Contributo di G. Ghezzi

Comune di Pisa
Provincia di Pisa
Anno 2006-2007
USO RAGIONATO DELL’ENERGIA E DELL’ACQUA
“ENERGIE RINNOVABILI ED EFFICIENZA ENERGETICA”
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE
E FONTI RINNOVABILI A
BASSA ENTALPIA
Giuseppe Ghezzi, Rotary Club Pisa
LARDERELLO – 21 e 22 MARZO 2007
LA POMPA DI CALORE È UN
DISPOSITIVO CHE CONSENTE DI
INNALZARE IL LIVELLO DI
TEMPERATURA DELL’ENERGIA
TERMICA PRELEVATA DA UNA
SORGENTE LA CUI
TEMPERATURA NON NE
CONSENTA UN UTILE IMPIEGO
PER QUESTO FUNZIONAMENTO È NECESSARIA
LA FORNITURA DI UN’ADEGUATA QUANTITÀ DI
ENERGIA DI MIGLIORE QUALITÀ, QUASI
SEMPRE ENERGIA ELETTRICA
Il COP (Coefficient of Performance)
è il rapporto fra l’energia termica prodotta dalla
macchina (Qu) e l’energia pregiata necessaria
per assicurarne il funzionamento (L)
Qu Qe  L Qe
COP 


1
L
L
L
FONTI PER IL FUNZIONAMENTO DELLE
POMPE DI CALORE:
• ARIA ESTERNA
• ACQUA
• TERRENO
A PARITA’ DI TEMPERATURA, RISPETTO ALL’ARIA,
L’ACQUA PRESENTA CARATTERISTICHE DI SCAMBIO
TERMICO MIGLIORI ED UNA MAGGIORE CAPACITA’
TERMICA
ACQUE SOTTERRANEE
Fonti della risorsa sotterranea:
• Acqua di falda con temperatura normale
• Acqua di falda a bassa entalpia  COP migliore a parità di Q
Esempio di funzionamento estivo (Fig. 1):
due pozzi, posti ad una distanza di circa 150 m,
che forniscono fino a 60 m3/h di acqua.
In Italia il caso più interessante è quello dell’AEM di
Milano che utilizza la falda multistrato alluvionale per
teleriscaldamento invernale e raffreddamento estivo
ACQUE SOTTERRANEE
Fig. 1 - Schema d'impianto (funzionamento estivo) del sistema UTES
del Groene Hart Hospital di Gouda, Olanda
ACQUE SUPERFICIALI
Fonti della risorsa superficiale:
• Fiume, torrente, roggia
• Lago, mare
Principio base: raffreddare l’acqua di 3° C e ottenere le
temperature di progetto mediante la pompa di calore.
Esempi di utilizzo di acque superficiali
Estero: molto diffuso (paesi scandinavi con acqua di mare)
Italia: il metodo è di recente introduzione. Attualmente in
esercizio: Bergamo, dove con l’acqua di una roggia è stato
realizzato un impianto di teleriscaldamento a pompe di calore
(e raffreddamento estivo) che serve buona parte della città.
TERRENO
A qualche metro di profondità la
temperatura del terreno si stabilizza ad un
valore prossimo alla media annuale della
temperatura dell’aria.
A profondità maggiori entra in gioco
l’energia termica endogena: oltre i 30 metri
di profondità si riscontra in media un
incremento di temperatura di circa 1 °C
ogni 30 m.
TERRENO
Nel caso del terreno, come sorgente per la pompa
di calore, il sistema si realizza interrando un tubo
o più tubi di adeguata lunghezza.
Lo scambio termico può essere:
• indiretto, con l’evaporatore della macchina mediante
la circolazione di un liquido;
• diretto, realizzando l’evaporatore entro i tubi interrati.
Le tecniche dei tubi a terreno si dividono in due categorie:
• a tubi orizzontali
• a tubi verticali
TERRENO
I sistemi a tubi orizzontali
vengono interrati generalmente a
piccola profondità (0.8 – 1.5 m)
ed hanno perciò bisogno di
un’ampia superficie sgombra da
edifici.
I sistemi a tubi verticali
utilizzano una o più perforazioni
con profondità variabili da valori
minimi di 10 m a qualche
centinaio di metri (Fig. 2).
La superficie di pianta richiesta è
molto più ridotta del caso
precedente. In casi di fondazioni
profonde, gli stessi pali di
fondazione dell’edificio possono
svolgere la funzione dei pozzi.
FONTI RINNOVABILI GEOTERMICHE A BASSA ENTALPIA
Il sottosuolo del nostro Paese è ricco di acque termali che
danno luogo a numerose manifestazioni spontanee di
acque calde che formano la famiglia dei fluidi a bassa
entalpia.
Si tratta di sorgenti la cui temperatura all’emergenza è
solitamente inferiore a 100 °C ma superiore alla
temperatura media dell’aria del sito di emergenza, che
varia da luogo a luogo.
La teoria attualmente più accreditata sull’origine delle
acque termali si basa su uno schema messo a punto una
cinquantina di anni addietro, grazie al supporto degli
isotopi dell’idrogeno e dell’ossigeno presenti nell’acqua.
L’innesco
di una circolazione a
bassa entalpia si spiega quindi con
lo stesso principio che origina la
formazione del vapore endogeno:
cambia solo la profondità di
circolazione che, nel caso delle
sorgenti termali, è solitamente più
superficiale.
Lo schema classico
è quello di un
circuito che si innesca con l’infiltrazione
delle acque di pioggia nelle formazioni
permeabili che affiorano generalmente
sui rilievi: le acque infiltrate sono
costrette a seguire la geometria delle
formazioni permeabili che, per cause
geologiche (pieghe e faglie), possono
scendere fino a diverse centinaia, talora
anche qualche migliaio di metri sotto il
piano campagna.
In Fig. 3 si riporta lo schema di alimentazione del bacino termale
euganeo (Abano, Montegrotto, Battaglia), che presenta le seguenti
caratteristiche:
a) una infiltrazione localizzata in una fascia a quota media di 1500 metri,
definita grazie ai dati del deuterio;
b) una circolazione profonda che raggiunge qualche migliaio di metri e
che consente all’acqua di acquisire una elevata temperatura;
c) una permanenza nel sottosuolo di almeno alcuni decenni,valutati
in base ai dati di analisi del tritio;
d) una fase di risalita veloce, che consente la conservazione di buona
parte della temperatura acquisita nella discesa.