PDC, sonde e nuove tecnologie di recupero di calore geotermico

IN QUESTO SPECIALE

Gli scambiatori di calore geotermici classici

I nuovi scambiatori di calore geotermici

INTERVISTA a Claudio Crudo Direttore tecnico e marketing della divisione idrotermosanitaria Rehau Italia.

#105GIUGNO 2016

Impianti geotermici: PDC, sonde e nuove tecnologie di recupero di calore geotermico

A cura di: Cudicio Maurizio – Libero Professionista www.proenco.it

Le tipologie di impianti geotermici e gli scambiatori di caloreDagli scambiatori di calore geotermici classici, alle nuove tipologie: una carrellata delle principali tecnologie per lo sfruttamento del calore geotermico

L a terra è un serbatoio energetico pressochè inesauribile, se utilizzato con coscienza e in modo corretto. Gli studi effettuati nel corso degli anni hanno portato a definire che circa il 99% della massa terrestre

si trova a una temperatura superiore a 1.000°C, per arrivare al nucleo dove la temperatura è compresa tra i 6.000 ed i 6.500°C. Il calore del terreno è determinato dall’influenza

delle condizioni metereologiche esterne fino a circa 15 metri di profondità, mentre sotto i 20 metri è influenzato dal calore derivante dall’interno della terra; la zona mediana, posta tra i 15 ed i 20 m, è un’area di transizione influenzata sia dal nucleo che dalla superficie. Le modificazioni del calore derivanti dall’interno della terra sono originate dal decadimento nucleare di sostanze radioattive presenti nelle rocce del sottosuolo.

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Da tali condizioni nasce la geotermia, ovvero la possibilità di sfruttare la stabilità del calore presente nel sottosuolo in ambito impiantistico. L’energia geotermica ha il vantaggio di essere in disponibilità

meno variabile rispetto ad altre energie, per le quali lo sfruttamento è limitato, ad esempio, dalle variazioni della radiazione solare, dalla modificazione delle maree o da altri fattori non prevedibili a priori.

Dati gli obblighi nazionali ed internazionali che prevedono l’aumento dello sfruttamento delle energie rinnovabili in modo progressivo e proporzionale negli anni, si stanno diffondendo sempre più tecnologie volte a sfruttare la terra come serbatoio di scambio

per la realizzazione degli impianti. Nelle pagine seguenti verranno analizzate le diverse tipologie di sonde e di tecnologie adottabili per la realizzazione degli impianti geotermici a bassissima temperatura.

GEOTERMIA AD ALTA TEMPERATURA

Prevede lo sfruttamento di acqua surriscaldata e vapo-re a una temperatura superiore a 180°C e solitamente è sfruttata per la produzione di energia elettrica.

Prevede lo sfruttamento di acqua surriscaldata e va-pore a una temperatura compresa tra 100 e 180°C e solitamente è sfruttata per la produzione di energia elettrica attraverso l’interposizione di un fluido inter-medio estremamente volatile.

Prevede lo sfruttamento di acqua calda a temperatura compresa tra 30 e 100°C e solitamente è sfruttata per impieghi industriali o in ambito termale.

Prevede lo sfruttamento di acqua calda a temperatura inferiore a 30°C e solitamente è sfruttata per impieghi impiantistici che prevedono la produzione di acqua calda sanitaria e la climatizzazione estiva ed invernale degli edifici.

GEOTERMIA A MEDIA TEMPERATURA

GEOTERMIA A BASSA TEMPERATURA

GEOTERMIA A BASSISSIMA TEMPERATURA

In base alle temperature di sfruttamento,

la geotermia si suddivide in quattro tipologie:

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ARTICOLO TECNICO

Negli ultimi anni sono state sviluppate diverse tipologie di sonde di scambio geotermico da abbinare alle pompe di calore. Nello schema seguente vengono riportate le principali tipologie di scambiatori.

PRINCIPALI SCAMBIATORI DI CALORE A BASSISSIMA TEMPERATURA

SCAMBIATORI DI CALORE GEOTERMICI

SCAMBIATORI A BASSA PROFONDITÀ

Scambiatori a serpentino o chiocciola

Scambiatori a spirale

Scambiatori ad anelli

Scambiatori a canestro

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Sono scambiatori di calore geotermici caratterizzati da tubazioni in polietilene, polibutilene o rame, posati a una quota generalmente compresa tra 1,2 – 1,5 m. Data la ridotta profondità di interramento, è opportuno eseguire le dovute considerazioni sull’influenza dello scambio di calore dovuto all’effetto diretto della radiazione solare, della pioggia o di altri eventi meteorologici che portano alla modificazione delle caratteristiche del terreno. Le sonde vengono posate nel terreno provvedendo a sbancare l’area necessaria per l’installazione degli scambiatori, oppure provvedendo a realizzare trincee di area limitata. Il vantaggio di questi scambiatori è legato al fatto che

non è necessario procedere con trivellazioni, pertanto i costi installativi si riducono. Di contro, le sonde orizzontali richiedono ampie aree disponibili nelle vicinanze del fabbricato. Le tubazioni in polietilene vengono solitamente utilizzate per impianti dove la pompa di calore è del tipo acqua-acqua, pertanto all’interno della tubazione viene fatta circolare acqua glicolata, mentre l’adozione di altri materiali avviene per la circolazione diretta del fluido frigorigeno della pompa di calore. Purtroppo l’elevato sviluppo delle sonde orizzontali comporta inevitabili quantitativi elevati di glicole, rispetto a soluzioni con sonde verticali.

GLI SCAMBIATORI DI CALORE GEOTERMICI CLASSICI

SCAMBIATORI ORIZZONTALI A BASSA PROFONDITA’ A SERPENTINO, CHIOCCIOLA E ANELLO

SCAMBIATORI A MEDIA PROFONDITÀ SCAMBIATORI A ALTA PROFONDITÀ

Sonde coassiali Sonde ad alta profonditàPali di fondazione

A seconda del terreno e dell’esposizione dell’area interessata dall’installazione degli scambiatori orizzontali, la resa delle sonde varia tra i 10 e i 40 W/m².

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ARTICOLO TECNICO

In prima approssimazione, possono essere ipotizzati i rapporti di estrazione riportati nella tabella seguente. È però opportuno analizzare in modo approfondito le

singole situazioni installative al fine di evitare problemi relativi alla resa delle pompe di calore.

Gli scambiatori SLINKY sono scambiatori realizzati con tubazioni in polietilene disposte nel terreno a formare dei cerchi sovrapposti. Sono scambiatori non particolarmente diffusi in Europa, mentre hanno trovato una discreta diffusione nel Nord America, dove sembra stiano dando buoni risultati. Lo sviluppo a spirale permette di ridurre la superficie complessiva di sviluppo del sistema di scambio con il terreno. Le spirali possono essere compatte, con passo delle spire D pari a Ø/4, oppure estese con passo pari a Ø.

Le tubazioni vengono interrate a una quota compresa

tra 1,0 – 1,5 m nel caso di scavo a sbancamento, per arrivare fino a 1,0 – 2,5 m nel caso di scavo in trincea. Nel caso di collocamento all’interno dello scavo in trincea, gli scambiatori a spirale possono essere adagiati sia in posizione orizzontale che in posizione verticale.

Nel caso di posa di diversi scambiatori, è consigliabile mantenere un interasse tra i gruppi di spirali pari a 2,5 m per evitare interferenze, ma soprattutto per evitare surriscaldamenti o sottoraffreddamenti del terreno ospitante.

RAPPORTI DI ESTRAZIONE SONDE ORIZZONTALI IN BASE AL TIPO DI TERRENO

Terreno sabbioso secco 10 – 15 W/m2

Terreno sabbioso umido 15 – 20 W/m2

Terreno argilloso secco 20 – 25 W/m2

Terreno argilloso umido 25 – 30 W/m2

Terreno saturo d’acqua 30 – 40 W/m2

SCAMBIATORI ORIZZONTALI A SPIRALE SLINKY

Figura 1 - Scambiatore a spirale slinky

Tabella 1 - Rapporti di estrazione sonde orizzontali in base al tipo di terreno (serpentino, chiocciola e anello).

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Tabella 2 - Rapporti di estrazione sonde orizzontali in base al tipo di terreno (spirale SLINKY).


Spirali con passoS = Ø






Spirali con passoS = Ø/2






Spirali con passoS = Ø






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ARTICOLO TECNICO

Gli scambiatori a canestro sono realizzati con tubi in polietilene fissati ad armature in ferro o in plastica.

Vengono collocati ad una profondità di circa 1,5 metri e sono scambiatori utilizzati solo recentemente in Germania e Svizzera, ma si stanno diffondendo anche in molti altri paesi europei, in quanto sono in grado di garantire un notevole risparmio della superficie di scambio, che varia dal 30% al 50% rispetto agli altri scambiatori.

Sono scambiatori compatti che garantiscono un’efficace integrazione di impianti esistenti sottodimensionati, o in caso di ristrutturazioni dove la superficie esterna è limitata e magari il tipo di intervento comporta un maggiore fabbisogno termico.

Gli scambiatori a canestro possono avere forma cilindrica o conica e possono essere preassemblati o realizzati direttamente in cantiere. I canestri sono generalmente sviluppati in tre modelli, come nella tabella sotto riportata.

SCAMBIATORI A CANESTRO

Tubi Øe 32

Ltubazione = 75m

Pscambiata = 0,7-1,0kW

Tubi Øe 32

Ltubazione = 150m


Tubi Øe 32

Ltubazione = 200m


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Gli scambiatori coassiali sono sonde realizzate con tubazioni in materiale polimerico o materiale metallico, che vengono installate verticalmente fino a una profondità di 25 – 30 m. Il vantaggio ottenibile dall’utilizzo di tali sonde è particolarmente apprezzabile in tutti i contesti nei quali la superficie esterna perimetrale di pertinenza del fabbricato è ridotta. Le sonde coassiali hanno visto la luce negli anni ‘90 nell’Europa Centrale, e hanno segnato lo standard nelle installazioni geotermiche.

Nelle sonde coassiali lo scambio di calore avviene sulla superficie esterna, in un solo verso. Questo tipo di

scambiatore ha il grande vantaggio di garantire un alto livello di omogeneità nell’accumulo, senza possibili cortocircuitazioni tra il fluido entrante ed il fluido uscente.

Le sonde più evolute sono caratterizzate da un tubo esterno in materiale metallico, come ad esempio l’acciaio inox, e tubo interno in materiale polimerico, come ad esempio il polietilene ad alta densità. L’adozione dell’acciaio inox per la tubazione esterna garantisce un’elevata resistenza nel tempo della sonda, in quanto questo materiale non è soggetto a corrosione e non teme le correnti vaganti.

Gli scambiatori coassiali sono sonde realizzate con tubazioni in materiale polimerico o materiale metallico.

Nei terreni incoerenti e poco portanti è necessario ricorrere alla predisposizione di strutture in calcestruzzo infissi nel terreno, conosciuti come pali di fondazione. Molto spesso i pali di fondazione vengono utilizzati per alloggiare gli scambiatori al loro interno, da qui il sistema prende il nome di pali energetici o fondazioni fredde. Questo sistema ha visto la luce negli anni ‘80 a livello Europeo.

Data la complessità progettuale legata alle sonde, tale soluzione trova applicazione su edifici di notevoli dimensioni, quali ospedali, centri commerciali, centri direzionali, in quanto le maggiori risorse e costi legati ai professionisti viene giustificata dal costo stesso dell’edificio.

Il collegamento tra i vari pali energetici viene eseguito con geometria ad anello o con circuiti a ritorno inverso, al fine di bilanciare le varie sonde.

SCAMBIATORI COASSIALI

PALI DI FONDAZIONE

Figura 2 - Sonde coassiali

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ARTICOLO TECNICO

Gli scambiatori ad alta profondità sono caratterizzati da tubazioni in materiale polimerico infisse nel terreno a profondità variabile compresa tra i 100 – 120 m, ma in casi particolari possono arrivare fino a 200 m. È evidente che, data la profondità a cui arrivano le sonde, comportano l’adozione di tubazioni differenti. Nel primo caso, le sonde sono costituite da tubazioni in polietilene ad alta densità PN16, mentre nel secondo caso è necessario adottare tubazioni PN20 con spessori maggiori della tubazione con conseguente possibilità di richiesta di una tubazioni di diametro maggiore. Non ultimo, tutti i componenti di linea devono rispondere alle caratteristiche di resistenza alla pressione in modo congruo e corrispondente alla tubazione con conseguente aumento dei costi complessivi d’impianto.

Questa soluzione permette un aumento della resa termica delle sonde in quanto, sotto i 20 m

di profondità, non vi è più alcuna influenza delle condizioni meteorologiche esterne.

Le tubazioni sono caratterizzate da pesi chiamati zavorre, poste in testa alle stesse, che garantiscono l’inserimento dei tubi nei fori eseguiti, mentre il vuoto tra tubazione e foro è riempito con materiale ad alta conduttività che viene iniettato dal basso verso l’alto, attraverso l’uso di un tubo supplementare inserito nel foro sonda. Le sonde vengono normalmente realizzate a una distanza pari a circa 4 – 5 m dall’edificio, al fine di evitare problemi strutturali allo stesso.

Le sonde, inoltre, devono essere collocate con una interdistanza di circa 7 – 9 metri per evitare interferenze negli scambi di calore tra di esse.

La norma VDI riporta le rese delle sonde geotermiche a doppio U per diverse tipologie di terreno. Riportiamo i dati nella tabella seguente.

SCAMBIATORI AD ALTA PROFONDITÀ

Figura 3- Temperatura del suolo

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Tipo si suolo Conduttività termica [W/mK]

Potenza estraibile [W/m]

1.800 ore 2.400 ore

Valori generali

Sottosuolo povero con sedimento secco <1,5 25 25

Rocce e terreni sciolti saturi di acqua 1,5 – 3,0 60 50

Rocce ad alta conduttività termica >3,0 84 70

Tipologie roccia/terreno

Ghiaia, sabbia asciutta 0,4 <25 <20

Ghiaia, sabbia satura di acqua 1,8 – 2,4 65-80 55-65

Argilla, terriccio umido 1,7 35-50 30-40

Calcare massiccio 2,8 55-70 45-60

Arenaria 2,3 65-80 55-65

Magnesite silicea 3,4 65-85 55-70

Magnesite basica 1,7 40-65 35-55

Gneiss 2,9 70-85 60-70

• Estrazione del solo calore;• La lunghezza della singola sonda deve essere compresa tra 40 e 100 m.• La distanza più piccola tra due sonde geotermiche deve essere:• Almeno 5 m per le lunghezze foro scambiatore di calore da 40 a 50 m;• Almeno 6 m per le lunghezze foro scambiatore di calore > 50 m a 100 m.• Sonde geotermiche con tubi a doppio U con DN 20, 25 o DN 32 o sonde coassiali con un diametro

minimo di 60 mm.

Tabella 3 - Rapporti di estrazione sonde orizzontali in base al tipo di terreno (scambiatori ad alta profondità).

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ARTICOLO TECNICO

NUOVI SCAMBIATORI DI CALORE TERMICI

Negli ultimi anni, dato l’affermarsi dei sistemi geotermici, sono stati effettuati numerosi studi e ricerche al fine di realizzare scambiatori geotermici sempre più efficienti. Tra le soluzioni analizzate si trovano:

Scambiatori Geobag;

Scambiatori elicoidali;

Scambiatori a pettine.

Gli scambiatori GeoBab sono stati studiati in America e sembrano dare buoni risultati nei test sperimentali. Il GeoBag è un grosso sacco di polietilene a bassa densità altamente elastico che viene sotterrato; è prodotto attraverso estrusione cilindrica ed è corredato da una serie di tubi di connessione in ingresso ed in uscita. Il GeoBag è prodotto sia per installazione orizzontale, che verticale.

Nel caso in cui venissero confermati i risultati prestazionali per gli impianti orizzontali, sarebbe possibile ipotizzare di ridurre i costi, nella realizzazione di impianti a servizio di edifici residenziali, anche del

40-50%, grazie ad una riduzione sui costi dei materiali e sull’installazione degli stessi.

La pressione dell’acqua all’interno del GeoBag è molto bassa, la minima sufficiente a sopportare il peso del suolo di copertura.

Dagli studi eseguiti è risultato che un GeoBag richiede una fossa di dimensioni pari a un quinto di quella richiesta da un loop orizzontale con due scambiatori, e metà di quella necessaria ad un sistema SLINKY, a parità di carico energetico coperto.

Gli scambiatori elicoidali sono stati sviluppati in Canada, ma in ambito europeo e negli Stai Uniti non hanno trovato grandi applicazioni.

Sono scambiatori geotermici che possono essere utilizzati in suoli non saturi, in zone aride o semiaride.

Rispetto ai più classici scambiatori verticali, gli scambiatori elicoidali offrono maggiori soluzioni progettuali. Infatti, da ricerche condotte in Israele, è emerso che su suolo arido la superficie necessaria di scambio per pozzo può essere facilmente ottenuta variando il passo d’elica ma, soprattutto, che l’ampio diametro del pozzo facilita il riempimento con materiale in grado di aumentare anche significativamente lo scambio termico. L’adozione di un sistema d’irrigazione con sensori di umidità

permette un controllo delle proprietà termiche e il contenuto di umidità del suolo con conseguente ottimizzazione degli scambi termici. È possibile, inoltre, utilizzare materiali a cambio di fase (phase-change) per aumentare la capacità termica del sistema.

Attraverso questo studio è stato possibile mettere in discussione la convinzione che i suoli saturi siano sempre il mezzo migliore in cui effettuare un accumulo. Gli scambiatori elicoidali, infatti, rendono meglio nel terreno non saturo e l’energia immagazzinata nel suolo è localizzata, soprattutto, nell’intorno della superficie dello scambiatore elicoidale, rendendo il terreno ospitante più pronto nella risposta alle sollecitazioni termiche.

SCAMBIATORI GEOBAG

SCAMBIATORI ELICOIDALI

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SCAMBIATORI DI CALORE NELLE RETI FOGNARIE

SCAMBIATORI DI CALORE NELLE GALLERIE FERROVIARIE

Gli scambiatori a pettine sono soluzioni nate per evitare l’esecuzione di perforazioni ad alta profondità, ma al contempo capaci di garantire lo sfruttamento della costante termica che ha un terreno in profondità, soluzione non garantibile con i sistemi distributivi orizzontali.

Gli scambiatori a pettine hanno un’altezza di 2 metri e vengono collocati in trincee strette, che vengono predisposte nel terreno con conseguente risparmio nei costi di scavo e reinterro. Purtroppo questi scambiatori sono un prodotto brevettato e l’azienda produttrice non offre molti dati relativi allo scambio termico ottenibile, venendo commercializzati esclusivamente con la fornitura della pompa di calore accoppiabile.

Esistono notevoli investimenti eseguiti in alcuni paesi esteri, volti a sfruttare le infrastrutture realizzate nelle nuove lottizzazioni come elementi di scambio termico. Esiste, infatti, la possibilità di sfruttare le reti di scarico come, ad esempio:

Reti di scarico acque nere;

Reti di scarico acque bianche;

Reti di scarico acque grigie.

Le reti di scarico succitate presentano temperature molto interessanti per lo sfruttamento e lo scambio termico con le pompe di calore. La temperatura media è di 12-15°C in inverno e 20°C in estate, come rilevato

nel corso di analisi eseguite nella rete fognaria di Vancouver.

Ovviamente il sistema di scambio geotermico con rete fognaria è legato alla realizzazione di nuove lottizzazioni, anche se esistono delle aziende che producono sistemi retrofit, che permettono di dotare reti fognarie di sistemi di recupero di calore.

La lunghezza massima delle singole reti si attesta a circa 200 m, poiché oltre non risulta più conveniente: da studi eseguiti, infatti, lo scambio termico nei primi 100 m risulta essere pari a circa il doppio a quello ottenibile tra i 200 ed i 300 m.

Un sistema che ha trovato un buono sviluppo in Svizzera (vantava nel 2007 circa 15 impianti realizzati per uno sviluppo delle sonde di circa 70 km) riguarda la realizzazione di scambiatori di calore geotermici all’interno delle gallerie ferroviarie. Ovviamente tale

tecnologia presenta notevoli limitazioni dettate dal fatto che per poter sfruttare il calore è necessario che le sonde siano collocate quanto più possibile vicino alla fonte di produzione, e tale vincolo non risulta essere sempre rispettabile.

SCAMBIATORI A PETTINE

Figura 4 - Sonde a pettine

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ARTICOLO TECNICO

SCAMBIATORI DI CALORE CON SONDE INCLINATESISTEMA GRD

SCAMBIATORI DI CALORE GEOTERMICI PER ARIA

Una soluzione alternativa per la realizzazione di sonde in ambienti dove le aree esterne sono limitate e sono caratterizzate dalla presenza di edifici, riguarda la realizzazione di sonde inserite nel terreno come raggi con inclinazione differenti. Tale tecnologia prende il nome di GRD –Geothermal Radial Drilling. Durante la trivellazione, l’impianto di perforazione può essere inclinato ad angolo variabile da 30° a 95°.

I vantaggi ottenibili da tale tecnologia sono i seguenti:

Riduzione dell’interferenza tra le sonde;

Minore profondità complessiva della sonda a parità

di lunghezza. Questo permetterà di recuperare la stessa potenza complessiva per ogni singola sonda, ma con minore profondità;

Ideale per l‘uso in aree con poco spazio a disposizione in quanto basta un pozzetto;

Possibilità di perforazione anche sotto l‘edificio;

Minori danni al terreno grazie all’uso di una tecnica di perforazione semplificata.

Le sonde vengono interrate fino ad una profondità di 40 metri.

Lo sfruttamento del terreno come serbatoio di dissipazione o prelievo del calore da utilizzare negli impianti di riscaldamento non si limita ai soli impianti che sfruttano come vettore termico l’acqua ma, nella realizzazione di edifici energeticamente efficienti, è possibile sfruttare la geotermia anche negli impianti

aeraulici. Esistono, infatti, due sistemi che possono essere utilizzati per il recupero di energia attraverso il terreno e più precisamente:

Pozzo canadese o provenzale;

Sistema Ventilgeo®.

Il pozzo provenzale viene realizzato interrando una tubazione in materiale polimerico ad una quota di circa 2 metri di profondità. Ovviamente, maggiore è la profondità di interramento, più la temperatura del

terreno rimane costante nel corso dei mesi. Purtroppo questo sistema è ad oggi ancora poco diffuso, nonostante il costo di investimento iniziale sia molto spesso marginale.

Sonde verticali

Prof

ondi

tà (m

)

Distanza (m) I valori indicano la temperatura del terreno (in Gradi Celsius) dopo un anno di utilizzo

Sonde GRD

Prof

ondi

tà (m

)

Distanza (m) I valori indicano la temperatura del terreno (in Gradi Celsius) dopo un anno di utilizzo

POZZO PROVENZALE O POZZO CANADESE

Figura 5 - Esempio di interferenza tra sonde verticali e sonde con tecnica GRD

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COMPUTO DELL’ENERGIA PRODOTTA DALLE POMPE DI CALORE

Come già evidenziato in precedenza, la geotermia è una fonte rinnovabile e pertanto rispondente all’attuale legislazione tecnica nazionale. Il D.Lgs 28/2011 prevede l’utilizzo di una specifica formula per

la determinazione della quantità di energia geotermica catturata dalle pompe di calore, che può essere considerata fonte rinnovabile. Il valore è indicato con ERES e viene calcolato con la seguente formula:

Anche in questo caso, però, sono richieste alcune accortezze nella scelta dei materiali come di seguito descritto:

Il tubo deve avere adeguata resistenza meccanica allo schiacciamento;

Il materiale adottato deve essere igienicamente compatibile all’utilizzo e soprattutto, deve avere buone caratteristiche di scambio termico;

Le giunzioni devono essere perfette e a tenuta, per evitare infiltrazioni di acqua all’interno del tubo o

evitare che il pozzo possa essere fonte di veicolazione del radon;

Devono essere predisposti opportuni accorgimenti per evitare l’ingresso di insetti o altri animali all’interno della tubazione;

È preferibile l’utilizzo di tubazioni la cui superficie interna sia liscia al fine di ridurre le perdite di carico totali. Per la finitura esterna, invece, è da prediligere una tubazione corrugata/spiralata, per aumentare la superficie di scambio vero il terreno.

Il sistema di recupero del calore Ventilgeo è caratterizzato da uno scambiatore di calore in alluminio con sezione a corona circolare alettata.

L’aria, da raffrescare o riscaldare, viene convogliata nella parte esterna dello scambiatore, richiamata verso il basso attraverso la depressione generata dal ventilatore centrifugo posto sulla sommità del sistema.

Questo sistema è una valida alternativa al pozzo provenzale, in quanto il sistema ha uno sviluppo verticale e non orizzontale e richiede pertanto una minore superficie per recuperare l’energia richiesta. Questa soluzione trova interessanti applicazioni soprattutto negli interventi di riqualificazione

energetica o ristrutturazione, in quanto la superficie di terreno richiesta per la sua installazione è ridotta pressoché a zero. Per gli edifici già realizzati, l’interramento a 4-5 metri di profondità di circa 50 metri di tubazioni richiederebbe lavori di impossibile esecuzione o dai costi proibitivi.

Il Ventilgeo può essere installato in un semplice foro trivellato del diametro di circa 60 centimetri.

Ovviamente, come nel caso di sonde geotermiche verticali, la resa ottenibile è direttamente proporzionale al tipo di terreno nel quale viene collocato il sistema.

SISTEMA VENTILGEO

ERES = Qusable * (1 - 1/SPF)

Dove

Qusable Calore totale stimato prodotto da pompe di calore che rispondono ai criteri definiti sulla base degli orientamenti stabiliti dalla

Commissione ai sensi dell’allegato VII della direttiva 2009/28/CE, applicato nel seguente modo: solo le pompe di calore per le

quali SPF > 1,15 * 1/η sarà preso in considerazione.

SPF Fattore di rendimento stagionale medio stimato per tali pompe di calore.

η Rapporto tra la produzione totale lorda di elettricità e il consumo di energia primaria per la produzione di energia e sarà

calcolato come media a livello UE sulla base dei dati Eurostat.

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ARTICOLO TECNICO

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Recuperare energia pulita fino al 75% grazie ai sistemi geotermici“I sistemi geotermici consentono di abbattere i costi legati alla climatizzazione degli ambienti e di limitare le emissioni di CO2”

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Dott. Crudo, da quanto tempo esiste questo tipo di tecnologia e quali risultati ha restituito finora in termini di diffusione delle installazioni e di risparmio energetico?«Il primo esperimento storico di produzione geotermoelettrica è datato 4 Luglio 1904, nella località toscana di Lardarello, che deve il suo nome a Francesco De Larderel, un francese emigrato in Italia che per primo utilizzò il vapore geotermico ad alta temperatura e pressione per ottenere l’acido borico contenuto nei pozzi di vapore della valle. Sempre a Larderello, nel 1913 fu costruito il primo impianto industriale per la

produzione di elettricità di origine geotermica, con una potenza di 250 kW. Da allora l’Italia è sempre stata leader nella produzione di energia geotermoelettrica, accumulando nel tempo un patrimonio di esperienze unico al mondo. A partire dagli anni ‘20, l’attività geotermica si diffuse anche in Giappone, Islanda e Ungheria e poi, dagli anni ‘50, nel resto del mondo. Per quanto riguarda la nostra realtà, più di 10 anni fa abbiamo introdotto in Italia le sonde geotermiche Rehau e da allora abbiamo effettuato migliaia di installazioni, ottenendo una riduzione di tre quarti dei consumi di energia primaria e di combustibili fossili».

I sistemi geotermici, la cui origine risale ai primi anni del Novecento, sono sempre più diffusi nel nostro Paese, in cui la produzione di energia geotermoelettrica è diventata un fiore all’occhiello.

Ma come si sta sviluppando questa tecnologia? Quali sono le criticità legate alla sua posa e alla manutenzione? E gli impianti geotermici sono installabili ovunque o il terreno necessita di particolari caratteristiche?

Per approfondire l’argomento abbiamo intervistato Claudio Crudo, Direttore tecnico e marketing della divisione idrotermosanitaria Rehau Italia.

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INTERVISTA

Quali sono le criticità nella sua installazione e quali elementi lo compongono?«Le principali criticità relative allo sfruttamento dell’energia geotermica sono legate alla perforazione del terreno: oltre a rappresentare un intervento dispendioso dal punto di vista economico, le operazioni di trivellazione sono complesse e risultano soggette a obbligo di licenza secondo le leggi locali vigenti in materia di perforazione del sottosuolo e di utilizzo delle acque sotterranee. Non esistono, infatti, procedure standardizzate, bensì un quadro normativo locale e una serie di percorsi burocratici che dipendono da leggi regionali, provinciali e dalle Autorità di Bacino. Un sistema geotermico completo si compone principalmente di sonde/collettori e tubi per l’estrazione dell’energia terrestre, una pompa di calore che trasforma l’energia recuperata in caldo o freddo a seconda delle esigenze e un impianto di riscaldamento/raffrescamento in cui convogliarla. In un buon sistema, i singoli componenti interagiscono tra loro in modo intelligente e sono dotati di accessori aggiuntivi che contribuiscono al perfetto funzionamento».

Un impianto geotermico è installabile in qualsiasi tipo di terreno e di territorio?«Sì, anche se bisogna considerare che, a seconda delle caratteristiche del terreno, la resa cambia. Quest’ultima sarà superiore in presenza di falde e di acqua, ma sarà inferiore dove il terreno è più secco e sabbioso. Prima di procede all’installazione di un impianto geotermico è necessario, quindi, effettuare una serie di indagini geologiche per risalire alle caratteristiche del suolo e considerare lo spazio disponibile. È importante conoscere sia le caratteristiche fisiche del terreno (capacità termica, conduttività, ecc.), che le caratteristiche dell’edificio riguardanti i carichi termici di punta e i consumi energetici. Questo per dimensionare il campo geotermico di modo che non abbia ad “esaurirsi”, ovvero che il terreno attorno ai tubi diventi, anno dopo anno, sempre più freddo (in casi estremi si arriva al congelamento dello stesso) a causa di un’eccessiva estrazione di energia, impedendo il corretto funzionamento della pompa di calore che non sarà più in grado di erogare la potenza necessaria al riscaldamento dell’edificio».

Dove, principalmente, questa tecnologia ha trovato maggiore diffusione a livello europeo? «La geotermia ha registrato un’importante diffusione nel Nord Europa, in particolare in Scandinavia e in Svezia, ma anche in Germania, Svizzera e Francia. In questi paesi la geotermia viene impiegata per il riscaldamento/raffrescamento passivo, mentre in Italia, dove quest’ultimo non è sufficiente, trova applicazione nel riscaldamento/raffrescamento sia attivo che passivo».

Per quale tipo di utilizzo e di applicazione gli impianti geotermici sono più adatti?«I sistemi geotermici rappresentano una soluzione vantaggiosa ed estremamente efficiente per recuperare

energia pulita fino al 75%, consentendo di abbattere i costi legati alla climatizzazione degli ambienti e limitare le emissioni di CO2. Trovano quindi ampia applicazione negli impianti di riscaldamento/raffrescamento attivo e passivo e nella produzione di acqua calda sanitaria».

Come avvengono le operazioni di manutenzione delle sonde geotermiche e con quale frequenza sono necessarie?«Le sonde geotermiche in sé non necessitano di manutenzione specifica, anche perché il controllo di questo componente implica interventi molto complessi. Almeno una volta l’anno occorre, tuttavia, un’operazione di verifica del fluido che circola all’interno delle sonde e dei filtri, della corretta concentrazione antigelo, della pressione e dello sfiato, il cui buono stato determina un corretto funzionamento dell’intero sistema».

Una volta installato un impianto geotermico fino a quanto può durare?«Un impianto geotermico deve avere delle alte aspettative circa il suo ciclo di vita, per garantire un corretto pay-back dell’investimento. Nel caso della pompa di calore possiamo parlare di una durata di 20 anni, mentre per quanto riguarda una sonda in PE-Xa è lecito aspettarsi un ciclo di vita di almeno 20 anni, essendo quest’ultima la soluzione più duratura attualmente sul mercato. Per la sua resistenza e durata nel tempo, la nostra sonda in PE-Xa è infatti garantita per 10 anni».

Esistono, nel nostro Paese, sistemi di incentivazione che consentano lo sviluppo e la diffusione degli impianti geotermici?«Sì. Gli impianti geotermici rientrano tra gli incentivi alle rinnovabili in qualità di sistemi che incrementano l’efficienza energetica e che producono energia termica da fonti rinnovabili. Con il Nuovo Conto Termico 2.0, entrato in vigore il 31 Maggio 2016, le risorse ammontano a 900 milioni di euro l’anno, di cui 200 milioni per la PA e 700 milioni per privati e imprese».

Qual è il vostro prodotto di punta e quali i vantaggi che gli utenti possono trarre dall’utilizzo?«Il nostro top di gamma è la sonda RAUGEO PE-Xa, realizzata in polietilene reticolato altamente resistente a tagli, incrinature e carichi concentrati, e caratterizzata da una superficie esterna ruvida che garantisce la perfetta tenuta del sistema. L’assenza di collegamenti saldati nel terreno consente, inoltre, di avere il massimo livello di sicurezza nel punto più profondo: i tubi di mandata e ritorno formano, infatti, una condotta continua, curvata in corrispondenza del piede e protetta da un particolare nucleo in resina di poliestere rinforzata con fibre, che ne fanno il piede di sonda attualmente più sicuro del mercato. Anche la nostra sonda elicoidale RAUGEO Helix PE-Xa si sta sempre più affermando grazie alla sua versatilità e ai costi di trivellazione inferiori dovuti all’impiego di apparecchiature e macchinari più semplici».

Cimberio S.p.A. Via Torchio 28017 San Maurizio d’Opaglio No - ITALIATel. +39 0322 923001 - Fax +39 0322 967216 - www.cimberio.com

Gli impianti con pompe di calore collegate con sonde geotermiche rappresentano l’applicazione che negli ultimi anni ha conosciuto il maggiore trend di crescita sia in impianti residenziali, che in impianti industriali, proponendosi come un’interessante alternativa ai tradizionali sistemi di riscaldamento alimentati a combustibili liquidi, gassosi o legnosi, anche per le maggiori caratteristiche di sostenibilità ambientale.

Il sistema di filtrazione Cimberio, che deve essere installato sulla parte terminale dell’impianto di sonde geotermiche, consente l’intercettazione del fluido e la filtrazione del medesimo,

operazione essenziale per un corretto funzionamento, che deve essere effettuata nel periodo immediatamente successivo all’installazione dell’impianto.

Il sistema Cimberio per impianti geotermici viene proposto in diverse configurazioni di attacchi (femmina/maschio/bicono e con raccordatura a pressare Cimpress) e permette di effettuare l’operazione di carico dell’impianto con un gruppo di pressurizzazione esterno.

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RAUGEO è il sistema geotermico di Rehau costituito da tubi, sonde geotermiche verticali, elicoidali collettori geotermici orizzontali e pilastri energetici, che consente di sfruttare in modo sicuro ed efficiente l’energia geotermica ed impiegarla per il raffrescamento e il riscaldamento efficiente degli edifici.

Per assicurare la massima sicurezza in termini di impermeabilità idraulica longitudinale, Rehau ha sviluppato le sonde RAUGEO PE-Xa, costruite in polietilene reticolato a perossidi altamente resistente a incrinature, tagli e carichi concentrati, e caratterizzate per uno strato esterno funzionale, dalla superficie ruvida, che consente un’adesione migliore con il materiale di riempimento RAUGEO, evitando la formazione di spazi vuoti con aria o percorsi d’acqua lungo la perforazione, a garanzia di una perfetta tenuta del sistema.

Caratterizzate da una conducibilità termica eccellente, di 0,4 W / mK, le sonde Rehau garantiscono massimi livelli di sicurezza nel punto più profondo raggiunto grazie all’assenza di collegamenti saldati nel terreno. I tubi di mandata e ritorno formano, infatti, una condotta continua, curvata in corrispondenza del piede mediante uno speciale processo produttivo, e protetta ulteriormente da uno speciale nucleo in resina di poliestere rinforzata con fibre, che elimina il rischio di mancata tenuta di collegamenti saldati.

Accanto alla sonda RAUGEO PE-Xa, Rehau offre una gamma completa di soluzioni per lo sfruttamento geotermico superficiale accomunate dalla massima sicurezza e durata nel tempo.

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