Pompa di calore geotermica: funzionamento e vantaggi

La pompa di calore geotermica rappresenta una soluzione innovativa e sostenibile per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici, in quanto sfrutta l’energia termica naturalmente presente nel sottosuolo offrendo un’alternativa ecologica ed efficiente ai sistemi di climatizzazione e di produzione di acqua calda sanitaria tradizionali.

L’efficienza e la sostenibilità derivano dalla capacità di valorizzare lo scambio termico tra il suolo e gli ambienti da climatizzare – domestici, commerciali o industriali.

1. Che cos’è una pompa di calore geotermica e come funziona?

Una pompa di calore geotermica (PdCG) è una macchina che permette di trasformare il calore prelevato dal sottosuolo o dall’acqua di falda in energia termica utilizzabile per la climatizzazione degli edifici e per la produzione di acqua calda sanitaria. Il tutto con un consumo contenuto di energia elettrica, e senza ricorrere allo sfruttamento di combustibili fossili.

Le pompe di calore geotermiche valorizzano una “caratteristica intrinseca” del sottosuolo: oltre 8 metri circa di profondità dal piano campagna, la temperatura del terreno si mantiene costante tra i 10°C e i 14°C (immune dai fattori climatici e ambientali esterni). In modo analogo, le PdCG possono sfruttare l’energia termica dell’acqua di falda, quando disponibile, anch’essa caratterizzata da una temperatura che rimane pressoché immutata nel tempo.

1.2 Funzionamento della pompa di calore geotermica in dettaglio

In un impianto geotermico a pompa di calore, il calore endogeno del sottosuolo viene trasportato dal terreno alla pompa di calore grazie al fluido termovettore che scorre all’interno delle sonde geotermiche.

All’interno della PdC, uno scambiatore consente il trasferimento di calore dal fluido termovettore al circuito di evaporazione, dove il gas frigorifero contenuto evapora, passando poi al ciclo di compressione. Il gas, una volta compresso, consente di raggiungere le temperature necessarie al fabbisogno di climatizzazione e di produzione di acqua calda sanitaria dell’edificio.

Inoltre, nel caso di utilizzo di impianti di distribuzione come il pavimento radiante, durante la stagione estiva è possibile invertire questo processo, trasferendo il calore interno dell’edificio al campo sonde, e dissipandolo poi nel sottosuolo. Si tratta di un sistema di raffrescamento confortevole ed integrato, che consente al contempo di “ricaricare” il campo sonde, raffreddatosi durante la stagione invernale, e di raggiungere livelli ancora più elevati di efficienza energetica.

2. Pompa di calore geotermica: tipologie e impianti possibili

Le pompe di calore geotermiche consentono di valorizzare l’energia termica gratuita, pulita e rinnovabile derivante dal sottosuolo e dall’acqua di falda. A seconda delle caratteristiche idrogeologiche del sito di installazione, si possono progettare due tipologie di impianti geotermici a pompa di calore:

2. Impianti geotermici a sonde orizzontali

Se è disponibile un’ampia area verde limitrofa all’edificio, si può valutare la soluzione a sonde orizzontali. Queste verranno posate ad una profondità limitata (ca. 1,5m), pertanto l’impianto risentirà inevitabilmente dell’oscillazione stagionale della temperatura del terreno. Gli impianti geotermici orizzontali sono molto meno diffusi di quelli verticali, poiché la superficie da destinare al sistema dovrebbe essere circa il doppio della superficie da riscaldare, e perché offrono rendimenti inferiori a quelli dei sistemi a sonde verticali.

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B. Impianti idrotermici (a circuito aperto) con pompa di calore acqua-acqua

Gli impianti idrotermici utilizzano l’acqua di falda come fonte rinnovabile di energia termica, e come vettore termico primario. Sono quindi più diffusi nelle aree geografiche in cui sono presenti falde acquifere stabili e a profondità limitate. L’impianto idrotermico è vantaggioso in termini di efficienza, dato che oltre alla temperatura dell’acqua di falda che normalmente rimane costante tutto l’anno, i costi di realizzazione sono notevolmente ridotti, specie per impianti di medie o grandi dimensioni. Non è necessario infatti sostenere spese ingenti per un campo sonde di diverse centinaia di metri: è prevista invece la realizzazione di un pozzo di emungimento, tendenzialmente di profondità non superiore ai 30 m dal piano campagna. L’acqua prelevata, utilizzata e reimmessa in falda, non è in alcun modo alterata chimicamente.

Scopri alcuni esempi di impianti geotermici acqua/acqua realizzati da GEONOVIS
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3. FOCUS: le differenze tra pompe di calore ad aria e geotermiche 

Sia le pompe di calore geotermiche che le più note pompe di calore ad aria rappresentano valide soluzioni per gestire in maniera efficiente e sostenibile la climatizzazione invernale/estiva, oltre alla produzione di acqua calda sanitaria, azzerando le emissioni di CO2, riducendo sensibilmente i costi di esercizio, e consentendo di raggiungere l’indipendenza dalla rete del gas e dalle fonti fossili.

La differenza chiave tra queste due tipologie di PDC risiede nella fonte di calore che utilizzano: le pdc aerotermiche prelevano energia termica dall’aria esterna, mentre le PDC geotermiche attingono l’energia termica dal terreno o dall’acqua di falda.

Quest’ultima, al contrario è efficiente durante tutto l’anno grazie alla temperatura costante del suolo o dell’acqua di falda. È importante evidenziare inoltre che gli impianti geotermici offrono un notevole risparmio energetico a lungo termine, al contrario degli impianti aerotermici che spesso prevedono maggiori costi di esercizio. Inoltre, in modalità raffrescamento, le PdCG sono molto meno impattanti delle PdC ad aria, perché disperdono il calore sotto terra e non nell’atmosfera.

4. Vantaggi e svantaggi delle pompe geotermiche

Benché i benefici derivanti dall’adozione di un sistema a PDC geotermica siano decisamente superiori rispetto alle relative criticità, è opportuno mettere a confronto tutti gli aspetti che possono influenzare la scelta di questa tecnologia.

4.1 Vantaggi delle pompe di calore geotermiche

Le pompe di calore geotermiche offrono una serie di innegabili vantaggi sia dal punto di vista economico che a livello di sostenibilità ambientale. Di seguito accenniamo i principali:

1. Alta efficienza energetica (+30% rispetto agli impianti ad aria) e ottime prestazioni (coefficiente di prestazione tra 4 e 4.5).
2. Riduzione dei costi di esercizio e manutenzione pressoché nulla
3. Eliminazione della dipendenza dai combustibili fossili
4. Longevità e performance elevate costanti nel tempo (con pompe di calore geotermiche di qualità)
5. Massima sicurezza dell’impianto grazie all’assenza di combustione, depositi o serbatoi di materiali infiammabili
6. Abbattimento delle emissioni di CO2 causate dalla combustione grazie alla valorizzazione del calore proprio di elementi naturali
7. Funzione di raffrescamento a zero impatto: le PdCG disperdono il calore nel suolo o nell’acqua di falda anziché nell’aria, evitandone il surriscaldamento nei mesi già più caldi dell’anno
8. Compatibilità con impianti fotovoltaici: l’autoproduzione di energia elettrica tramite un impianto solare domestico può facilmente coprire il fabbisogno energetico di una pompa di calore geotermica ad alta efficienza, riducendo la quantità di energia elettrica acquistata dalla rete

4.2 Svantaggi delle pompe di calore geotermiche

Parallelamente agli evidenti vantaggi delle pompe di calore geotermiche, esistono alcuni aspetti più critici relativamente all’installazione di PdCG:

1. Accessibilità e disponibilità di spazi esterni di dimensioni adeguate
2. Costi di installazione elevati per impianti geotermici a sonde verticali (più efficienti e performanti) che necessitano
   di opere di scavo e perforazione tendenzialmente onerose
3. Cantierizzazione importante (per la realizzazione di pozzi o campo sonde)
4. Concessione delle autorizzazioni comunali ai lavori di posa, specialmente in aree sottoposte a vincoli
5. Presenza di acqua di falda con portate sufficienti a sostenere un impianto idrotermico
6. Impatto sulla temperatura del terreno, a fronte di un protratto prelievo di energia termica. Se però il campo sonde viene progettato con un approccio specializzato, con un’adeguata distanza tra le sonde e un dimensionamento corretto, questo rischio viene eliminato.

4.3 Come risolvere le criticità di installazione degli impianti geotermici

Ecco alcuni consigli per massimizzare i rendimenti e la convenienza di un impianto geotermico a pompa di calore:

• Eseguire una stima accurata del fabbisogno termico dell’edificio per stabilire la potenza necessaria all’utenza
• Eseguire analisi idrogeologiche preliminari per valutare la conducibilità termica del terreno
• Selezionare macrocomponenti di alta qualità, che permettano di ottimizzare l’investimento iniziale
• Utilizzo bilanciato della PdCG (riscaldamento/raffrescamento) per evitare l’impoverimento del suolo
• Manutenzione ordinaria regolare per prolungare l’efficienza e la durata dell’impianto
• Informarsi sugli incentivi fiscali per opere di efficientamento energetico o applicazione di tecnologie sostenibili

Ciò detto, è dunque ragionevole considerare le pompe di calore geotermiche come una scelta a tutti gli effetti sostenibile ed efficiente, con un alto potenziale di risparmio, in particolar modo affidando la progettazione e l’installazione di un impianto geotermico ad un’Azienda esperta, e considerando l’accesso ai bonus per l’efficientamento energetico in edilizia.

5. Pompe di calore NIBE: l’importanza della scelta di un prodotto di qualità

La qualità gioca un ruolo fondamentale nella scelta del partner a cui affidarsi per la progettazione e l’installazione di un sistema geotermico a pompa di calore. Prodotti e servizi di alto livello possono garantire rendimenti maggiori, performance ottimali e, nel complesso, un’esperienza positiva, senza intoppi né brutte sorprese a lungo termine.

Alcuni elementi essenziali nel determinare la funzionalità e l’efficienza di un impianto geotermico sono:

1. la professionalità e il livello di approfondimento del progetto
2. la qualità della pompa di calore che sarà il cuore dell’intero impianto
3. l’affidabilità di un’Azienda installatrice, in grado di garantire anche l’assistenza durante tutta la vita dell’impianto.

Da oltre 10 anni noi di Geonovis siamo System Partner di NIBE, Azienda svedese leader nella fascia medio-alta del mercato europeo delle pompe di calore. Il valore dell’esperienza quarantennale di NIBE nella progettazione di pompe di calore adatte a climi molto rigidi come quelli scandinavi, contribuisce al nostro processo di realizzazione impianti in grado di garantire elevati livelli di comfort con consumi elettrici contenuti.

Scegliere un prodotto di livello, anche se con un costo superiore alle alternative disponibili sul mercato, significa adottare un approccio ponderato e lungimirante, che certo premierà nel tempo assicurando notevoli risparmi e grande soddisfazione.

6. L’utilizzo del fotovoltaico in combinazione con una pompa di calore geotermica

Le PdCG ad alta efficienza necessitano di poca energia elettrica per il loro funzionamento. Il fabbisogno di una pompa di calore geotermica NIBE, ad esempio, non supera mai il 25% del totale dell’energia necessaria per alimentare l’intero edificio. E se questa energia a sua volta provenisse da una fonte rinnovabile, come i pannelli fotovoltaici?

L’integrazione tra un impianto fotovoltaico e uno a pompa di calore rappresenta “l’accoppiata vincente” in termini di sostenibilità ed efficienza. L’abbinamento tra i due sistemi crea un circolo virtuoso che permetterà di portare l’edificio ad un passo dall’autosufficienza energetica. Un impianto solare domestico, su base annua, può facilmente sopperire al fabbisogno energetico di una pompa di calore geotermica ad alta efficienza, alimentando un sistema “green” con altra energia pulita.

7. Quanto costa un impianto geotermico con pompa di calore?

I costi di installazione di una pompa di calore geotermica possono variare notevolmente in base a vari fattori, tra cui:

• tipo di intervento (e.g. edificio di nuova realizzazione oppure oggetto di ristrutturazione)
• fabbisogno termico e destinazione d’uso dell’edificio
• livello di coibentazione dell’edificio
• collocazione geografica
• situazione idrogeologica del sito
• tipologia di impianto ritenuta più adatta (a sonde verticali, ad acqua di falda, ad aria)

Dal momento che ogni impianto viene studiato su misura, non esiste un tariffario valido in assoluto.
Un approccio professionale richiede, innanzitutto, un confronto diretto con il cliente interessato per definire il quadro della situazione. In seguito si esegue un sopralluogo per un’analisi ancora più attendibile e approfondita del contesto e delle esigenze. Solo a questo punto sarà possibile definire un prospetto di costo preciso e dettagliato.

In base alla nostra esperienza e agli oltre 470 impianti a pompa di calore installati da Geonovis, possiamo dare alcune indicazioni di massima che possono valere in generale, fermo restando che il costo finale di un nuovo impianto dipenderà sempre dalle condizioni specifiche di ciascun caso.
La progettazione e l’installazione “chiavi in mano” di un impianto geotermico a sonde verticali per un’abitazione indipendente di circa 150mq e con un buon livello di coibentazione può partire dai 30.000 euro (inclusi la progettazione, il costo delle opere di perforazione, fornitura e posa delle sonde geotermiche, fornitura e installazione dei componenti elettrici ed idraulici in centrale termica – escluso l’impianto di distribuzione).

Vuoi scoprire quali sono tutti i fattori che influiscono sui costi di un impianto geotermico? Scoprilo nell’articolo dedicato ai costi.

8. Bonus e incentivi per l’installazione di pompe di calore geotermiche

La decisione di sostituire un impianto di climatizzazione esistente alimentato da combustibili fossili con uno a pompa di calore ad alta efficienza apre la possibilità di accedere a una gamma di incentivi fiscali, pensati per promuovere la valorizzazione del parco immobiliare del nostro paese, riducendone sensibilmente l’impatto ambientale in linea con le ultime direttive europee.

L’Ecobonus al 65% rappresenta da anni uno strumento consolidato per ridurre sensibilmente il peso economico della sostituzione di un generatore obsoleto ed inquinante con un impianto geotermico a pompa di calore, con un massimale di 30.000,00 € per unità immobiliare, e la possibilità di ripartire su più anni il piano di detrazione fiscale.
Considerando il clima di progressivo sostegno alla diffusione delle “tecnologie verdi” sia in ambito edile che a livello industriale, consigliamo di intraprendere ricerche aggiornate ed approfondite per identificare il tipo di incentivo fiscale più adatto per la propria situazione specifica, che ridurrà sensibilmente i tempi di ritorno dell’investimento per una climatizzazione sostenibile ed efficiente.

9. Le migliori applicazioni delle pompe di calore geotermiche

Gli impianti geotermici a pompa di calore possono trovare applicazione in contesti estremamente eterogenei, rispondendo a fabbisogni termici altrettanto vari:

• Abitazioni private oggetto di ristrutturazione o di nuova costruzione
• Condomini e complessi condominiali
• Strutture ricettive, come alberghi e ristoranti
• Aziende produttive e uffici
• Edifici ad uso commerciale
• Aziende agricole e vitivinicole

Che si tratti di un piccolo impianto da 6 kW per un’abitazione privata, o di un sistema progettato per soddisfare il fabbisogno termico di una grande utenza (anche di diverse centinaia di kW), grazie alle pompe di calore geotermiche è possibile pensare a soluzione customizzate, che tengano in alta considerazione le specificità idrogeologiche, strutturali e funzionali del sito e dell’edificio.

Recupero dei cascami termici dei processi produttivi, valorizzazione dell’energia termica delle acque di scarico generate nelle strutture ricettive, integrazione con tecnologie FER… Una progettazione accurata e personalizzata consentirà di realizzare impianti in grado di soddisfare qualsiasi tipo di fabbisogno termico, massimizzando la produttività dell’investimento e il grado di sostenibilità ambientale degli edifici.

Scopri gli  impianti geotermici realizzati da Geonovis e le varie possibilità di applicazione della geotermia