Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Ing. Fabio Minchio, Ph.D. Dott. Geol. Rimsky Valvassori ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Dimensionamento campo sonde geotermiche verticali Il dimensionamento di un campo di sonde geotermiche verticali dipende da: 1. Tipologia di terreno e relative proprietà termofisiche 2. Caratteristiche della sonda geotermica 3. Caratteristiche del sistema edificio impianto 4. Obiettivi prestazionali LA PROGETTAZIONE DI UN IMPIANTO GEOTERMICO E’ UN PROCESSO COMPLESSO NON RICONDUCIBILE SEMPLICEMENTE AD UN PARAMETRO DI “RESA TERMICA” ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Dimensionamento campo sonde geotermiche verticali Approccio al dimensionamento (Minchio, Basta, 2007) ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Proprietà del terreno • Importanza di un’adeguata geognostica • Ground Response Test: alcune criticità – Test non del tutto consolidati in Italia – Test di costo non trascurabile: problema durata – In presenza di moti convettivi significativi test non consistente: problema importante in Veneto (terreni ghiaiosi) • Database: classificazioni “generiche” ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Geognostica La fase geognostica preliminare risulta di fondamentale importanza per la corretta scelta e dimensionamento di un sistema di scambio termico con il sottosuolo. In particolare appaiono necessari soprattutto: • la definizione della stratigrafia del sottosuolo, da cui derivano le proprietà termiche del terreno • la valutazione della presenza della acqua, in termini assoluti ed in relazione ai movimenti della stessa nel terreno. Lo studio geologico deve essere esteso alla parte di sottosuolo interessata dalla realizzazione dell’opera (concetto di volume significativo). Nel caso specifico circa 100 m di profondità ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Geognostica • Metodi diretti: – Rilevamento geologico – Sondaggi (carotaggio continuo o distruzione) – Prove penetrometriche (CPT/DPSH) • Metodi indiretti: – Metodi elettrici (tomografia elettrica) – Metodi sismici attivi (rifrazione) – Metodi sismici passivi (HVSR) ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Geognostica ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche GRT “Thermal Response Test” o “Ground Response Test” (GRT): uno scambiatore pilota installato nel suolo (che sarà parte di un pozzo poi appartenente al loop dell’impianto che si realizzerà) sollecitato da un impulso termico a potenza costante ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche GRT ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche GRT 35 30 Temperatura (°C) 25 20 15 10 5 0 0 10 20 ing. Fabio Minchio 30 40 time (h) Text Tin 50 60 70 Tout dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche GRT ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche GRT ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche GRT ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Geologia e Parametri “termici” del terreno Conducibilità termica Potenza d'estrazione In generale è possibile osservare come la Sottosuolo (W/m K) (W/m) conducibilità termica di un terreno 20dipenda Sottosuolo di cattiva qualità meno di 1,5 (rocce mobili secche) da: Rocce indurite o rocce mobili 1,5 a 3,0 50 sature d'acqua • Rocce Composizione mineralogica della indurite a conducibilità superiore a 3,0 70 termica elevata roccia/terreno costituente il sottosulo Ghiaia, sabbia, secco 0,4 meno di 20 • Porosità del terreno1,8oa 2,4 della roccia 55 a 65 Ghiaia, sabbia, acquifero Argilla, limo, umido 1,7 30 a 40 • Grado di umidità del 2,8 sistema multifase Calcare, massiccio 45 a 60 Arenaria 55 a 65 • Presenza di acqua in 2,3movimento e quindi Granito 3,4 55 a 70 permeabilità del sottosuolo Basalto 1,7 35 a 55 Gneiss ing. Fabio Minchio 2,9 60 a 70 dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Caratteristiche sonda geotermica ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Caratteristiche sonde geotermiche • • • • • • Diametro perforazione Configurazione geometrica Materiale sonda Materiale riempitivo Fluido termovettore Regime di deflusso Valore di Rb ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Perforazione e installazione Perforazione con fanghi bentonitici o polimeri Perforazione con doppia batteria con foro costantemente rivestito L’utilizzo del rivestimento in avanzamento è CONSIDERABILE una B.A.T. (Best Available Technology) in campo geotermico e consente di: • MINIMIZZARE l’utilizzo di fluidi di perforazione per la stabilizzazione del foro; • MINIMIZZARE in fase di transitorio (perforazione) la messa in comunicazione di falde sovrapposte, caratterizzate da qualità e da quote piezometriche differenti. ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Perforazione e installazione MOLTO IMPORTANTE: EVITARE L’INSTALLAZIONE DELLE SONDE (IN MATERIALE PLASTICO) DENTRO IL FORO DI SONDAGGIO A SPINTA CON LA MACCHINA OPERATRICE, INSIEME ALLA BATTERIA DI ASTE iI danneggiamento della sonda è MOLTO probabile ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Materiali • Standard di mercato: HDPE • Sonde in materiale metallico: – Corrosione – Correnti vaganti L’uso di materiali ad elevata conduttività termica consente un miglioramento ma in ogni caso esiste un limite di “sfruttamento” sostenibile del terreno ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Supersonde?? Mands, 2008 ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Configurazione geometrica • Standard di mercato: sonda a doppia U o a singola U, meno diffuse coassiali Obiettivo: ottimizzazione regime di deflusso ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Fluido termovettore • Dimensionamento standard: previsto anticongelante – standard: soluzione acqua e glicole propilenico • Elevata viscosità: perdite di carico, regime di deflusso laminare • Impatto ambientale? Acqua? – Svantaggi • Necessità di incrementare il numero di sonde per assicurare temperature sempre > 0°C: convenienza economica improbabile nei piccoli impianti • Difficoltà ottenimento garanzia su pompa di calore – Vantaggi • Riduzione perdite di carico e consumi di pompaggio • Miglioramento regime di deflusso a parità di portata ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Sistema edificio-impianto • La tipologia di applicazione ha influenza determinante sul dimensionamento: – Curva di carico – Fabbisogni energetici in riscaldamento e raffrescamento 1. Sovrapposizione degli effetti di breve e lungo periodo: dati di fabbisogno energetico fondamentali come input di dimensionamento 2. Necessità software di simulazione 3. Necessità di valutazione sul lungo periodo (standard: 25 anni) ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Profilo di temperatura ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori Parametri tecnici d'influenza nella progettazione e nella realizzazione di sonde geotermiche Obiettivi prestazionali • Il dimensionamento è sempre effettuato con l’obiettivo di ottenere temperature del fluido in ingresso alla pompa di calore al di sopra di un livello minimo invernale e al di sotto di un livello massimo estivo • Per migliorare il COP e l’EER medio stagionale è necessario incrementare il numero di sonde ing. Fabio Minchio dott. Geol. Rimsky Valvassori