Parametri tecnici d`influenza nella progettazione e nella

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
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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
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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”
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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
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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)
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Geognostica
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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
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GRT
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GRT
35
30
Temperatura (°C)
25
20
15
10
5
0
0
10
20
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30
40
time (h)
Text
Tin
50
60
70
Tout
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GRT
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GRT
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GRT
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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
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2,9
60 a 70
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Caratteristiche sonda geotermica
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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
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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.
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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
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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
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Supersonde??
Mands, 2008
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Configurazione geometrica
• Standard di mercato: sonda a doppia U o a
singola U, meno diffuse coassiali
Obiettivo: ottimizzazione regime di deflusso
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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
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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)
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Profilo di temperatura
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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
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