La geotermia a bassa entalpia pulita, rinnovabile ed economica,

sfruttabile ovunque

Risparmio energetico

Nessuna emissione di gas serra

Nessuna manutenzione e costi di gestione

Agevolazioni fiscali e contributi economici

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Ambiente Energie rinnovabili

Ecosostenibilità

La geotermia

L’energia geotermica è una risorsa naturale, gratuita e rinnovabile disponibile ovunque che può essere utilizzata per riscaldare, raffrescare e condizionare gli edifici.

Questa energia utilizzata negli impianti geotermici è definita tecnicamente come “energia geotermica di bassa entalpia” o più semplicemente geotermia di bassa temperatura.

I vantaggi di questa forma di energia sono molteplici: è un’energia rinnovabile e quindi gratuita, è disponibile ovunque ed è facilmente fruibile mediante l’utilizzo di pompe di calore geotermiche e sonde geotermiche verticali.

La temperatura della crosta terrestre può essere influenzata dalle variazioni climatiche stagionali fino a 10-15 m di profondità. Al di sotto di questa profondità, sia che si tratti di terreni alluvionali o di rocce antiche, la temperatura si mantiene costante per effetto del bilanciamento tra il flusso di calore proveniente dal nucleo e dal mantello terrestre, gli apporti di energia solare alla superficie terrestre e, talvolta ma non necessariamente, il contributo dell’energia apportata dalle acque sotterranee.

La crosta terrestre a queste profondità costituisce una sorgente di calore a temperatura costante, l’ideale per lo sfruttamento in abbinamento ad una pompa di calore. Inoltre con l’aumentare della profondità, la temperatura della sorgente aumenta di circa 3° C ogni cento metri per effetto del gradiente geotermico, apportando un ulteriore beneficio al rendimento del sistema.

Pompe di calore e sonde geotermiche

La geotermia a bassa entalpia sfrutta il sottosuolo come serbatoio di calore. Nei mesi invernali il calore viene trasferito in superficie, viceversa in estate il calore in eccesso presente negli edifici, viene dato al terreno.

Fig. 1 Principio della geotermia a bassa entalpia

Questa operazione è resa possibile dalle pompe di calore, motori che tutti noi

conosciamo nella forma più diffusa rappresentata dai frigorifero. Impianti di questo tipo non necessitano di condizioni ambientali particolari, infatti non sfruttano né le sorgenti naturali d'acqua calda, né le zone in cui il terreno ha temperature più alte della media a causa di una particolare vicinanza con il mantello. Quello che questa tecnologia sfrutta è la temperatura costante che il terreno ha lungo tutto il corso dell'anno.

A questo punto si utilizza la pompa di calore che sfrutta la differenza di calore fra il terreno e l'esterno per assorbire calore dal terreno e renderlo disponibile per gli usi umani. Più questa differenza è alta migliore è il rendimento. La pompa di calore necessita di energia elettrica per funzionare, in condizioni medie per ogni Kw elettrico consumato si ottengono 3 Kw termici.

Fig. 2 Rendimento medio di una pompa di calore

Per rendere l'impianto ambientalmente più compatibile ed energeticamente

autosufficiente, si può abbinare ad un impianto fotovoltaico che produrrà l'energia necessaria per alimentare la pompa di calore. Lo stesso impianto può essere utilizzato per raffrescare gli edifici, facendo funzionare la pompa di calore al contrario, quindi assorbendo il calore dalla superficie e trasferendolo al sottosuolo. L'alternanza del funzionamento estate/inverno permette di non raffreddare sensibilmente la zolla di terreno in cui sono situate le sonde.

Per trasferire il calore dal terreno si utilizzano delle sonde geotermiche: tubi ad U costituiti da materiali con alta trasmittanza nei quali passa un liquido che assorbe il calore e lo porta in superficie o nel sottosuolo. Le sonde possono essere di due tipi:

• verticali • orizzontali

Nel primo caso la sonda scende nel terreno andando verso temperature più elevate e necessitando di macchinari particolari per il carotaggio del terreno; nel secondo caso è necessario un terreno sufficientemente pianeggiante nel quale i tubi vengono posati a seguito di un semplice scavo ad una profondità non elevata.

Fig. 3 Esempi di sonde verticali Un impianto che funziona ad energia geotermica è composto da: - SONDA GEOTERMICA inserita in profondità per scambiare calore con il terreno; - POMPA di CALORE installata all'interno dell'edificio; - SISTEMA di DISTRIBUZIONE del calore "a bassa temperatura" all'interno dell'ambiente (impianti a pavimento, pannelli radianti, bocchette di ventilazione, ecc…)

Lo scambio di calore con il terreno avviene tramite la sonda di captazione, installata

con una perforazione del diametro di pochi centimetri, in un foro scavato accanto all'edificio, invisibile dopo la costruzione.

Ogni sonda è formata da due moduli ciascuno dei quali costituito da una coppia di tubi in polietilene uniti a formare un circuito chiuso (un tubo di "andata" e uno di "ritorno") all'interno dei quali circola un fluido glicolato (miscela di acqua e anticongelante non tossico). I tubi delle sonde sono collegati in superficie ad un apposito collettore connesso alla pompa di calore.

Fig. 4 Schema di impianto geotermico a bassa entalpia a circuito chiuso

Durante l'inverno il terreno ha una temperatura generalmente superiore a quella

esterna, il fluido glicolato scendendo in profondità attraverso le sonde sottrae energia termica al terreno; ritornato in superficie ad una temperatura maggiore, provoca l'evaporazione del refrigerante che circola nel sistema della pompa di calore, il liquido si espande ed ASSORBE CALORE dalla sorgente esterna, ovvero, tramite le sonde geotermiche, dal terreno.

All'uscita dell'evaporatore il fluido, ora allo stato gassoso, viene aspirato all'interno del compressore che, azionato da un motore elettrico, fornisce l'energia meccanica necessaria per comprimere il fluido, determinandone così un aumento di pressione e conseguentemente di temperatura.

Il fluido viene così a trovarsi nelle condizioni ottimali per passare attraverso il condensatore (scambiatore). In questa fase si ha un nuovo cambiamento di stato del fluido, che passa dallo stato gassoso a quello liquido CEDENDO CALORE all'aria o all'acqua che sono utilizzate come fluido vettore per il riscaldamento degli ambienti o per la produzione di acqua sanitaria.

Il ciclo termina con la sua ultima fase dove il liquido passa attraverso una valvola di espansione trasformandosi parzialmente in vapore e raffreddandosi, riportandosi così alle condizioni iniziali del ciclo.

80 - 130 m

SONDA GEOTERMICA

POMPA DI CALORE

ACCUMULO DI ACQUA

PAVIMENTO RADIANTE

Fig. 5 Schema tecnico di una pompa di calore

Lo stesso identico sistema, con opportuni accorgimenti impiantistici, potrà

provvedere anche al CONDIZIONAMENTO ESTIVO, in questo caso il ciclo viene invertito ed il sistema cede al terreno il calore estratto dall'ambiente interno raffrescandolo.

In generale per il condizionamento estivo si è costretti al raffreddamento delle macchine frigorifere con l'aria, la cui temperatura di riferimento estiva è di 32º.

Utilizzando le sonde geotermiche, la temperatura di riferimento è invece di circa 14º-16°, il salto di temperatura nelle macchine che devono produrre acqua refrigerata a 7º, si riduce drasticamente, aumentando notevolmente la resa e riducendo, di conseguenza, in modo rilevante i consumi di energia ed i costi di gestione.

A titolo di esempio, una pompa di calore collegata ad una sonda geotermica inserita a circa 100 m di profondità estrae dal suolo una potenza geotermica sufficiente per riscaldare un'abitazione unifamiliare standard.

L'efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione COP (Coefficient of Performance), inteso come rapporto tra l'energia termica resa al corpo da riscaldare e l'energia elettrica consumata perché possa avvenire il trasporto di calore medesimo. Un valore di COP tipico di un sistema piuttosto efficiente, può essere considerato pari a 3 (valori normali sono compresi tra 2,5 e 3,5): ciò significa che per ogni kWh di energia elettrica consumato, la pompa di calore renderà 3 kWh d'energia termica all'ambiente da riscaldare.

La termodinamica ci insegna, ma ce lo suggerisce anche il buon senso, che il lavoro necessario per portare l'energia termica da un livello di temperatura più basso ad uno più alto è proporzionale a tale dislivello o salto di temperatura. Da ciò consegue la prima buona regola energetica di utilizzare per il riscaldamento di ambienti abitati, che vanno mantenuti a temperatura di comfort intorno ai 20º, temperature per i fluidi di riscaldamento degli impianti non superiori ai 35º sufficienti allo scopo. Con acqua disponibile a 10º-15º, il salto di temperatura è conseguentemente di solo 20º-25º e, in queste condizioni, il rapporto tra calore reso all'impianto di riscaldamento e la potenza richiesta dalla pompa di calore nelle buone macchine moderne si aggira intorno a 4, potendo giungere anche a 5. Ciò significa che, spendendo 1 KW elettrico per l'azionamento dell'impianto si ottengono almeno 4 kW termici per l'utenza; gli altri 3 KW, ovvero il 75% del fabbisogno termico, vengono prelevati dall'ambiente e, più precisamente, nel caso da noi ipotizzato, dal sottosuolo; di conseguenza si può propriamente parlare di fonte "geotermica".

Risparmio energetico L’impianto geotermico consente di ricavare gratuitamente dal sottosuolo circa l’80%

dell’energia termica totale prodotta dal sistema. Questa energia è l’”energia geotermica”, disponibile ovunque, gratuita e rinnovabile.

Il risparmio economico derivante dall’impianto geotermico è rilevante in ogni

stagione ed è tale da permettere un rapido e sicuro recupero dell’investimento. Durante la stagione invernale i vantaggi economici sono assai rilevanti se confrontati alle modeste economie raggiungibili dai sistemi di riscaldamento a gas con caldaie a condensazione.

Relativamente ai costi si possono conseguire risparmi sino al 50% rispetto al gas metano, che aumentano al 60% rispetto ai sistemi a gasolio ed a GPL.

IMPIANTO GEOTERMICO RESIDENZIALE 420 MC Consumi Prima

Con caldaia standard a GPL per ACS + Riscald. + cucina Gpl 2.520 lt/anno Costo 2.520 * 0.9 = 2.268,00 euro Energ. Elettrica = 4.050 kwh Costo 4.050 * 0.19 = 769,50 euro Totale consumi = 3.037,50 euro

Consumi Dopo Sistema Geotermico Gpl 100 lt/anno per sola cottura Costo 100 * 0.9 = 90,00 euro Energ. Elettrica = 6.100 kwh Costo 6.100 * 0.19 = 1.159,00 euro Totale consumi = 1.249,00 euro

Risparmio ottenuto pari a circa 1.800 euro all’anno Pari al 59% in meno dei consumi per il riscaldamento e ACS

Esempio pratico della riduzione dei costi

Comfort e sicurezza

La realizzazione di un sistema geotermico comporta benefici anche per quanto riguarda il confort all’interno degli edifici. La temperatura ambientale è ideale e costante in ogni stagione soprattutto se il sistema è abbinato ai sistemi radianti. Condizioni ottimali di umidità dell’aria in estate sono garantite in abbinamento ai sistemi di deumidificazione con sorgente di post-raffreddamento geotermica.

L’utilizzo dei sistemi geotermici riduce drasticamente l’inquinamento dell’ambiente domestico: niente fumi, fuliggini o residui di gas incombusti pericolosi come il monossido di carbonio, niente perdite da condotte di distribuzione del gas o da serbatoi interrati. Altri benefici derivano dall’assenza di rischio d’incendio e dalla maggiore sicurezza per l’assenza di tubazioni di gas in pressione.

Ecologia

L’impianto geotermico abbatte completamente le emissioni di anidride carbonica in sito e non produce rifiuti nocivi nel terreno e nell’aria. Gli impianti geotermici sono sistemi ad energia rinnovabile basati sulla tecnologia frigorifera delle pompe di calore perciò, non facendo ricorso a nessuna combustione, non producono emissioni di gas ad effetto serra.

Circa l’80% dell’energia prodotta dal sistema è energia rinnovabile ricavata gratuitamente dall’ambiente terrestre, mentre il 20% rimanente è energia elettrica necessaria per il funzionamento della pompa di calore. In ogni caso, anche utilizzando una piccola quota di energia primaria elettrica, il sistema geotermico determina una sensibile diminuzione delle emissioni di CO2 e dei gas ad effetto serra.

Utilizzando energia elettrica da fonte rinnovabile diretta, o indiretta, con contratti d’acquisto di energia elettrica verde, l’impianto geotermico può annullare del tutto il ricorso alle fonti di energia primaria inquinanti e diventa un impianto ad emissioni zero.

Garanzia, gestione e manutenzione

La pompa di calore è una macchina con tecnologia frigorifera che necessita di limitata manutenzione dato che non sono necessari controlli obbligatori di combustione e di pulizia annuali e biennali come per le normali caldaie.

Le pompe di calore, grazie alla elevata qualità costruttiva, possono raggiungere rispettivamente cicli di vita quindicinali e ventennali mentre la sezione geotermica è progettata e realizzata con i migliori prodotti disponibili sul mercato per funzionare per un arco di tempo pari ad un ciclo di vita e più dell’immobile.

Considerando anche questi aspetti, unitamente al risparmio economico conseguibile, è ancora più evidente e comprensibile come sia reale e veloce l’ammortamento o il pay-back dell’impianto.

Agevolazioni Le Amministrazioni centrali e locali agevolano sempre più l’installazione di impianti

ad energia rinnovabile per conseguire alti livelli di risparmio energetico. La Comunità Europea e quindi gli Stati Membri promuovono e sollecitano l’utilizzo

delle fonti energetiche pulite e ne sostengono finanziariamente la realizzazione. Sgravi fiscali, contributi economici e agevolazioni urbanistiche sono possibili a

seconda della tipologia edilizia e del territorio di appartenenza. In Italia e in alcune Regioni italiane è ora possibile beneficiare delle seguenti agevolazioni e/o contributi:

agevolazioni fiscali per il risparmio energetico (detrazione del 55% sulle ristrutturazioni – valida per tutto il territorio nazionale);

contributi sulle spese di impianto (contributi a fondo perduto: ad esempio 30% Prov. di Bolzano);

agevolazioni urbanistiche (premio di cubatura previsto dai nuovi regolamenti edilizi di numerosi Comuni italiani);

fondi etici per le energie rinnovabili (finanziamenti a tasso agevolato senza garanzie da parte di numerosi istituti bancari);

tariffe elettriche agevolate per l’uso di rinnovabili (tariffe biorarie e tariffe speciali promosse da più società energetiche).

Per maggiori informazioni e approfondimenti

desideratisimone@yahoo.it

ludovici.valerio@virgilio.it

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