Geotermia “casalinga”: un’invenzione tutta italiana

Per la rubrica dedicata alle tecnologie utilizzabili in ambito edilizio, proponiamo un approfondimento sulla geotermia: una soluzione impiantistica che permette di contenere al massimo i consumi energetici, evitando l’uso di gasolio e metano per il riscaldamento. Con un vantaggio ulteriore: la possibilità di migliorare la qualità dell’aria e dell’ambiente in cui viviamo.

Gli italiani sono stati i primi nella storia a sfruttare l’energia geotermica con la costruzione delle prime centrali alimentate dal calore della terra. Possiamo considerarci i veri pionieri della ricerca scientifica e della produzione di energia geotermica. Infatti già nel 1904 il principe Ginori Conti trasformò l’energia termodinamica del vapore in energia elettrica, che gli permise di accendere 5 lampadine.
Esistono due “geotermie”: quella classica, relativa allo sfruttamento di anomalie geologiche o vulcanologiche per la produzione di energia elettrica o la realizzazione di impianti termali, e quella a “bassa entalpia”, relativa allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale ed al quale cederne durante la stagione estiva.
Tale scambio di calore viene realizzato con un unico impianto formato da pompe di calore abbinate a sonde geotermiche che, sfruttando questo principio, assicurano un alto grado di rendimento sull’arco dell’intera stagione, e con un fabbisogno di energia elettrica contenuto rispetto alle prestazioni.

Un impianto che funziona a energia geotermica è composto essenzialmente da:
1. Sonda geotermica.
2. Pompa di calore, serbatoio di accumulo termico e relativo scambiatore installati nel locale tecnico all’interno dell’edificio.
3. Sistema di distribuzione del calore “a bassa temperatura” all’interno dell’ambiente.

Le tipologie d’impianto si dividono principalmente in 3 sistemi diversi che sono:
1. Collettore orizzontale di superficie, adatto a immobili medio-piccoli (massimo 35 KW) che abbiano un giardino dove interrare il collettore a scambio diretto ad una profondità di almeno 1,2 metri.
2. Collettore in perforazioni verticali del terreno che possono arrivare fino a 150 metri di profondità.
3. Circuito ad acqua freatica adatto per tutti gli immobili e potenze richieste, serve solo una discreta quantità di acqua presente tutto l’anno.

Il principio-base della geotermia
Nel caso di impianto con perforazione, lo scambio di calore con il terreno avviene tramite la sonda di captazione, installata con una perforazione del diametro di pochi centimetri, in un foro scavato accanto all’edificio, invisibile dopo la costruzione.  Ogni sonda è formata da due moduli ciascuno dei quali costituito da una coppia di tubi in polietilene uniti a formare un circuito chiuso (un tubo di “andata” e uno di “ritorno”) all’interno dei quali circola un fluido glicolato (miscela di acqua e anticongelante non tossico) e collegati in superficie ad un apposito collettore connesso alla pompa di calore.
Durante l’inverno il terreno ha una temperatura generalmente superiore a quella esterna, il fluido glicolato scendendo in profondità attraverso le sonde sottrae energia termica al terreno; ritornato in superficie ad una temperatura maggiore, provoca l’evaporazione del refrigerante che circola nel sistema della pompa di calore, il liquido si espande ed assorbe calore dalla sorgente esterna, ovvero, tramite le sonde geotermiche, dal terreno. All’uscita dell’evaporatore il fluido, ora allo stato gassoso, viene aspirato all’interno del compressore che, azionato da un motore elettrico comprime il gas, determina un aumento di pressione e quindi di temperatura. Il fluido viene così a trovarsi nelle condizioni ottimali per passare attraverso il condensatore (scambiatore) dove passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’aria o all’acqua che sono utilizzate come fluido vettore per il riscaldamento degli ambienti o per la produzione di acqua sanitaria. Il ciclo termina con la sua ultima fase dove il liquido passa attraverso una valvola di espansione trasformandosi parzialmente in vapore e raffreddandosi, riportandosi così alle condizioni iniziali del ciclo.  Lo stesso identico sistema, con opportuni accorgimenti impiantistici, può provvedere anche al condizionamento estivo, in questo caso il ciclo viene invertito e il sistema cede al terreno il calore estratto dall’ambiente interno raffrescandolo.

L’efficienza dei sistemi geotermici
Queste macchine hanno il grande vantaggio di fornire più energia (sotto forma di calore) di quella che gliene occorre per funzionare. L’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione COP (Coefficient of Performance), inteso come rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata. Un valore di COP tipico di un sistema piuttosto efficiente, può essere considerato pari a 3: ciò significa che per ogni kWh di energia elettrica consumato, la pompa di calore renderà 3 kW/h d’energia termica all’ambiente da riscaldare.
È evidente che è vantaggioso utilizzare per il riscaldamento di ambienti abitati (temperatura di comfort intorno ai 20 °C) temperature per i fluidi di riscaldamento degli impianti non superiori ai 35 °C sufficienti allo scopo. Con acqua disponibile a 10-15 °C, il salto di temperatura è conseguentemente di solo 20-25 °C e, in queste condizioni, il rapporto tra calore reso all’impianto di riscaldamento e la potenza richiesta dalla pompa di calore si aggira intorno a 4, potendo giungere anche a 7 nel caso di impianti geotermici con circuito ad acqua freatica.  Questo è il motivo per cui gli impianti che sfruttano l’energia geotermica, per essere convenienti sia dal punto di vista del rendimento che dal punto di vista economico, devono essere installati in presenza di impianti di riscaldamento radiante con acqua a bassa temperatura che lavorano a 30-35 °C, al contrario dei radiatori tradizionali che lavorano con temperature “elevate” 65-70 °C. Inoltre gli impianti a bassa temperatura, che siano a soffitto, pavimento o parete, consentono una diffusione del calore più omogenea e sono in grado di riprodurre un habitat più naturale e più sano rispetto ai convenzionali sistemi.

Un riepilogo dei vantaggi
Complessivamente un impianto geotermico offre diversi vantaggi.
1. Riduzioni del consumo di combustibile, e in generale riduzione dei costi di riscaldamento, condizionamento e produzione di acqua calda.
2. Riduzione generale delle emissioni di CO2.
3. Nessun uso di gasolio o di metano per la caldaia, quindi non sono più necessari pericolosi serbatoi.
4. Non è più necessaria la pulizia del camino e il controllo del bruciatore.
5. Minore rumore durante il funzionamento.
6. Adattabile a qualsiasi tipo di edificio.
7. Realizzabile in qualunque zona, in ogni tipo di terreno.
8. Migliora la qualità dell’aria e dell’ambiente in cui viviamo riducendo l’impatto sulla salute.

I costi
Il costo della realizzazione dell’impianto è funzione del fabbisogno termico dell’edificio e del tipo di sottosuolo dal quale si preleva calore. Ipotizzando dei dati medi, per una abitazione di 150 metri quadrati sono necessari circa 20.000 euro.
La realizzazione di un impianto geotermico completo (riscaldamento + raffrescamento) è senz’altro la soluzione più conveniente, in quanto comporta un minor tempo di ammortamento del costo dell’impianto. Alcuni dati mostrano infatti un costo specifico medio per unità di calore prodotto pari a 1/3 di quello di un impianto tradizionale con caldaia a gasolio e 1/2 di quello di un impianto tradizionale con caldaia a metano.

Articolo scritto da Massimiliano Bertoni e Andrea Cantini

Per maggiori approfondimenti:
www.geotermiasrl.it
www.geotermiasrl.it
www.impiantigeotermici.it

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