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Tecnologie innovative per sistemi geotermicia bassa entalpia per riscaldamento e

raffrescamento da fonti rinnovabili di piccoliedifici residenziali e grandi edifici del settore

terziario

Attività di testing per la validazione dei prototipi di scambiatori di calore per applicazioni geotermicheLa tecnologia dello scambiatore di calore selezionata per il progetto GEOTeCH è il sistema Geothex, il cui design è volto a migliorare il trasferimento di calore convettivo tra il fluido e il suolo, oltre a ridurre le perdite di calore che si verificano all’interno tra i canali in discesa e in risalita.Questa tecnologia viene ulteriormente sviluppata all’interno del progetto, considerando scambiatori di calore di diametro maggiore, diverse geometrie e configurazioni interne. Mentre l’ottimizzazione della geometria e della configurazione interna è stata eseguita attraverso il dettagliato modello computazionale elaborato dall’Università di Leeds (vedi precedente news), il testing per la validazione dei design degli scambiatori di calore è stato effettuato ad Amsterdam e gestito dal partner di progetto Groenholland. In particolare, i componenti dello scambiatore di calore sono stati sottoposti a una vasta gamma di realistiche condizioni operative di trasferimento di calore e di flusso, così da analizzare le prestazioni del sistema scambiatore di calore.Le prime mappe delle prestazioni sono state ottenute attraverso esperimenti, eseguiti da Groenholland, su diverse configurazioni di scambiatore di calore.In totale sono stati preparati da Stüwa 7 diversi prototipi per poi testarli in un banco di prova appositamente sviluppato. I test sono stati eseguiti per ogni configurazione, coprendo una vasta gamma di portate e di potenze.I risultati sono attualmente in fase di valutazione e saranno utilizzati per ottimizzare gli scambiatori di calore per i tre siti dimostrativi di GEOTeCH - Leicester, Amsterdam e Padova - dove tale tecnologia verrà installata.

Il modello numerico e i risultati per il design coassiale a spirale dello scambiatore di calore.bodemwarmtewisselaar

Il sistema di testing e validazione con scambiatore di calore a design coassiale a spirale

Analisi numerica per la definizione delle prestazioni ottimali dello scambiatore di caloreIl particolare design coassiale e a spirale previsto per le tecnologie di GEOTeCH è stato definito: lo scopo è quello di sviluppare scambiatori di calore innovativi per applicazioni geotermiche, che uniscano i vantaggi delle elevate prestazioni termiche con una bassa caduta di pressione, migliorando le prestazioni del sistema complessivo. Gli obiettivi di ricerca delle task di progetto sono stati da poco raggiunti, analizzando i modi per ottimizzare la geometria dello scambiatore di calore.L’Università di Leeds ha focalizzato il suo lavoro sull’applicazione di modelli numerici avanzati per analizzare il complesso comportamento del fluido e i processi di trasferimento del calore all’interno dello scambiatore, in particolare tra il tubo interno e quello esterno. L’obiettivo è stato quello di comprendere le condizioni e le modalità per ottimizzare il design. Questo tipo di analisi ha portato ad indagare la geometria a spirale e nuove configurazioni da selezionare: questo porterà ad una gamma innovativa di scambiatori di calore per applicazioni geotermiche.Inoltre, sono stati investigati diversi parametri di progettazione, al fine di consentire un’ulteriore ottimizzazione della gamma proposta di prodotti. La ricerca sulla modellazione avanzata, condotta dall’Università di Leeds, è stata strettamente collegata all’attività di testing per la validazione dei prototipi di scambiatori di calore, gestita invece da Groenholland (vedi successiva news della Newsletter)

È stata effettuata un’analisi preliminare del mercato europeo per le soluzioni sviluppate nel progetto GEOTeCH; innanzitutto, si è scoperto che la maggior parte delle tecnologie tradizionali di riscaldamento/raffrescamento presenti sul mercato sono ancora caratterizzate da un basso livello di efficienza; pertanto il loro rinnovamento risulta necessario. La bassa entalpia è la fonte principale di energia geotermica (63%) utilizzata in Europa: la tendenza di crescita risulta positiva, ma esistono ancora molte differenze tra gli Stati membri circa il suo attuale stato di distribuzione, soprattutto a causa della disponibilità di incentivi e di supporti finanziari.I mercati più maturi per il numero di impianti geotermici installati sono Svezia, Germania, Francia, Svizzera e Norvegia, i quali rappresentano circa il 70% di tutta la capacità installata in Europa.Invece, i mercati potenzialmente più redditizi sono stati identificati come Paesi Bassi, Danimarca, Polonia, Belgio, Regno Unito e Germania per le loro elevate percentuali di territorio adatto all’applicazione della tecnologia GEOTeCH di trivellazione.Le principali barriere all’assorbimento del mercato delle nuove tecnologie GEOTeCH - mancanza di spazio nel contesto urbano disponibile per l’installazione, regolazioni e permessi diversi, mancanza di adeguati finanziamenti, elevato costo delle pompe di calore geotermiche, divario di prezzi tra gas ed elettricità (che direttamente definisce la convenienza economica delle pompe di calore rispetto alle caldaie a gas), mancanza di consapevolezza e conoscenza dei sistemi geotermici – possono essere superate sfruttando le opportunità sul mercato e facendo leva sui fattori chiave di successo delle soluzioni GEOTeCH.

Prototipo di macchina perforatriceIl lavoro di ricerca fatto per lo sviluppo dell’impianto di trivellazione ha determinato i parametri applicabili.Con l’obiettivo di trovare la più efficace combinazione di questi parametri, un impianto esistente è stato dotato di diversi sensori per misurare la velocità di giri, la coppia, la pressione idraulica e il flusso, la velocità di penetrazione, ecc. Sono state inoltre prodotte diverse versioni di coclee per determinare la geometria ottimale del diametro, dell’elica e del passo della spirale.Durante i test di perforazione in campo, sono state effettuate misurazioni ed i risultati sono stati valutati.Sulla base di questi risultati di prova, sono stati definiti i parametri di base del prototipo dell’impianto di trivellazione. La produzione del prototipo dell’impianto di trivellazione è iniziata nell’estate del 2016 ed è terminata a maggio 2017, presso gli impianti del partner di progetto Conrad.Il prototipo di macchina perforatrice è un banco di prova finalizzato a testare tutta l’attrezzatura che è stata sviluppata fin dall’inizio del progetto, come il sistema di movimentazione e caricamento della coclea.Inoltre, sulla base dei risultati dei test sul campo, è stata prodotta una serie di coclee.L’impianto e gli strumenti di perforazione sono attualmente pronti per l’installazione nei siti dimostrativi di progetto: in ciascun sito saranno utilizzate coclee di diametro differente, per fornire una vasta gamma di risultati. Questi risultati verranno utilizzati per lo sviluppo del design finale dell’impianto di trivellazione.

Analisi di mercato per le tecnologie GEOTeCH

Prototipo dell’impianto di trivellazione

Potenziale europeo per la tecnologia GEOTeCH di trivellazione

Il Consorzio GEOTeCH comprende un’ampia esperienza e molteplici competenze inerenti i sistemi geotermici di riscaldamento e di raffrescamento , oltre ad essere ben bilanciato; è infatti composto da 16 partner provenienti da 6 paesi europei - Regno Unito, Germania , Spagna , Italia, Belgio e Paesi Bassi - e riunisce grandi aziende industriali, piccole e medie imprese specializzate e centri di ricerca. Il Consorzio GEOTeCH collaborerà per fornire al mercato tecnologie geotermiche innovative a bassa entalpia economicamente convenienti, al fine di contribuire all’incremento del riscaldamento / raffrescamento rinnovabile all’interno dello scenario europeo.

Questo progetto ha ricevuto un finanziamento dal programma di ricerca einnovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea con Contratto di Finanziamento No. 656.889

Acronimo del Progetto : GEOTeCHTitolo del Progetto : Geothermal Technology for economic Cooling and Heating Data d’Inizio : 01-05-2015Data di Fine: 30-04-2019Contratto di finanziamento n: 656889Subprogramme Area: H2020-LCE-2014-2

Eventi recentiI partner hanno presentato i risultati principali del progetto GEOTeCH ai seguenti eventi: :

• GeoTHERM Expo & Congress, 15-16 Febbraio 2017, Offenburg, Germania (http://www.geotherm-germany.com/ )

• World Sustainable Energy Days Conference, 1-3 Marzo 2017, Wels, Austria (http://www.wsed.at/en/world-sustainable-energy-days.html )

• IGSHPA 2017 “International Ground Source Heat Pump Association” , 14-16 Marzo 2017, Denver, USA (https://igshpa.org/ )

• IEA-Heat pump Conference 2017, 15-18 Maggio 2017, Rotterdam, Olanda (http://hpc2017.org/ )• XVII European Conference, 9-10 Giugno 2017, Milano, Italia (http://www.centrogalileo.it/milano/

CONGRESSODIMILANO2017english.html )

Prossimi eventiI partner GEOTeCH presenteranno ai prossimi eventi articoli scientifici legati agli argomenti e risultati del progetto :• 16a International Conference on Sustainable Energy Technologies, 17-20 Luglio 2017, Bologna, Italia

(https://events.unibo.it/set2017)

www.geotech-project.eu/news-events