Cos`è la geotermia?

L’ENERGIA GEOTERMICA A PORTATA DI TUTTI
Che cos’è la Geotermia?
Il terreno, sotto una certa profondità di 10-15 m,
presenta una temperatura costante per tutto l’arco
dell’anno, solitamente compresa tra i 10 ed 15° C in
zone a gradiente geotermico standard.
Questa risorsa viene sfruttata inserendo nel terreno
degli “scambiatori di calore” rappresentati dalle sonde
geotermiche, che possono essere a sviluppo verticale o
orizzontale. L’utilizzo delle prime viene solitamente
preferito, poiché le sonde geotermiche verticali (SGV)
vengono alloggiate in profondità (80-100 m) e non
risentono delle variazioni di temperatura dei terreni più
superficiali, oltre a non richiedere ampi spazi per la
messa in opera, come nel caso delle sonde orizzontali.
Questa tecnologia che sfrutta l’energia messa a
disposizione dalla terra mediante scambiatori a circuito
chiuso (geosonde e sonde geotermiche) prende il nome
di geotermia a bassa entalpia.
Il grande vantaggio di questa tecnologia, attualmente
poco utilizzata nel nostro Paese (molto sfruttata invece
in altri paesi europei come Germania, Francia, Svezia e
Svizzera), è quello di poter essere applicata in qualsiasi
zona e con qualsiasi tipo di terreno. Non è quindi
necessaria una zona a gradiente geotermico anomalo,
come ad esempio una zona termale, come solitamente
si crede.
L’energia recuperata dal terreno per mezzo della sonda
geotermica viene messa a disposizione dell’impianto di
utilizzazione della struttura da riscaldare o raffrescare
attraverso una pompa di calore.
La pompa di calore è una macchina, molto simile ad un
frigorifero, in grado di trasferire calore da un corpo a
temperatura più bassa ad un corpo a temperatura più
alta. Nel fare questo lavoro la pompa di calore consuma
energia elettrica, però con un elevato rendimento, pari
mediamente ad un fattore 4. Si ha quindi che
mediamente per 1 KW elettrico impiegato si producono
4 KW termici a disposizione del nostro impianto.
Le pompe di calore sfruttano l’inerzia termica del
terreno, il quale oltre 10 m di profondità mantiene una
temperatura costante di circa 12-14 °C. Questo
favorisce un elevato COP (Coefficiente of
Performance), dato che le differenze di temperatura tra
lato caldo e lato freddo sono contenute (rispetto al caso
delle pompe di calore aria-aria).
Questo tipo di impianti risultano economicamente
vantaggiosi se abbinati ad impianti a bassa temperatura
(ad es. a pavimento o a pannelli radianti) e ad un
adeguato
isolamento
dell’edificio
da
riscaldare/raffrescare. Pertanto risultano applicabili in
modo opportuno solitamente nel caso di nuove
costruzioni o di restauri importanti di edifici già esistenti.
Un esempio pratico: confronto tra un sistema di
riscaldamento tradizionale ed uno con pompa di
calore geotermica nel caso di una applicazione
residenziale (abitazione singola).
Prima di procedere al confronto è necessario precisare
che:
•
Il gas metano (che alimenta la caldaia) è una fonte
di energia primaria;
•
L’energia elettrica (che alimenta la pompa di calore)
è una fonte di energia secondaria, derivata dalla
primaria.
In Italia l’energia elettrica deriva principalmente dalla
combustione di risorse fossili, quindi solo una parte
dell’energia primaria, circa il 40%, è disponibile come
energia elettrica. Tenendo conto che il rendimento di
distribuzione della rete nazionale è pari all’80%, si
ottiene un rendimento totale del 32%; tale valore
prende il nome di REP (Rapporto di Energia Primaria).
L’efficienza di una caldaia si esprime tramite il suo
rendimento (η), mentre quella di una pompa di calore
viene espressa dal Coefficiente di Effetto Utile (COP).
Un ulteriore vantaggio è rappresentato dalla
reversibilità di questi sistemi, ottenendo quindi con un
unico impianto il riscaldamento d’inverno ed il
raffrescamento d’estate, con elevati rendimenti e bassi
consumi.
In realtà non è stato inventato niente di particolarmente
innovativo, si sono solo applicate in modo
complementare tecnologie note alle diverse discipline
(termotecnica, geologia, impiantistica) ottenendo
risultati decisamente validi.
Affinché una pompa di calore sia energeticamente più
conveniente di una caldaia, il suo COP deve essere
superiore a 3.
Si prenda da esempio una caldaia a condensazione, in
grado cioè di recuperare il calore latente contenuto nel
vapor d’acqua dei fumi di combustione.
Gli impianti di riscaldamento a bassa temperatura
(alimentati cioè con fluido a 35-40°) si prestano bene
ad essere alimentati da caldaie a condensazione o da
pompe di calore.
IL
DIMENSIONAMENTO
DELLA
SONDA
GEOTERMICA dipende da molti fattori; in prima
approssimazione si può considerare di realizzare 100 m
di sonda ogni 5 kW di potenza installata. La presenza di
acqua nel sottosuolo aumenta il rendimento
dell’impianto, dato che migliora lo scambio termico tra
fluido in sonda e terreno
VANTAGGI DELLA POMPA DI CALORE A
SORGENTE GEOTERMICA:
•
Nessuna combustione, quindi nessuna emissione
di CO2 in atmosfera;
•
Nessun pericolo dovuto alla presenza di fiamma;
•
Minor rumorosità e minor impatto estetico rispetto
alle pompe di calore ad aria;
•
Manutenzione quasi assente;
•
Possibilità di essere utilizzata anche per il
raffrescamento estivo, utilizzando quindi lo stesso
impianto tutto l’anno.
Caso 1
Caldaia a condensazione a metano
Potere Calorifico Sup.
kWh/m3
9,76
Efficienza
η
95 %
Consumo elett. access.
€
700,00
Consumo
kWh
13.737,00
Costo metano
€/m3
0,72
Spesa annua
€
1.175,00
Costo impianto
€
8.000,00
Caso 2
Pompa di calore geotermica 10 kW + sonda 200 m
Efficienza
Consumo elett. access.
Consumo
Costo en. Elettrica
Spesa annua
Costo impianto
COP
€
kWh
€/kWh
€
€
5,1
700,00
3.059,00
0,23
705,00
15.000,00
Il grafico seguente mostra come, a fronte di una più
elevata spesa iniziale del sistema (data per la maggior
parte dalle realizzazione delle sonde geotermiche) sia
notevolmente ridotta la spesa energetica (proiezione a
vent’anni).
70.000
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
-
ESEMPIO
Edificio residenziale unifamiliare (ben
ben isolato!)
isolato! in
provincia di Padova.
Costi di
esercizio
Costi di
installazione
Superficie utile:
150 m2
Terminali di impianto:
pannelli radianti a pavimento
Consumo di energia:
Riscaldamento
Acqua Calda Sanitaria
1800 kWh
11250 kWh
Oltre che nel caso residenziale la geotermia a bassa
entalpia può essere applicata con risultati soddisfacenti
anche nel caso della climatizzazione industriale e
commerciale, come dimostrano numerose applicazioni
realizzate per capannoni produttivi o per grossi centri
commerciali.
Un altro interessante sviluppo futuro sarà quello degli
impianti centralizzati con contatori di energia, realizzati
per interi quartieri oppure nel caso di condomini e case
a schiera.