geotermia - Area

progetto SO.PRA.N.E.
PARAMETRI E STRUMENTI
DI UNA PROGETTAZIONE SOSTENIBILE
Palazzo delle Professioni
sabato 22 ottobre 2011
venerdì 04 novembre 2011
GEOTERMIA
dott. ing. Silvia D’Agostino
consulente dell’A.O.U. Meyer in materia di ambiente ed energia
membro del Direttivo dell’Istituto Nazionale Bioarchitettura / sez. Prato
GEOTERMIA
Argomenti
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Definizione
Tecnologie di sfruttamento geotermia alta entalpia
Tecnologie di sfruttamento geotermia bassa entalpia
Tipologie impiantistiche
- vantaggi e svantaggi
Sonde geotermiche
Impianto geotermico a sonde verticali
Pompe di calore
Metodi di approccio alla progettazione
- sostenibilità
Casi studio
Analisi costi - benefici
Conclusioni
Normativa di riferimento
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Geotermia
Il termine geotermia indica una serie di tecnologie che
hanno in comune lo sfruttamento del sottosuolo e delle
risorse per fini energetici.
In senso stretto ci si riferisce a sottosuoli “caldi” in cui
la temperatura del suolo è superiore ai 40°.
L’origine di questo calore è in relazione con la natura
interna del nostro pianeta ed è connessa ai processi fisici
che in esso hanno luogo.
Presente in quantità enorme, fonte pressoché
inesauribile.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Tecnologie di sfruttamento geotermia alta entalpia
Produzione di energia elettrica
1- Sfrutta la pressione esercitata dal vapore contenuto negli acquiferi
che va dai 20 ai 70 metri di altezza. Questo vapore viene incanalato
per alimentare direttamente le turbine (es. Toscana, Larderello).
2- In alcuni casi un acquifero sottoposto a pressione ed elevate
temperature non produce vapore ma acqua calda da 200°C a 350°C
che arriva in superficie tramite dei pozzi e passando da una pressione
elevatissima del sottosuolo a quella atmosferica produce una quota di
vapore, che alimenta le turbine, e una di liquido che viene reiniettato
in profondità (es. Toscana, Amiata);
E’ possibile usare serbatoi a temperatura più bassa utilizzando la
tecnologia a “ciclo binario”.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Tecnologie di sfruttamento geotermia alta entalpia
Secondo un recente studio si calcola che solo con gli acquiferi a
vapore dominante di Lazio e Toscana si potrebbero produrre oltre 5
mila miliardi di kWh che basterebbero al fabbisogno nazionale di
elettricità per 70 anni e, con il sistema binario, per sempre.
Tele riscaldamento
Sfrutta direttamente fluidi geotermici a temperature tra 80°C –
100°C, che sgorga dal sottosuolo per scaldare, tramite opportuni
scambiatori di calore, l’acqua circolante nei terminali (radiatori,
pannelli radianti ecc.) dell’impianto di riscaldamento delle
abitazioni.
Es: Impianto di Ferrara: oltre 15000 appartamenti che sfrutta acqua
calda a 105°C rinvenuta in un pozzo di 1200 m terebrato per ricerche
petrolifere.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Tecnologie di sfruttamento geotermia alta entalpia
HDR (Hard Dry Rock)
Per produrre energia elettrica si esegue una prima perforazione a
3/5.000 metri, si crea un serbatoio geotermico sotterraneo allargando
idraulicamente i sistemi di fratture naturali, attraverso un circuito
idraulico costituito da altre perforazioni, scambiatori di calore,
pompe ecc. si alimenta un turbogeneratore per produrre energia
elettrica.
Potenziale ENORME: produzione 100% energia elettrica per
tutta Europa + parte energia termica per acqua calda sanitaria e
riscaldamento.
Impianti pilota: Alsazia (Francia) e Svizzera.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Tecnologie di sfruttamento geotermia bassa entalpia
Geotermia a bassa entalpia
L'impianto geotermico è un impianto composto da una pompa di calore accoppiata
ad una "sorgente termica". La funzione di un impianto geotermico è quella di
produrre acqua (o aria) calda o fredda a seconda dei casi.
La sorgente termica può essere il suolo, 1'acqua o addirittura l'aria.
¾ ARIA
non si parla più di geotermia ma di aerotermia
Vantaggi:
- disponibilità illimitata ed ubiquitaria della sorgente termica
- facilità di progettazione e di installazione degli impianti
- costi di investimento più contenuti
Svantaggi:
-Temperatura ambiente esterno variabile, più bassa in inverno e più alta in estate
ƒ
minor rendimento e capacità della pompa geotermica
ƒ
maggiori consumi energetici
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Tecnologie di sfruttamento geotermia bassa entalpia
¾ ACQUA
Lo scambio termico avviene direttamente attraverso acqua di falda o
superficiale ( sistema “open loop” o “closed loop”)
Vantaggi:
- convenienza in aree ricche d’acqua
- contenuta oscillazione delle temperature (max 10°C)
Svantaggi:
- ostacoli amministrativi e burocratici di realizzazione: vincoli, limitazione,
divieti
- impatto ambientale da valutare
- richiesta di grosse portate
- aumento del costo di realizzazione per adeguare lo scarico dell’acqua
utilizzata
- manutenzione frequente (trattamento acque ogni 3-6 mesi)
- monitoraggio costante delle caratteristiche chimiche delle acque (no ferro)
- rilevante variazione della portata del corso d’acqua
- necessità del filtraggio
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Tecnologie di sfruttamento geotermia bassa entalpia
¾ SUOLO:
La maggior parte dei sottosuoli ha una temperatura costante dai
10 ai 100 metri di profondità che in Italia oscilla tra i 12°C e i
14°C , al di sotto dei 100 m la temperatura aumenta di 3°C ogni
100 m. Questi cosiddetti sottosuoli “normali” possono essere
sfruttai per riscaldare / raffrescare edifici, produrre acqua calda
per scopi sanitari o industriali, e vengono interessati nella parte
che va da qualche metro a 200 metri di profondità.
Questo tipo di tecnologia viene per consuetudine viene chiamata
“Geotermia a bassa entalpia”
Per sfruttare questa energia bisogna avvalersi di pompe di calore
accoppiate a scambiatori termici detti “sonde geotermiche”.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche
Varie tipologie di sonde geotermiche:
- orizzontali;
- verticali;
- pali energetici;
- a spirale.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
Parte essenziali di un impianto, geotermico sono senza dubbio, le sonde
geotermiche.
Sonde geotermiche a scambio verticale in polietilene a singolo o doppio
U, alloggiate in fori di diametro, 14 - 15 cm e profondi dai 70 ai 200 mt.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
La profondità mediamente raggiunta varia da regione a regione, e
dipende ovviamente dal tipo suolo.
Tipologie
Le tipologie di scambiatori esistenti sono due, scambiatori ad U che a
loro volta si suddividono in:
- singolo U;
-doppio U;
e scambiatori coassiali, che si suddividono in:
- tubi coassiali semplici;
- tubi coassiali complessi.
La soluzione ad U è ormai la scelta adottata nella maggior parte dei casi.
Si tratta di sistemi con elevata affidabilità, e, se si presuppone un
dimensionamento corretto, rappresentano la tipologie di impianto di
climatizzazione che ha meno guasti in assoluto.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
Materiali
Ad oggi la quasi totalità delle installazioni utilizza scambiatori in polietilene
ad alta densità PEAD o HDPE, PE 100 PN 10/16, quello normalmente usato
per gli acquedotti, o per le reti antincendio.
Negli ultimi anni in Europa sono stati installati impianti con tubazioni in
polietilene reticolato ad alta pressione, materiale che, rispetto al HDPE
presenta migliori caratteristiche quanto a scambio termico con il sottosuolo,
maggiore resistenza alle crepe ed al propagarsi di fenditure a causa di
sollecitazioni.
Le tubazioni più diffusamente utilizzate per le sonde verticali in polietilene
sono del tipo:
PE 100 SDR 11 PN 16 diametro esterno 40,0 mm
diametro estemo 32,0 mm
spessore 3,7 mm
spessore 2,9 mm
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
Piede di sonda
In un tubo ad U il punto più delicato e critico è senza dubbio il piede o base
dello scambiatore stesso, punto in cui avviene I'inversione del moto rispetto
alla verticale del fluido geotermico. Vecchie realizzazioni adottavano, ad
esempio in Svezia, un setto per separare i due flussi, ma la soluzione che si è
poi sviluppata prevede la giunzione dei tubi alla base per formare la "U".
I vari metodi sviluppati nel corso degli anni e sono stati immessi sul mercato
piedi di sonda brevettati dello stesso materiale degli scambiatori, per
diametri di 25, 32 e 40 mm con vita utile dichiarata di 100 anni.
La cementazione del perforo
Una volta che le sonde sono calate nel foro, questo viene riempito con
boiacca cemento-bentonitica, a partire dal fondo. Questa operazione
assicura una completa adesione del sottosuolo alla parete della sonda
ottimizzando lo scambio energetico, e deve essere effettuata a “regola
d’arte” per non penalizzare il rendimento della pompa.
A causa della bassa conduttività termica della bentonite è opportuno
ridurre la sezione del perforo e aggiungere materiale inerte conduttivo.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
Fluido termo vettore
Prima di essere collegate le sonde vanno riempite di una soluzione acquosa di
acqua e glicole, che consentirà alle stesse di scambiare con il sottosuolo, ed in
ultima analisi consentirà di trasferire calore dal sottosuolo in inverno e cedere
calore durante la stagione estiva.
L’International Ground Source Heat Plump Association (IGSHPA) raccomanda
I'uso di tre fluidi per le applicazioni geotermiche:
- Acqua potabile;
- Acqua con acetato di potassio;
-Acqua con glicole propilenico.
Dimensionamento
È la fase più delicata della progettazione di una sonda, da questa dipende la
buona riuscita dell’impianto. Si basa su una complessa valutazione dei parametri
relativi al sottosuolo in esame e alla struttura che sarà servita dall’impianto. Le
linee guida di maggior riferimento sono le VDI 4640 tedesche.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - verticali
1800 h
2400 h
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - orizzontali
Energia di scambio termico:
radiazione SOLARE + acqua di pioggia
non energia geotermica!
Caratteristiche tecniche:
- Costituita da una serie di serpentine disposte orizzontalmente rispetto al
piano di campagna ad una profondità variabile tra 1 e 2,5 m;
- Passo tra i tubi tra 30 e 80 cm in base al diametro dei tubi, alla
configurazione geometrica ed al terreno;
- Posa in opera su strato di sabbia.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - orizzontali
Vantaggi:
-
Costi di posa in opera e tempi di realizzazione minori rispetto alle sonde
verticali.
Svantaggi:
- Risentono delle variazioni della temperatura esterna;
- Basse Potenze di estrazione (mediamente 25 W/mq );
- Richiesta disponibilità di ampie superfici;
- Impossibilità di impermeabilizzazione della superficie sovrastante la sonda
( no sotto parcheggi o fondazioni!);
- Impossibilità di piantumazione di alberi o piante con apparato radicale
profondo.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche - orizzontali
Potenza specifica (fonte VDI 4640) – Valori caratteristici dei climi freddi.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche – a spirale
Brevetto internazionale italiano ed europeo di Energy Resources.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
sonde geotermiche – a spirale
Questa sonda permette di risparmiare fino al 40%
dei costi di realizzazione del campo sonde a parità
di potenza installata.
+12,5%
ing. Silvia D’Agostino
- 38%
- 30%
- 33%
- 34%
GEOTERMIA
pompe di calore
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
pompe di calore
Le sonde sono collegate attraverso raccordi orizzontali alla pompa
geotermica. Questa è una macchina che trasferisce calore da un corpo
all’altro, forzando il flusso naturale del calore che tende a passare da un
corpo più caldo ad uno più freddo. La sorgente è ovviamente il suolo.
La classificazione delle pompe di calore può avvenire sulla base di diversi
aspetti:
• sulla base del tipo di ciclo termodinamico: a compressione di vapore,
compressione termica, ad assorbimento/adsorbimento;
• sulla base del tipo di alimentazione: elettrica, a gas, a calore di recupero;
• sulla base della sorgente termica: aria, acqua superficiale o sotterranea,
terreno, solare termico, calore di recupero;
Le pompe di calore vengono spesso indicate considerando la coppia di
fluidi con cui scambiano: vi sono pompe di calore del tipo aria-aria, ariaacqua, acqua-acqua, terreno-acqua, al variare della sorgente termica e del
tipo di impianto utilizzato.
Il parametro più importante che caratterizza una pompa di calore è il suo
COP: Coefficiente di Prestazione Energetica che rappresenta il rapporto
tra la potenza termica utile e potenza elettrica in ingresso.
Una buona macchina ha un COP ≥ 4
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
La sostenibilità ambientale dei sistemi a scambio geotermico
E’ necessario assicurare che l'impianto collegato al terreno, comporti il
raggiungimento di un equilibrio termodinamico sul lungo periodo,
assestando il livello della temperatura del terreno su un valore accettabile e
ambientalmente compatibile.
Nelle condizioni normali, in natura, cioé senza I'influenza di un sistema
geotermico, questo ha come risultato una temperatura costante intorno ai 1020 m di profondità ("zona neutrale'), ed è frutto di un equilibrio tra flussi di
calore che hanno caratteristiche diverse.
Una progettazione errata, o troppo spinta (es. troppi W/m di lunghezza di
scambiatore, in un terreno di materiale a bassa conduttività come ghiaia
secca) può comportare la ghiacciata (saturazione termica) del terreno
intorno allo scambiatore e il conseguente collasso del sistema.
Le condizioni che assicurano il raggiungimento di un accettabile equilibrio
di lungo periodo devono essere stabilite con accuratezza in fase progettuale.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
1 CHF=0,816 €
8160
€
1224
€
11424
€
3264
€
24480
€
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 1
(GPL)
1 CHF=0,816 €
24480 €
15 - 17200
€
10 - 12240
€
1265 €
938 - 1077 €
653 - 767 €
122- 244 €
490- 522 €
465- 490 €
816 €
1444 €
1697 €
2200- 2366 €
2856- 3020 €
2856- 2938 €
7,3- 8,2 ct di €/ kWh 9,8 cent di €/ kWh 9,8 cent di €/ kWh
TR investimento
8 anni
11 anni
Risparmio in 20 anni
9700 €
9100 €
solo
RISCALDAMENTO !
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
MONITORAGGIO IMPIANTO CASA IN LEGNO
http://casa-geotermica-brt.dyndns.org/
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
http://casa-geotermica-brt.dyndns.org/
Inverno 2009
R
M
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
http://casa-geotermica-brt.dyndns.org/
R
M
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
Inverno 2009
Storico Impianto
Compressore ON
Compressore OFF
Duty Cycle.
Consumo
Costo
dal 27/01/2009
al 30/05/2009
371 h
2568 h
12 %
633.73 kWh
126.75 €
88% dell’energia fornita senza lavoro del
compressore della pompa
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
Estate 2009
Storico Impianto
dal 28/06/2009
al 04/09/2009
Compressore ON
Compressore OFF
Duty Cycle.
Consumo
Costo
143 h
1494 h
8%
247.50 kWh
49.50 €
92% dell’energia fornita senza lavoro del
compressore della pompa
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
caso studio 2
Inverno 2010 – Estate 2011
Storico Impianto
dal 19/0/2010
al 22/10/2011
Compressore ON
Compressore OFF
Duty Cycle.
Consumo
Costo
978 h
7848 h
11 %
1965 kWh
392.95 €
89% dell’energia fornita senza lavoro del
compressore della pompa
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
analisi costi - benefici
Analizziamo 3 diverse ipotesi d’impianto di climatizzazione per un edificio ad
uso uffici (scarsa richiesta di ACS).
Caratteristiche principali dell’edificio:
- Superficie netta locali da climatizzare: 300 mq;
- Impianto a pannelli radianti;
- Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento invernale: 22.050 kWh;
- Fabbisogno di energia frigorifera per il raffrescamento estivo: 4.900 kWh;
Costi considerati per l’energia elettrica e il metano:
- en. Elettrica: 0,18 €/kWh;
- metano: 0,6 €/mc.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
analisi costi - benefici
Ipotesi progettuali:
Ipotesi 1: impianto tradizionale (caldaia a metano + refrigeratore aria-acqua);
Ipotesi 2: impianto geotermico a sonde orizzontali;
Ipotesi 3: impianto geotermico a sonde verticali.
Costi di investimento iniziali:
Ipotesi 1:
- Caldaia a gas metano: 3000 €;
- refrigeratore aria-acqua (pot. 8 kW): 6900 €;
TOT.: 9900 €
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
analisi costi - benefici
Costi di investimento iniziali:
Ipotesi 2:
- Pompa di calore acqua-acqua (12,5 kW in caldo e freddo) completa di
accumulo e centralina di regolazione: 7500 €;
- Campo sonde ( 500 mq a 2 m di profondità, tubi di 100 m con passo 33
cm): 5290 €;
TOT.: 12790 €
Ipotesi 3:
- Pompa di calore acqua-acqua (12,5 kW in caldo e freddo) completa di
accumulo e centralina di regolazione: 7500 €;
- Campo sonde ( 2 sonde da 100 m ciascuna): 11000 €;
TOT.: 18500 €
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
analisi costi - benefici
Stima dei costi di gestione:
Si assumono come rendimento della caldaia il 91%;
il COP medio della pompa di calore 4,5;
l’EER del refrigeratore pari a 3.
Ipotesi 1:
- Riscaldamento: 1514,4 €/anno;
- Raffrescamento: 294 €/anno;
TOT.: 1808,4 €/anno.
Ipotesi 2 e 3:
- Riscaldamento: 882 €/anno;
- Raffrescamento: 196 €/anno;
TOT.: 1078 €/anno.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Considerazioni economiche:
analisi costi - benefici
Ipotesi 2 rispetto alla 1:
- TR investimento: 4 anni;
- Risparmio in 20 anni di esercizio: 11686 €.
Ipotesi 3 rispetto alla 1:
- TR investimento: 12 anni;
- Risparmio in 20 anni di esercizio: 5843 €.
Conclusioni:
Dall’analisi risulta, per il caso in esame, la convenienza dell’ impianto
geotermico a sonde orizzontali, tuttavia è importante essere
consapevoli della semplificazione effettuata considerando costante il
COP della pompa, parametro che dipende dalla diff. di temp. tra lato
sonde e lato impianto: nelle sonde orizzontali è MOLTO variabile.
Fare sempre simulazioni DINAMICHE!
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
conclusioni
Vantaggi e limiti dei sistemi geotermici
Un’ istallazione di impianti geotermici risulta particolarmente vantaggiosa per i seguenti
motivi:
• Impianto
A livello impiantistico, un’unica macchina silenziosa e dalle dimensioni contenute,
consente sia di riscaldare che di raffrescare. La pompa di calore geotermica sostituisce
quindi in tutto e per tutto caldaia per il riscaldamento ed i gruppi frigo per il
raffrescamento; può essere alloggiata in qualsiasi locale, perché non necessita di ambienti
dedicati e non necessita di canna fumaria. Tutto ciò consente un notevole recupero di spazi
all’interno dell'edificio ed una riduzione degli oneri relativi alle opere murarie accessorie.
• Sicurezza
Dal punto di vista della sicurezza, I'impianto geotermico rappresenta quanto di meglio
possa offrire la tecnologia, in quanto non è più necessario I'utilizzo di alcun combustibile, e
questo azzera i pericoli derivanti da:
• perdite di gas con conseguente pericolo di saturazione;
• perdita di monossido di carbonio da scarichi della caldaia;
• pericolosi stoccaggi ad elevato rischio di incendio, che in caso di rottura possono
riversare il proprio contenuto al suolo, con conseguenti contaminazioni ed inquinamento
dei suoli e delle falde.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
conclusioni
• Ambiente
Gli impianti di climatizzazione geotermici rappresentano una delle tecnologie meno
inquinanti, e più rispettose dell'ambiente. In questo tipo di impianti si ha la totale assenza
di emissioni di CO2 o di altre sostanze nocive (ossidi di azoto, ossidi di zolfo, polveri
sottili, particolato, PM10, PM2, 5, residui che si depositano nell'ambiente dove si vive o
si lavora o anche policiclici aromatici cancerogeni, e diossine in caso di perdita di
efficacia del bruciatore).
Secondo il rapporto EPA, gli impianti geotermici, sono il sistema che "ha il più basso
valore delle emissioni di CO2 fra tutte le tecnologie disponibili per la climatizzazione
e il più basso impatto ambientale complessivo".
Durante l’estate poi, questi impianti non contribuiscono in alcun modo all'inquinamento
termico dell'atmosfera, in quanto smaltiscono il calore nel sottosuolo, generando
accumulo termico per la stagione invernale successiva.
• Manutenzioni
Le manutenzioni ad un impianto di climatizzazione geotermica sono pressoché nulle
rispetto alle costose manutenzioni necessarie alla caldaia (pulizia del camino, controllo
del bruciatore, etc.) o ai gruppi frigoriferi.
• Equipaggiamento e gestione di facile utilizzo
Si tratta di una semplice pompa di calore, e le modalità di controllo, in particolare se si
adotta un'installazione decentralizzata zona termica per zona, termica, sono a portata
dell'utente privato, che deve gestire un semplice selettore.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
conclusioni
• Costi di gestione
I consumi di corrente elettrica sono bassissimi, i risparmi sui costi di gestione sono
consistenti e le manutenzioni sugli impianti molto limitate. Inoltre utilizzando la
tecnica del "raffrescamento passivo" è possibile raffrescare gli ambienti a costo zero.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
conclusioni
• Architettura
Non è più necessario installare anti-estetici gruppi frigoriferi al di fuori degli edifici,
lasciando spazio disponibile per altro impiego, eliminando i problemi di corrosione e
rendendo più semplice la manutenzione vista la maggiore accessibilità
dell’impianto. Non richiedendo gas, non è più necessario ricavare nicchie per
l'alloggiamento di ingombranti e costosi contatori. L'integrità di ogni stile
architettonico può essere completamente mantenuta a causa della totale assenza di
dispositivi visibili esterni. Questo vantaggio risulta particolarmente evidente in
ristrutturazioni di pregio di edifici storici sottoposti a vincoli urbanistici.
• Isole termiche
Nelle grandi città, l’utilizzo di condizionatori ad aria, crea all'interno dell'area
urbana, il cosiddetto fenomeno delle isole termiche. I condizionatori immettono aria
calda in atmosfera. A causa della ventilazione non sufficiente in quanto ostacolata
dai palazzi, in particolari condizioni si creano situazioni in cui la temperatura dei
centri urbani arriva ad essere di parecchi gradi superiore a quella del territorio
circostante. Questo fenomeno dovuto anche al traffico veicolare, potrebbe essere
notevolmente contenuto se lo scambio avvenisse con il sottosuolo.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
conclusioni
• Durata degli impianti
La durata degli impianti supera di gran lunga quella dell'edificio che li ospita. Le
prime sonde geotermiche in polietilene HD sono state installate in Germania 50 anni
fa. E' presumibile ipotizzare che le sonde installate oggi durino almeno 50 anni. La
vita media delle migliori pompe di calore geotermiche, ammonta a circa 40.000 ore
di funzionamento. Considerato che una pompa di calore lavora dalle 2.000 alle 2.500
ore/anno, la durata di un macchinario di questo tipo è pari a circa 20 anni.
• Minore utilizzo di refrigeranti
Le pompe di calore acqua-aria e acqua-acqua contengono al loro interno un sistema
di refrigerazione, il che riduce il rischio di perdite di HCFC e mal funzionamenti
dovuti a errata carica o connessione. Richiedono inoltre una quantità inferiore dal
20% al 70% di refrigerante rispetto a un'apparecchiatura tradizionale.
• Efficienza elevata
In caso di grosse installazioni, se il sistema è correttamente dimensionato (cosa
sempre importante, ma fondamentale per questo tipo di impianti), la temperatura del
fluido termovettore negli scambiatori a terreno assicura un rendimento superiore a
quello dei sistemi convenzionali ad aria o a combustibili fossili, sia per la costanza
nel tempo, che per il livello termico più prossimo a quello medio di riscaldamento
(teorema di Carnot); la stabilità di temperatura garantisce inoltre una elevata
efficienza del sistema.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
conclusioni
• Acqua calda sanitaria pressoché gratuita
I centri commerciali, che utilizzano frigoriferi per la conservazione delle derrate
alimentari dispongono di un'abbondanza di calore da cedere che viene assorbito
dall’impianto nel funzionamento in condizionamento; con un sistema a pompa di
calore questo calore può essere facilmente utilizzato per il riscaldamento dell’acqua
calda sanitaria, attraverso heat recovery coils su alcune unità o con pompe di calore
acqua-acqua dedicate, riuscendo anche a ridurre il numero delle sonde geotermiche
(infatti in questo caso la maggior parte del calore è rimossa prima di essere reimmessa nel terreno attraverso gli scambiatori);
• Notevoli potenzialità di sviluppo
Un vantaggio importante (che ora è anche un limite) è senz'altro connesso alla
(relativa) giovane età di questa tecnologia, in particolare per quanto riguarda le
installazioni di una certa taglia. Inoltre è da sfruttare la riduzione di costo che
proviene dalla curva di esperienza, visto che installatori e progettisti sono ancora
agli inizi. Tutto ciò comporterà un abbassamento notevole del costo iniziale, con
costi operativi sempre bassi, che abbinato alla flessibilità del sistema, integrabile in
innumerevoli soluzioni progettuali, renderà gli impianti geotermici un'alternativa
sempre più concreta agli impianti convenzionali.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
conclusioni
I limiti che ostacolano la diffusione di questi sistemi sono:
• Costo iniziale più elevato
II costo iniziale è un po' più elevato rispetto ad un impianto tradizionale.
- RESIDENZIALE:
50% - 80% in più di un sistema convenzionale;
- COMMERCIALE:
20% - 40% in più
E' quindi fondamentale adottare tutti gli accorgimenti per ridurre i costi iniziali, e
soprattutto ricordare che questo tipo, di sistemi (per via degli scambiatori e della
loro installazione a terreno) non sono soggetti a economie di scala: diventa dunque
determinante il corretto dimensionamento dello scambiatore geotermico, poiché
sovradimensionamenti dell'ordine di quelli adottati per altri tipi di impianti
tradizionali possono rendere un investimento potenzialmente possibile non
vantaggioso economicamente; è assai vantaggioso considerare l'opportunità di
realizzare un impianto di questo tipo al momento della costruzione dell'edificio.
• Rendimenti dipendenti dalle sonde e dalle apparecchiature
La scelta di una pompa di calore non adatta e non ad elevata efficienza, l'errato
dimensionamento o l'imperizia nella posa delle sonde geotermiche possono
compromettere in maniera definitiva la convenienza del sistema: non si deve pensare
che il sistema semplicemente perché è "geotermico", debba essere migliore.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
conclusioni
• Numero limitato di progettisti qualificati
Questa tecnologia si scontra inevitabilmente con lo scarso numero di progettisti in
grado di eseguire buoni impianti di questo tipo, o meglio, disposti a cimentarsi in
una nuova tecnologia, di fronte alla comodità di proporre e "imporre" una soluzione
convenzionale molto più semplice.
• Numero limitato di installatori
L’installazione di impianti geotermici in Italia, non è una attività molto diffusa, e
soprattutto manca I'integrazione fra due settori, quello delle perforazioni e quello
degli installatori di impianti di riscaldamento e raffrescamento, che solitamente non
lavorano insieme.
• Riduzione dei guadagni per gli installatori di impianti tradizionali
La semplicità dei sistemi impiegati negli impianti geotermici rende i progettisti più
indipendenti dai rivenditori di apparecchiature, tradizionali che quindi possono
approfittare meno di quella dipendenza venutasi a creare con l'aumentare della
complessità dei sistemi moderni. Di conseguenza il guadagno che ne possono
ricavare è inferiore, e dunque questi, (la cui influenza è notevole nel settore), a volte,
tendono, ad ostacolare l'ascesa di sistemi geotermici.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
normativa
Chiunque esegua perforazioni al di sotto dei 30 metri dal piano campagna, deve
dame comunicazione al Servizio geologico della Direzione Generale delle Miniere
del Ministero dell’Industria (oggi Ministero dello Svil-uppo Economico), entro
trenta giorni dall'inizio delle perforazioni. Deve quindi fomire al Servizio Geologico
Nazionale, entro 30 giorni dalla fine delle perforazioni una relazione corredata dei
risultati geologici e geofisici acquisiti.
Tali informazioni vengono, elaborate dal Servizio Geologico che provvede, a
redigere le carte geotecniche che servono tra I'altro, come base allo studio
preliminare dei sottosuoli in fase di valutazione di fattibilità degli impianti
geotermici.
La norma a cui si fa riferimento risale al 1984, ed era diretta, tra gli altri, a coloro
che terebravano pozzi per uso idrico. t una norma che resta comunque valida per le
installazioni geotermiche verticali.
Negli ultimi anni le sonde geotermiche verticali sono stata normate con
provvedimenti specifici dai seguenti enti:
Regione Toscana; Regione Lombardia; Provincia di Bergamo; Provincia di Vicenza;
Provincia Autonoma di BoIzano; Provincia di Bologna;
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
normativa
Regione Toscana
La regione Toscana ha previsto che I'installazione degli impianti geotermici di
qualunque tipologia e natura sia soggetto ad autorizzazione. La normativa generale
fa riferimento alla Legge Regionale 39/2005. Il decreto attuativo definisce in modo
esplicito come deve essere presentata la domanda che deve essere corredata, tra
I'altro, dell’intero progetto dell’impianto con una planimetria del piazzamento delle
sonde oltre alla perizia geologica, dove si dichiara in modo esplicito che
l’inserimento delle sonde non va a modificare la struttura degli acquiferi esistenti.
E' interessante notare alcuni aspetti dell'approccio toscano:
1. con lo strumento autorizzativo, la regione si riserva la facoltà di concedere o
meno il permesso per I'installazione di questo tipo di impianti. Non è noto in quali
casi I'autorizzazione possa essere negata, e probabilmente ad oggi il controllo
effettuato sulle domande presentate, è solo di tipo formale. Le tempistiche di
concessione del permesso, in generale, non superano il mese.
2. la norma comprende "... L’utilizzo diretto del calore geotermico mediante pompe
di calore, anche senza prelievo di fluido... " questa definizione abbraccia qualsiasi
tipologia di scambio termico con il sottosuolo, non solo sonde geotermiche verticali,
ma anche orizzontali e sistemi a circuito aperto.
ing. Silvia D’Agostino
GEOTERMIA
Grazie per l’attenzione
dott. ing. Silvia D’Agostino
e-mail: [email protected]
tel. /fax. 0574 553787