CONOSCERE L'ENERGIA GEOTERMICA E LE POMPE DI CALORE

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Due fra gli interrogativi più ricorrenti della civiltà odierna trovano risposte esaurienti nell' ENERGIA GEOTERMICA,
a cui provvede semplicemente una legge della Natura.
Il terreno infatti contiene una inesauribile sorgente di calore: la temperatura, man mano che si scende sotto terra, aumenta grazie all'energia geotermica che dal nucleo terrestre si dirige verso la superficie; il terreno inoltre assorbe quasi la metà dell'energia che riceve dal Sole.Si tratta di una fonte di energia INESAURIBILE, costantemente disponibile e soprattutto RINNOVABILE


Generalmente siamo abituati a pensare alla GEOTERMIA in termini di vapore da utilizzare in centrali termoelettriche, come per esempio a Larderello, oppure come acque termali
per usi diretti volti alla climatizzazione; tuttavia è evidente che può essere considerata una risorsa del genere anche il "terreno" di casa nostra.A pochi metri di profondità dalla superficie terrestre il terreno mantiene una temperatura quasi costante per tutto l'anno, e questo ci permette di ESTRARRE CALORE d'inverno per riscaldare un ambiente, e di CEDERE CALORE durante l'estate per raffrescare lo stesso ambiente.Tale scambio di calore viene realizzato con POMPE di CALORE ABBINATE A SONDE GEOTERMICHE che sfruttando questo principio permettono di riscaldare e raffrescare le nostre case con un unico impianto assicurando un alto grado di rendimento sull'arco dell'intera stagione, e con un fabbisogno di energia elettrica contenuto rispetto alle prestazioni. Non è neppure necessario alcun apporto termico esterno (per esempio una caldaia a metano) per coprire le punte invernali.

Le pompe di calore per riscaldare le case esistono sul mercato dagli anni 50, proprio come televisori, lavatrici e altri apparecchi domestici a noi famigliari, si tratta dunque di una TECNICA AFFIDABILE, AMPIAMENTE COLLAUDATA.
Queste macchine hanno il grande vantaggio di fornire più energia (sotto forma di calore) di quella che gliene occorre per funzionare, questo è reso possibile dal fatto che la macchina assorbe calore dal mezzo esterno.

 

 

Impianto ad energia geotermica

 

  Un impianto che funziona ad energia geotermica è composto da:

- SONDA GEOTERMICA inserita in profondità per scambiare calore con il terreno;
- POMPA di CALORE installata all'interno dell'edificio;
- SISTEMA di DISTRIBUZIONE del calore "a bassa temperatura" all'interno dell'ambiente
(impianti a pavimento, pannelli radianti, bocchette di ventilazione, ecc…)

  


         

 

 

 

 

 

           

 

 

 

 

 

 

            

 

 

 

 

 

 

 

           

 

 

 

 

 

          

 

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.
Il numero delle sonde geotermiche e la profondità d'installazione (da 50 a 150 metri) variano in funzione dell'energia termica richiesta.

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).

I tubi delle sonde sono 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, fornisce l'energia meccanica necessaria per comprimere il fluido, determinandone così un aumento di pressione e conseguentemente di temperatura.
Il fluido viene così a trovarsi nelle condizioni ottimali per passare attraverso il condensatore (scambiatore). In questa fase si ha un nuovo cambiamento di stato del fluido, che 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, potrà provvedere anche al CONDIZIONAMENTO ESTIVO,
in questo caso il ciclo viene invertito ed il sistema cede al terreno il calore estratto dall'ambiente interno raffrescandolo.
In generale per il condizionamento estivo si
è costretti al raffreddamento delle macchine frigorifere con l'aria, la cui temperatura di riferimento estiva è di 32º.

Utilizzando le sonde geotermiche, la temperatura di riferimento è invece di circa 14º-16°, il salto di temperatura nelle macchine che devono produrre acqua refrigerata a 7º,
si riduce drasticamente, aumentando notevolmente la resa e riducendo, di conseguenza, in modo rilevante i consumi di energia ed i costi di gestione.
A questo si aggiunge il vantaggio di poter effettuare anche un preraffreddamento dell'aria utilizzando direttamente il fluido circolante nelle sonde geotermiche, mentre l'acqua refrigerata viene usata solo per la deumidificazione raffreddando l'aria sotto il punto di rugiada. Con le pompe di calore si ha quindi il vantaggio di sfruttare una sola macchina,
che grazie ad una valvola diventa reversibile poiché presenta la possibilità di invertire le funzioni dell'evaporatore e del condensatore, fornendo così aria fredda in estate e aria calda in inverno. L'inversione tra i due sistemi, riscaldamento e raffrescamento, può avvenire o con un'inversione sul ciclo o con un'inversione sull'impianto. La tecnica di prelevare calore con una sonda geotermica è altamente affidabile e fa ormai parte dei modi convenzionali di riscaldamento, ben conosciuta e sfruttata in tutto il Nord Europa e negli Stati Uniti.
A titolo di esempio, una pompa di calore collegata ad una sonda geotermica inserita a circa 100 m di profondità estrae dal suolo una potenza geotermica sufficiente per riscaldare un'abitazione unifamiliare standard.

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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 perché possa avvenire il trasporto di calore medesimo. Un valore di COP tipico di un sistema piuttosto efficiente, può essere considerato pari a 3 (valori normali sono compresi tra 2,5 e 3,5): ciò significa che per ogni kWh di energia elettrica consumato, la pompa di calore renderà 3 kWh d'energia termica all'ambiente da riscaldare.
La termodinamica ci insegna, ma ce lo suggerisce anche il buon senso, che il lavoro necessario per portare l'energia termica da un livello di temperatura più basso ad uno più alto è proporzionale a tale dislivello o salto di temperatura. Da ciò consegue la prima buona regola energetica di utilizzare per il riscaldamento di ambienti abitati, che vanno mantenuti a temperatura di comfort intorno ai 20º, temperature per i fluidi di riscaldamento degli impianti non superiori ai 35º sufficienti allo scopo. Con acqua disponibile a 10º-15º, il salto di temperatura è conseguentemente di solo 20º-25º e,
in queste condizioni, il rapporto tra calore reso all'impianto di riscaldamento e la potenza richiesta dalla pompa di calore nelle buone macchine moderne si aggira intorno a 4, potendo giungere anche a 5. Ciò significa che, spendendo 1 kW elettrico per l'azionamento dell'impianto si ottengono almeno 4 kW termici per l'utenza; gli altri 3 KW, ovvero il 75% del fabbisogno termico, vengono prelevati dall'ambiente e, più precisamente, nel caso da noi ipotizzato, dal sottosuolo; di conseguenza si può propriamente parlare di fonte "geotermica".

Vantaggi

Canna fumaria? Fumi? Emissioni? Niente di tutto ciò !!!
Quando è in esercizio, la pompa di calore non emette alcuna sostanza dannosa.
Complessivamente un impianto geotermico offre i seguenti vantaggi:

• riduzioni del consumo di combustibile, e in generale riduzione dei costi di riscaldamento, condizionamento e produzione di acqua calda;
• riduzione generale delle emissioni di CO2, e altre emissioni inquinanti in atmosfera;
• nessun uso del gasolio o del metano per la caldaia, quindi non sono più necessari pericolosi serbatoi;
• non è più necessaria la pulizia del camino;
• non è più necessario il controllo del bruciatore;
• nessuna apparecchiatura visibile installata al di fuori dell'edificio;
• minore rumore durante il funzionamento;
• adattabile a qualsiasi tipo di edificio: abitazioni, uffici, edifici commerciali, hotel, scuole, piscine, capannoni, ecc…..
• realizzabile in qualunque zona, in ogni tipo di terreno, indipendentemente dalla profondità della faldaLa 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 di letteratura 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.
L'impianto a sonde geotermiche può essere applicato anche nel caso di modifica o RISTRUTTURAZIONE di IMPIANTI ESISTENTI; i considerevoli risparmi nei costi di esercizio consentono infatti buoni margini per ripagare gli investimenti richiesti.

Costi di Esercizio
La gestione di una pompa di calore con sonda geotermica è semplicissima: un'unica "macchina" può gestire il riscaldamento, il raffrescamento e la produzione di acqua calda. La macchina è programmabile con grande flessibilità, affinché ogni esigenza di riscaldamento sia soddisfatta ad un costo contenuto. E' ideale per gli impianti di riscaldamento ad alto comfort, come le serpentine a pavimento o i corpi riscaldanti a bassa temperatura. 
 

 Lo spazio occupato da una pompa di calore è come quello di un frigorifero .
Con misure così ridotte la macchina può essere installata in qualsiasi locale di servizio, anche nella lavanderia. Per la valutazione dei costi di esercizio assumiamo come costi di riferimento:
GPL 0,97€/l,
gasolio a 0,99 €/l,
metano a 0,54/Sm³
in caso di variazione dei prezzi è semplicissimo ricalcolare i costi di esercizio conseguenti.


Con le condizioni sopra citate i costi risultano:

INVERNO
• Riscaldamento con GPL 0,181 €/Mcal
• Riscaldamento con gasolio 0,138 €/Mcal
• Riscaldamento con metano 0,077 €/Mcal
• Riscaldamento geotermico 0,041 €/McalESTATE
• Condizionamento tradizionale 0,070 €/Mfrig
• Condizionamento geotermico 0,028 €/Mfrige le riduzioni…
Riscaldamento geotermico rispetto al GPL - 80%
Riscaldamento geotermico rispetto al gasolio - 75%
Riscaldamento geotermico rispetto al metano - 50%Condizionamento geotermico rispetto al tradizionale - 60%

 

 

Documentazione tecnica curata e liberamente concessa dallo Studio Geologico  Dott.Mauro Guidi