotto dell’eventuale livello di congelamento del terreno.
La superficie verde occupata da un sistema a sonde orizzontali è, indicativamente, almeno doppia rispetto alla superficie da riscaldare nell’edificio: in considerazione della tipologia del terreno, il rapporto da considerare è di circa 25 mq per prelevare 1 kw .
Il principale vantaggio rispetto alla soluzione classica a sonde verticali consiste nella minore incidenza dei costi della parte di captazione geotermica (il layout di centrale invece non cambia).
Per contro, si evidenziano i seguenti svantaggi:
sistema meno performante perché la sua efficienza è influenzata dalle temperature esterne
non consigliato per raffrescamento estivo
se abbinato ad un impianto di distribuzione ad alta temperatura deve essere opportunamente sovradimensionato
sull’area interessata dal campo sonde non è possibile edificare, realizzare pavimentazioni, piantumare alberi ad alto fusto e sempreverdi (non ci sono problemi per la destinazione a giardino o a frutteto).

 

Poi esistono altre soluzioni meno comuni.

Idrotermia – Sistema ad acqua di falda:

geotermia_falda

Nelle aree geografiche in cui sono presenti falde acquifere stabili e a profondità limitate (0/50 m in funzione delle dimensioni dell’edificio), è possibile utilizzare l’acqua di falda come vettore termico. Semplificando, le zone in prossimità di fiumi, laghi o risaie, e quelle di pianura in genere, presentano normalmente queste caratteristiche, che sono riscontrabili spesso anche nelle aree urbane: ad esempio due strutture conosciute a tutti, a Milano il teatro La Scala e a Torino il Museo Egizio, sono edifici climatizzati con sistemi ad acqua di falda.

L’utilizzo dell’acqua di falda può avvenire in due modalità distinte:
Estrazione dell’acqua di falda e smaltimento in corpo idrico superficiale
Estrazione dell’acqua di falda (pozzo di prelievo) e successiva re-iniezione in altro pozzo (disperdente)

In entrambi i casi si parla di circuito aperto, con due grandi vantaggi in termini di efficienza dell’impianto:
1. La temperatura dell’acqua è più elevata rispetto a quella che si rileva nei circuiti delle sonde: normalmente si riscontrano 10°/14°C, ma non è raro arrivare anche 16°C
2. A differenza della temperatura del fluido in un “circuito chiuso” dove si riscontra una fisiologica deriva stagionale, in un impianto geotermico ad acqua di falda il fluido termovettore ha una temperatura costante tutto l’anno.
Questi due fattori determinano in modo diretto un miglior rendimento della PDC, ma bisogna considerare per contro che in questo tipo di impianti la presenza di una pompa nel pozzo di emungimento determina consumi elettrici aggiuntivi. In ragione di questo ultimo aspetto non è energeticamente conveniente attingere a falde profonde.

Il maggior vantaggio del sistema ad acqua rispetto a quello a sonde è comunque dato dall’investimento iniziale, decisamente più contenuto.
Questo vantaggio è proporzionale alla potenza installata, quindi maggiore per edifici di medie e grandi dimensioni;in questo caso, il prelievo termico viene effettuato tramite uno o al massimo due pozzi, contro la necessità di realizzare un maggiore numero di perforazioni per sviluppare tutti i metri lineari necessari a raggiungere gli stessi risultati.

L’acqua di falda utilizzata per il funzionamento degli impianti viene ricondotta in falda o in uno scarico superficiale.
Non è il alcun modo alterata chimicamente; termicamente cede o assume un delta di circa 4°C in relazione all’uso della PDC in riscaldamento o raffrescamento, può essere quindi riutilizzata per altri usi (irrigazione, sanitari, ecc.).

In termini assoluti, il sistema a ciclo aperto è il più efficiente e consente di raggiungere valori molto elevati del coefficiente di prestazione (COP).
Richiede una disamina accurata dell’assetto idrogeologico dell’area interessata, verificando la sostenibilità sia dei prelievi che delle re-immissioni in un’ottica che permetta l’utilizzo ottimale degli impianti, e lo svolgimento di iter autorizzativi più o meno articolati.

 

Aerotermia:

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In alcune particolari condizioni climatiche o di tipo di esercizio può essere interessante valutare, in alternativa ad un impianto classico geotermico, una PDC che utilizza direttamente l’aria come fonte termica (attraverso circuiti ad acqua).

In effetti, anche dall’aria è possibile estrarre calore o cederlo all’occorrenza, e tramite una PDC ottenere le temperature necessarie alla climatizzazione dell’edificio: i comuni sistemi di condizionamento utilizzano da anni questo tipo di principio.

Concettualmente però se il punto di forza degli impianti a PDC geotermici è la temperatura del vettore termico (acqua/sonde) costante tutto l’anno, lo svantaggio degli impianti definiti ARIA-ACQUA consiste proprio nell’incostanza della temperatura del vettore termico (aria).

La PDC in inverno deve generare calore utilizzando l’aria fredda, al contrario in estate deve produrre il raffrescamento utilizzando l’aria quando è più calda: tecnicamente si raggiunge comunque lo scopo, ma ovviamente l’efficienza e i costi di esercizio non sono paragonabili a quelli degli impianti geotermici.
Questo limite è in parte compensato dai costi di installazione molto contenuti (di fatto non è necessario alcun tipo di intervento di perforazioni o altre varie edili).
Con PDC aerotermiche di qualità è possibile comunque sostituire totalmente i sistemi tradizionali di un edificio, ottenendo benefici e risparmi sui costi annuali di gestione, specie in alternativa a caldaie a GPL o gasolio, molto interessanti.

Come per gli impianti geotermici anche per quelli aerotermici è possibile provvedere con un solo impianto a tutte le esigenze dell’edificio,  generando riscaldamento, raffrescamento e ACS .
Normalmente queste macchine prevedono un gruppo esterno all’edificio, da posizionare in un’area ben ventilata, dove è collocato il gruppo di aspirazione/evaporazione/compressione, ed un gruppo interno che comprende la condensazione e tutta la parte di logica e governo della macchina, spesso in un monoblocco che accorpa anche all’accumulo dell’acqua sanitaria (bollitore), normalmente si affiancata poi un accumulo inerziale.

Più recenti invece, le macchine “idroniche” includono nell’unità esterna anche il gruppo di condensazione; in questo caso il collegamento con il locale tecnico in cui sono presenti gli accumuli è idraulico e non fa parte del circuito frigorifero come nel caso delle macchine sopra descritte.
Questi impianti sono particolarmente adatti ad edifici con bassi consumi, ad utilizzo limitato (seconde case) o laddove, per limite di fasce di rispetto, non è possibile realizzare perforazioni.

 

Incentivi e finanziamenti:

Il sistema incentivante a disposizione degli impianti ad alimentazione geotermica è sostanzialmente riassunto nei Titoli di Efficienza Energetica, anche noti come Certificati Bianchi. Unicamente per coloro che risultano connessi a reti di teleriscaldamento alimentate tramite la geotermia è possibile usufruire di un credito d’imposta.
I Titoli di Efficienza Energetica, analogamente a quanto previsto per il solare termico, rappresentano l’energia risparmiata misurata in TEP (Tonnellate Equivalenti di Petrolio) e possono essere “monetizzati” cedendoli sul mercato organizzato dal GME (Gestore dei Mercati Energetici) o tramite accordi bilaterali tra soggetti obbligati (acquirenti) e volontari (venditori).
L’accesso al finanziamento per quanto riguarda gli impianti geotermici è reso disponibile da vari istituti di credito.