Cos'è l'energia Geotermica

Funzionamento della pompa di calore

Chiunque abbia un frigorifero o un condizionatore d'aria conosce il funzionamento di una pompa di calore, anche se il termine pompa di calore può essere sconosciuto. Tutte queste macchine, non producono calore, bensì prendono il calore esistente e lo spostano da una temperatura più bassa ad una temperatura più elevata . Frigoriferi e condizionatori d'aria sono  pompe di calore che rimuovono il calore da spazi interni  più freddi a spazi esterni più caldi. Le pompe di calore possono anche spostare calore da una sorgente a temperatura più bassa ad un ambiente a temperatura più alta per riscaldarlo.

Una pompa di calore ad aria, per esempio, estrae calore dalla aria esterna e lo trasferisce all’interno. Una pompa di calore geotermica funziona allo stesso modo, tranne che la sua fonte di calore è il calore della terra.

Il processo per portare calore a bassa temperatura ad oltre 12°C  comporta un ciclo di evaporazione, compressione, condensazione  ed espansione . Un fluido refrigerante, come R410A, viene utilizzato come mezzo di trasferimento di calore che circola all'interno della pompa di calore.

1. Il ciclo inizia con il liquido refrigerante freddo che  passa attraverso uno scambiatore di calore (l’evaporatore) e assorbe calore dalla sorgente a bassa temperatura ( ostituita dal liquido del circuito interrato). Il refrigerante evapora assorbendo il calore .

2. Il gas refrigerante quindi passa attraverso un compressore in cui il refrigerante è compresso, aumentando la sua temperatura a più di 65°C.

3. Il gas caldo quindi circola attraverso un secondo scambiatore di calore refrigerante-acqua in cui il calore viene rimosso e trasferito nell’edificio fino a 60°C.

 4. Perdendo calore, il refrigerante ritorna liquido. Il liquido viene raffreddato passando attraverso una valvola di espansione e il processo inizia di nuovo.

Per diventare un condizionatore d'aria, il flusso sopra descritto è invertito.

L’importanza della Geologia

La natura del sottosuolo ha ovviamente un ruolo determinante per il funzionamneto di sistema geotermico. Il nostro team di esperti geologi e idrogeologi utilizza le informazioni geologiche ufficiali disponibili per valutare la fattibilità di un progetto . Queste informazioni geologiche, insieme con i lay-out del sito e la definizione dei carichi termici dell’edificio ci permette di fornire una serie di soluzioni per un dato progetto. La decisione principale, dettata dalla geologia, è quale tipo di sonda termica deve essere utilizzato. Ci sono tre tipi principali di sistema, a circuito chiuso, circuito aperto  e sistemi ibridi

Tipologie di sistemi

Sistemi a circuito chiuso

Come suggerisce il nome, questi sono costituiti semplicemente  da un tubo di polietilene a forma di circuito chiuso, sotterrato  e contenente una soluzione di acqua e di anti-congelante ecocompatibile.

-     sistemi a circuito chiuso verticale

Più comunemente utilizzati per sistemi di medie dimensioni nella gamma fra 100 e 1000kW . Il circuito, costituito da una coppia di tubi sottili  da 32 millimetri viene inserito nel suolo in una perforazione di

125 millimetri . La distanza tipica fra due perforazioni è da 3m a 6m con una profondità tra i 50 e i 150 metri. Tutte le testate  delle sonde terminano almeno 1 m sotto il livello e sono semplicemente sotterrate.

Più adatto a: progetti medio-grandi .

-     Circuiti in pali per fondazioni

Questi possono essere utilizzati in qualsiasi tipo di pali da fondazione e con qualsiasi metodo di palificazione. Esse possono soddisfare in generale circa il 50% del carico termico della costruzione e rappresentano un processo di installazione particolarmente economico.  E’importante  ridurre al minimo l'impatto della inclusione delle sonde  sia sulla progettazione dei pali che sul programma di installazione. In tal modo le sonde vengono installate con  un bassissimo costo aggiuntivo rispetto al costo della palificazione. La nostra associazione con la società internazionale di costruzioni Skanska ci ha dato un ruolo guida in questo mercato.

Più adatto a: edifici di nuova costruzione con fondazione su pali  e poco spazio esterno.

-     sistemi a circuito chiuso orizzontali

Se vi è terreno disponibile, il circuito chiuso  può esser posato orizzontalmente in trincee profonde 1.5m circa. Posono esser utilizzati varie geometrie di posa dei tubi. Il metodo preferiro da GI Italia è quello di posare le sonde rettilinee, piuttosto che la varietà Slinky utilizzata da altri installatori. Le sonde orizzontali richiedono una notevole quantità di terreno e per questo motivo vengono comunemente utilizzate per sistemi fino a 150 kW . Tuttavia  se vi è sufficiente  terreno,  possono essere considerati e sono stati installati sistemi di maggior potenza.

Più adatto a: progetti piccoli e medi con disponibilità di terreno.

-     sistemi che utilizzano un bacino idrico

Si tratta di un metodo particolarmente efficace che scambia calore con un bacino idrico e può soddisfare praticamente qualunque carico termico. Sono stati realizzati sistemi di molti MW.  Questo sistema offre costi di installazione molto contenuti. E’ necessaria acqua con una profondità di almeno 2m-3m in cui viene immerso lo scambiatore di

calore con una superficie di circa 9 m2 per ogni kW di capacità del sistema. Le piastre di acciaio inossidabile o i tubi in polietilene sono semplicemente sommersi sotto la superficie e sono attraversati da una soluzione mista di acqua / anti-congelante.

Più adatto a: progetto di qualsiasi dimensionee  con accesso a un bacino di acque superficiali

Sistemi a circuito aperto

Qualsiasi giacimento d’acqua può essere utilizzato come fonte diretta di accoppiamento termico con il suolo. L'acqua entra nel sistema e passa attraverso uno scambiatore di calore prima di essere reimmessa nel suolo a breve distanza.

Un punto importante da notare è che l'acqua non è effettivamente utilizzata dal sistema; possiamo dire che non  vi è alcuna “asportazione d’acqua". Questo fatto riduce le  approvazioni richieste dalle autorità Provinciali a quelle di un normale pozzo. Il nostro team di idrogeologi sono a disposizione per la concessione della licenza del pozzo.

-     sistema a acqua di falda

La sorgente termica di scambio è costituita da un pozzo di estrazione e da un pozzo di reimmissione in falda. L'acqua viene portata alla sala tecnica e immessa in uno scambiatore di calore dove cede o prende calore. L'acqua viene poi restituita alla falda, chimicamente inalterata. i I sistemi a ciclo aperto che utilizzano pozzi d'acqua sono particolarmente adatti per i progetti con elevata potenza termica, a condizione che vi sia sufficiente disponibilità d’acqua. Si possono realizzare progetti di rilevanti dimensioni. Vi è un elemento di rischio nella perforazione dei pozzi d'acqua, in quanto la portata d’acqua ottenibile non può essere garantita. Al fine di limitare questo rischio, che è a carico del cliente, noi produciamo dettagliate analisi idro-geologiche per quantificare il rischio.

Più adatto a: i grandi progetti in aree costruite.

-     sistemi a specchio d’acqua

Quando è disponibile un bacino d’acqua superficiale (lago, fiume, cava,e anche mare, questo può essere utilizzato come una sorgente da cui prendere acqua attraverso un sistema analogo a quello descritto sopra. Il principale problema con questi sistemi è il filtraggio che può richiede una notevole manutenzione.

Più adatto a: medie e grandi progetti con un accesso a acque di superficie.

Sistemi Ibridi

Quando una delle sorgenti di energia termica è disponibile, ma non è in grado di coprire l'intero fabbisogno energetico dell’edificio, è possibile adottare un approccio ibrido in cui l’apporto di calore dal suolo viene ottenuto nella misura richiesta dal progetto combinando diversi tipi dei sistemi descritti sopra.

La pompa di calore e il progetto dell’edificio

Le seguenti informazioni sono fondamentatli per integrare con successo un sistema geotermico nel progetto del vostro edificio.

I sistemi geotermici a pompa di calore sono stati utilizzati principalmente in sistemi di riscaldamento a bassa temperatura. Con le moderne pompe di calore che utilizzano i compressori di ultima generazione e refrigenate R-410° si può ottenere riscaldamento, raffreddamento e acqua calda sanitaria dallo stesso impianto con alcuni semplici accorgimenti normalmente accettati nella tecnica di progetto.

Nella maggior parte di sistemi la pompa di calore è centralizzata in una sala impianti. Un apprroccio modulare di progetto prevede un sistema ridondante ed una potenza termica ben calibrata al fabbisogno dell’edificio. Poichè tutte le pompe di calore WaterFurbnace sono compatte e reversibili, l’occupazione di spazio dell’impianto è inferiore a quello di sitemi convenzionali.

In generale quanto minore è la differenza fra la temperatura dell’acqua di distribuzione e la temperatura locale del suolo, tanto maggiore è l’efficienza del sistema. Nei circuiti di raffreddamento solitamente si ha la situazione 6/12°C, ma con i più recenti sistemi di distribuzione quali pannelli a pavimento si può avere la situazione 17/19°C.

Per il riscaldamento si ha un’ efficienza ottimale con i sistemi a bassa temperatura quali pannelli a pavimento a 35/30°C, ma sono possibili anche temperature fino a 68°C.

, con efficienza ridotta. Bisogna però notare che un utilizzo continuativo oltre 61°C può avere un effetto negativo sulla vita del compressore.