Energia geotermica

2. Geotermia a bassa entalpia

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Beatrice M.S. Giambastiani, Anna Maria Pangallo, Micol Mastrocicco

Energia geotermica L’energia geotermica si riferisce all’energia termica immagazzinata sotto forma di calore sotto la super-

Per energia geotermica a “bassa en-

ficie terrestre. Questa energia è PULITA, facilmente

talpia” si intende una fonte di calore

DISPONIBILE e RINNOVABILE perché proviene da

proveniente dal sottosuolo, tipicamen-

una fonte inesauribile: il nucleo della terra.

te a temperature inferiori ai 90°C, che

Con il termine geotermia a bassa entalpia si

se affiancata a sonde geotermiche e

individua la geotermia che utilizza il calore terrestre

pompe di calore, garantisce un’effi-

o delle falde acquifere per la climatizzazione (riscaldamento e raffrescamento) degli ambienti (Figura 2).

cace climatizzazione degli ambienti

A una profondità maggiore di 10-12 m dalla super-

assicurando al contempo considerevoli

ficie terrestre, la temperatura del terreno non risente

benefici ambientali ed economici.

degli effetti della temperatura dell’ambiente esterno e rimane costante giorno e notte, sia in inverno che in estate (12-14°C in Italia). Sotto i 100 m, la tem-

nismo garantisce al contempo l’equilibrio termico tra

peratura aumenta in media 3°C ogni 100 m, salvo

prelievo e reiniezione nel serbatoio al fine di evitare

anomalie termiche (faglie, vulcani, ecc.).

variazioni significative di temperatura del sottosuolo

La temperatura nei primi 100-200 m del sottosuolo

Figura 2 Un impianto geotermico permette di utilizzare il calore del sottosuolo o delle falde freatiche per raffrescamento e riscaldamento.

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sul medio-lungo periodo.

non è sufficiente per l’uso diretto ai fini termici, ma

Considerate le basse temperature e profondità, lo

grazie all’utilizzo di POMPE DI CALORE accoppiate

sfruttamento della geotermia a bassa en-

a scambiatori termici, detti SONDE GEOTERMICHE,

talpia è possibile praticamente ovunque su

è possibile sfruttare il sottosuolo come ser-

tutto il territorio provinciale e la sua economi-

batoio termico, estraendo calore d’inverno per ri-

cità risulta maggiore o minore a seconda delle pro-

scaldare un ambiente, e cedendolo durante l’estate

prietà termiche dei materiali naturali attraversati dalle

per raffrescare lo stesso ambiente. Questo mecca-

sonde geotermiche.

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Impianto geotermico Un impianto geotermico è costituito da sonde geoter-

Il principio di funzionamento di una pompa di calore è chia-

miche, da pompe di calore e da serbatoi di accumulo.

mato ciclo di Carnot inverso ed è il seguente (Figura 3):

La pompa di calore rappresenta una tecnolo-

• Circolazione di acqua + glicole dentro le sonde

gia ormai consolidata nella climatizzazione, anche se la diffusione è molto diversa a seconda delle aree geografiche e del clima sta-

l’energia geotermica è sempre disponibile

365 giorni all’anno

gionale presente. Tale dispositivo è una macchina elettrica o a gas che viene installata dentro l’edificio e consente di trasferire il calore tra le sonde e l’ambiente interno all’edificio. La pompa di calore, tramite la somministrazione di energia elettrica, contrariamente a

quanto avverrebbe naturalmente, trasferisce il calore da una sorgente a temperatura più bassa (denominata sorgente fredda) ad una sorgente a temperatura più alta (denominata pozzo caldo).

termiche; l’energia termica viene trasferita dal sottosuolo alla superficie;

• grazie allo scambiatore di calore (evaporatore), la miscela acqua + glicole riscalda il fluido frigori-

fero liquido che evapora in un circuito interno alla pompa di calore;

• un compressore comprime il vapore e contem-

poraneamente ne aumenta la temperatura (il vapore umido si trasforma in vapore secco);

• in un secondo scambiatore (condensatore) il gas caldo cede calore all’acqua del circuito di riscal-

damento o di acqua sanitaria fino a condensare completamente e ridiventare liquido;

• la pressione e la temperatura del fluido frigorifero viene abbassata ulteriormente grazie ad una valvola d’espansione ed il ciclo ricomincia.

Figura 3 Funzionamento di una pompa di calore geotermica in fase di riscaldamento (configurazione invernale).

In questo modo la pompa di calore assorbe calore dall’ambiente esterno (aria, acqua, terreno) e lo cede all’edificio. Grazie all’inversione del ciclo è possibile utilizzare la pompa di calore sia in fase di riscaldamento che in condizionamento estivo, rendendo tale dispositivo ancor più fruibile rispetto agli impianti tradizionali. Durante l’inverno il sistema pompa di calore-sonde geotermiche provvederà ad estrarre calore dal sottosuolo, mentre in estate si avrà l’effetto contrario per cui nel sottosuolo si andrà a smaltire il calore estratto dall’edificio.

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Le sonde geotermiche (Figura 4) sono tubi costituiti da materiali ad alta trasmittanza termica nei quali passa un liquido che assorbe il calore e lo porta in superficie o nel sottosuolo. Il tipo di sonde utilizzate (orizzontali e verticali) e la geometria di installazione possono essere variabili (cfr. capitolo 4). L’impianto geotermico può sostituire in tutto e per tutto la caldaia per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria ed i gruppi frigo per il raffrescamento. Nonostante usino l’elettricità, gli impianti geotermici sono considerati una forma di energia rinnovabile in quanto la quantità di energia termica prodotta è ben superiore all’energia primaria Figura 4 Esempio di impianto geotermico.

(gas, petrolio, ecc.) utilizzata per alimentare la pompa di calore. Questo è anche il motivo della riduzione drastica dei consumi rispetto ai sistemi di riscalda-

3 Figura 5 Risultati dell’analisi in termini di tempo di ritorno dell’investimento rispetto a una soluzione tradizionale a bruciatore a metano e condizionamento ad aria per un’abitazione monofamiliare di 100120 m2 e pompa di calore da 8 KWt

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mento tradizionali a gas/elettrici.

Vantaggi economici ed ambientali Pur presentando dei costi di installazione significa-

vantaggio legato allo sfruttamento di questa risorsa è

tivi, nonché l’onere di disporre sin dall’inizio di infor-

relativo al suo utilizzo e alla sua disponibilità: a diffe-

mazioni legate alla caratterizzazione geologica ed

renza di altri fonti rinnovabili, quali il fotovoltaico o l’e-

idrogeologica del sito, la geotermia a bassa entalpia

olico, l’energia geotermica è sempre disponibile, 365

presenta numerosi vantaggi dal punto di vista ambien-

giorni all’anno e 24 ore su 24, rendendo questa fonte

tale, economico e di sicurezza dell’impianto. L’energia

di approvvigionamento energetico molto utile e conve-

geotermica è una risorsa praticamente illimita-

niente, capace di produrre energia in modo continuo

ta, rappresentando una fonte inesauribile. Inoltre, nel

e costante durante l’intero arco dell’anno. Inoltre, le

computo generale delle emissioni prodotte dall’im-

opere di manutenzione necessarie alla gestione di un

pianto alimentato a pompe di calore, il basso impat-

sistema di riscaldamento geotermico a pompa di calo-

to sull’ambiente contribuisce a definire la geotermia

re sono molto ridotte e particolarmente economiche.

una risorsa “green” a tutti gli effetti. Un ulteriore

Tali vantaggi sono riassunti nella tabella e nella Figura 5.

miglioramento della qualità dell’aria grazie all’eliminazione di emissioni di sostanze nocive (NOx, SOx, CO e ppm) in loco riduzione della dipendenza dai combustibili fossili

AMBIENTE

forte riduzione delle emissioni di CO2 fino anche all’azzeramento delle emissioni (CO2-FREE) nel caso di accoppiamento della pompa di calore con altre forme di approvvigionamento (pannello fotovoltaico, sistemi di cogenerazione a biocombustibile) es. nel caso di pompe di calore elettriche con possibile alimentazione proveniente da pannelli fotovoltaici, le emissioni risultano pari a zero con un risparmio di circa 3 tCO2/anno per un edificio monofamiliare rispetto ad un impianto tradizionale. impiego di energia a ‘km 0’ eliminazione dell’impatto architettonico ed acustico degli impianti di condizionamento (le sonde geotermiche sono interrate e quindi invisibili e prive di emissioni acustiche) nessun inquinamento termico dell’atmosfera in estate (creazione di isole termiche), in quanto l’impianto smaltisce il calore nel sottosuolo, generando accumulo termico per la stagione invernale successiva fabbisogno di energia elettrica contenuto rispetto alle prestazioni risparmio annuo di circa il 50% nei costi di esercizio, sia in fase di riscaldamento che di raffrescamento, rispetto agli impianti tradizionali manutenzioni specifiche non necessarie (l’assenza di combustione evita la pulizia delle polveri e delle canne fumarie)

ECONOMIA

tempi di ritorno dei sovracosti iniziali dai 6 ai 15 anni il sistema di riscaldamento geotermico costituisce un valore aggiunto all’immobile Forme di incentivo: tariffa elettrica agevolata (BTA); fondo rotativo di Kyoto (finanziamenti agevolati per interventi nel settore delle rinnovabili) detrazione fiscale del 55% sui costi di progettazione, installazione e collaudo

• • • SICUREZZA

installazione di sensori di rilevamento gas non necessaria perché il rischio di incendi, scarichi o scoppio sono inesistenti sistema esente da controlli periodici sistema esente da qualsiasi pratica e/o autorizzazione dei Vigili del Fuoco se correttamente dimensionato, si garantisce un incremento dell’efficienza energetica dell’impianto di climatizzazione annuale rispetto ai sistemi convenzionali ad aria o a combustibili fossili ideale per applicazioni sia di piccola scala (singole abitazioni) che di scala medio-grande (condomini, zone industriali, centri commerciali) in tutte le zone geografiche

IMPIANTO

un’unica macchina silenziosa e dalle dimensioni contenute che consente sia di riscaldare che di raffrescare non necessita di ambienti dedicati e di canna fumaria; notevole recupero di spazi all’interno dell’edificio e riduzione degli oneri relativi alle opere murarie accessorie poche o pressoché nulle manutenzioni all’impianto lunga durata dell’impianto (20-50 anni)

Tabella 1 Elenco dei vantaggi ambientali, economici e di sicurezza di un impianto geotermico a bassa entalpia

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