GEOTERMIA A BASSA ENTALPIA IN TOSCANA:
Strategie ed azioni Comuni
ScuolaSuperiore S.Anna - Pisa
21 Febbraio 2013
Esperienze degli operatori di settore nella geotermia
a bassa entalpia
Ing.Patrizio Pastacaldi
PREMESSE
• Il nostro Paese ha fatto scelte in materia di politica energetica che
hanno previsto e prevedono, per la quasi totalità del fabbisogno,
l'impiego dei combustibili di origine fossile, gas, carbone e derivati
del petrolio, realizzando per ciò una forte dipendenza energetica da
altri paesi, un costo dell'energia alquanto elevato ed un impatto
sull'ambiente affatto trascurabile.
• Le politiche energetiche comunitarie , recentemente recepite dalla
Normativa Nazionale, prevedono un forte incremento dello
sfruttamento delle fonti rinnovabili per coprire i fabbisogni di
energia degli edifici e, tra queste fonti, un posto di primo piano
spetterà alla geotermia a bassa entalpia in quanto sorgente di
energia praticamente inesauribile e dovunque disponibile.
Considerati i bassi livelli termici della
sorgente è necessario l’impiego di pompe
di calore per elevare la temperatura del
fluido termovettore ai limiti necessari per
alimentare i terminali dell’impianto di
climatizzazione e per la produzione di
acqua calda sanitaria
D.Lgs.28/2011 FONTI RINNOVABILI
•
•
•
•
“Nel caso di edifici nuovi ed edifici sottoposti a ristrutturazioni
rilevanti di superficie utile maggiore di 1000mq deve essere
assicurata la copertura del fabbisogno di energia tramite il ricorso
ad energia prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili
del:
- 50% del consumo previsto per l’acqua calda sanitaria a partire
dal 31/05/12;
- 20% del consumo previsto per la produzione di acqua calda
sanitaria, il riscaldamento ed il raffrescamento quando la richiesta
del pertinente titolo edilizio è presentata dal 31/05/12 al 31/12/13;
- 35% del consumo previsto per la produzione di acqua calda
sanitaria, il riscaldamento ed il raffrescamento quando la richiesta
del pertinente titolo edilizio è presentato dal 01/01/14 al 31/12/16;
- 50% del consumo previsto per la produzione di acqua calda
sanitaria, il riscaldamento ed il raffrescamento quando la richiesta
del pertinente titolo edilizio è rilasciato a partire dal 01/01/17 "
LE POMPE DI CALORE E LA GEOTERMIA A
BASSA ENTALPIA
• - Efficienza energetica:
- elevato rendimento di produzione Spdf
(per le macchine geotermiche sempre>>1.15/η)
• - Ecocompatibilità:
- impatto visivo inesistente
- ridotte emissioni di gas serra (<30%)
• - Economia di gestione:
- risparmio costi di esercizio(>40%)
- incentivi
PERCENTUALI COPERTE DA FONTI RINNOVABILI IN FUNZIONE
DEL FATTORE DI RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE Spf:
Eres=Epdc(1-1/Spf)
ASPETTI PROGETTUALI E
REALIZZATIVI DEGLI IMPIANTI DI
CLIMATIZZAZIONE
A POMPA DI CALORE GEOTERMICA
NORMATIVA DI RIFERIMENTO
(REGIONE TOSCANA)
D.LGS 11/02/2010
n.22
Risorse geotermiche in
funzione della temperatura
alta entalpia
(T>150 C)
media entalpia
(90<T<150 C)
bassa entalpia
(T<90 C)
Risorse geotermiche in
funzione della temperatura
e della taglia dell’impianto.
interesse nazionale
interesse locale
alta entalpia con
Q≥ 20 MWt
media e bassa
entalpia con
Q< 20 MWt
piccole utilizzazioni
locali
Decreto 11/07/2011 app.C6
Impianti geotermici a bassa entalpia < 1MWt
Prescrizioni per captazione
verticale
Prescrizioni per captazione
orizzontale
RISORSE GEOTERMICHE A MEDIA E BASSA ENTALPIA
INTERESSE LOCALE
PICCOLI INTERVENTI LOCALI
T<90 C.
Q<20 Mwt
L.R.TOSCANA nn. 39/2005-69/2012
REGIONE PER LE
FUNZIONI
AMMINISTRATIVE
Q<2 Mwt
POZZI <400ml.
CON PRELIEVO
Art. 15
AUTORIZZAZIONE
PROVINCIA
Con modalità
R.D.1775/1933
SONDE VERTICALI
COLLETTORI ORIZZONTALI
SENZA PRELIEVO
Art.16
COMUNE
SCIA
SISTEMI DI CAPTAZIONE
DELL’ENERGIA GEOTERMICA A
BASSA ENTALPIA
SONDE GEOTERMICHE VERTICALI
IN RELAZIONE ALLA NOTEVOLE
PROFONDITA’ ( 100-150 ml.) VIENE
UTILIZZATA ESCLUSIVAMENTE
L’ ENERGIA GEOTERMICA
TERRENO CLIMATICAMENTE NON
PERTURBATO
SONDE VERTICALI - attrezzature
PERFORAZIONE DI UNA SONDA
VERTICALE
COLLETTORI ORIZZONTALI
I COLLETTORI ORIZZONTALI, IN RELAZIONE ALLA ESTESA
SUPERFICIE
INTERESSATA
ED
PROFONDITA’ DI INTERRAMENTO
SUPERFICIALI
IN
TERRENO
ALLA
MODESTA
SONO SCAMBIATORI
CLIMATICAMENTE
PERTURBATO.
La temperatura della sorgente è pertanto variabile con il
clima, con onda termica attenuata e sfasata.
I COLLETTORI ORIZZONTALI SONO GENERALMENTE
COSTITUITI DA TRINCEE PROFONDE CIRCA 2 METRI ENTRO
LE QUALI VENGONO DISPOSTI I TUBI DI CAPTAZIONE CON
VARIA TIPOLOGIA:
– A SERPENTINO
– LINEARE a due o a quattro tubi
– A SPIRALE
PER NS. ESPERIENZA IL COLLETTORE CHE OTTIMIZZA IL
RAPPORTO PRESTAZIONI/PREZZO E’ QUELLO LINEARE A
QUATTRO TUBI
LE TRINCEE SONO POSTE AD INTERASSE CHE VARIA IN
FUNZIONE DELL’IRRAGGIAMENTO SOLARE
TRINCEE ORIZZONTALI a 4 TUBI
TRINCEE ORIZZONTALI
Particolare scavo “trincea”
Sistema 4 tubi
particolare posa tubazione su fondo
EVOLUZIONE DELLE
POMPE DI CALORE
GEOTERMICHE
• INVERSIONE DELLE SORGENTI
• MACCHINE REVERSIBILI SUL CICLO
• PRODUZIONE A.C.S. HT CON RECUPERO TOTALE
DEL CALORE DI CONDENSAZIONE
• I COMPRESSORI DC INVERTER
• LA TECNOLOGIA “EVI” (iniezione di vapore)
I COMPRESSORI DC INVERTER
FACENDO
VARIARE
COMPRESSORE
FREQUENZA
IL
SCROLL
DELLA
NUMERO
IN
DI
GIRI
FUNZIONE
CORRENTE
DEL
DELLA
ELETTRICA
DI
ALIMENTAZIONE (generalmente tra 30 e 90Hz) SI OTTIENE
UN FAVOREVOLE ADATTAMENTO DELL’ENERGIA FORNITA
AL CARICO RICHIESTO (variabile nel tempo).
LA TECNOLOGIA “EVI” (*)
• Le PDC equipaggiate con compressori scroll ad
iniezione di vapore consentono di incrementare la
capacità e l’efficienza del sistema. La tecnologia
dell’iniezione di vapore, consiste nell’iniettare il
refrigerante sotto forma di vapore, a metà del
processo di compressione per incrementare
sensibilmente la capacità e l’efficienza del processo
di compressione.
•
(*) per gentile concessione di GSI Control
Il compressore Scroll con tecnologia EVI, è
paragonabile ad un compressore a due stadi ma con
una fase intermedia di raffreddamento del gas.
.
.
I grafici sottostanti mostrano l'andamento del
C.O.P. al variare della temperatura esterna in due
condizioni:
- produzione di acqua calda a 40°C e a 55 °C.
Le linee rappresentano diversi tipi di compressori
Scroll oggi disponibili sul mercato che utilizzano
gas refrigerante R407C o R410A.
•
Unità equipaggiate con
compressori scroll con sistema di
iniezione di vapore E.V.I. con
refrigerante R407C.
•
Unità equipaggiate con
compressori scroll HP (High
Performance) senza sistema di
iniezione di vapore E.V.I gas
refrigerante R407C
•
Unità equipaggiata con
compressori scroll standard con
refrigerante R407C.
•
Unità equipaggiata con
compressori scroll standard con
refrigerante R410A
ESEMPI APPLICATIVI
EDIFICIO IN PISTOIA CONDOMINIO
“ENEGEO”
TIPOLOGIA IMPIANTO
L’impianto utilizza una pompa di calore reversibile
acqua/acqua
con collettore orizzontale, per il
riscaldamento invernale ed il raffrescamento estivo .
La produzione di fluidi termovettori è centralizzata, con
distribuzione alle singole U.I. e con moduli di utenza
che contabilizzano l’energia termica/frigorifera e la
a.c.s.
La produzione dell’acqua calda sanitaria sfrutta il
recupero totale del calore di condensazione nella
pompa di calore.
La climatizzazione degli ambienti è realizzata con un
impianto a PANNELLI RADIANTI ED ARIA PRIMARIA
SCHEMA DEL COLLETTORE ORIZZONTALE
CENTRALE TERMICA
CLASSIFICAZIONE ENERGETICA
DELL’EDIFICIO
RISULTATI
NELLA STAGIONE INVERNALE 2011 SI SONO
RILEVATI I SEGUENTI RISULTATI :
– Energia fornita Qh (*):
89000 kWh
- Consumo elettrico rilevato (**):
29000 kWhe
– Spdf :
3.06
– Costi per consumi:
Euro 6000 (*)
(*) riscaldamento, raffrescamento e a.c.s.
(**) relativo al perimetro energetico dell’impianto
grazie per
l’attenzione
ing.patrizio pastacaldi
