IMPIANTI GEOTERMICI

Funzionamento e vantaggi di un impianto geotermico verticale

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.

Funzionamento e vantaggi di un impianto geotermico orizzontale

Quando è disponibile un’ampia area verde limitrofa all’edificio, può essere valutata l’applicazione di questa soluzione.
L’obiettivo è conteanere 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.

Per contro, si evidenziano i seguenti svantaggi:

1. sistema meno performante perché la sua efficienza è influenzata dalle temperature esterne;
2. non consigliato per raffrescamento estivo: se abbinato ad un impianto di distribuzione ad alta temperatura deve essere opportunamente sovradimensionato;
3. 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).

Funzionamento e vantaggi di un impianto idrotermico

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. 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 in 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.

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 Torino, il Museo Egizio e il palazzo Intesa SanPaolo, 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:
• 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 a 16°C.
• 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.

Funzionamento e vantaggi di un impianto aerotermico

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.

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.