Provincia di PisaProvincia di Pisa Comune di PisaComune di Pisa

Anno 2006-2007Anno 2006-2007

USO RAGIONATO DELL’ENERGIA E DELL’ACQUAUSO RAGIONATO DELL’ENERGIA E DELL’ACQUA

““ENERGIE RINNOVABILI ED EFFICIENZA ENERGETICA”ENERGIE RINNOVABILI ED EFFICIENZA ENERGETICA”

POMPE DI CALORE GEOTERMICHEPOMPE DI CALORE GEOTERMICHEE FONTI RINNOVABILI AE FONTI RINNOVABILI A

BASSA ENTALPIABASSA ENTALPIA

Giuseppe Ghezzi, Rotary Club PisaGiuseppe Ghezzi, Rotary Club Pisa

LARDERELLO – 21 e 22 MARZO 2007LARDERELLO – 21 e 22 MARZO 2007

LA POMPA DI CALORE È UN LA POMPA DI CALORE È UN DISPOSITIVO CHE CONSENTE DI DISPOSITIVO CHE CONSENTE DI

INNALZARE IL LIVELLO DI INNALZARE IL LIVELLO DI TEMPERATURA DELL’ENERGIA TEMPERATURA DELL’ENERGIA TERMICA PRELEVATA DA UNA TERMICA PRELEVATA DA UNA

SORGENTE LA CUI SORGENTE LA CUI TEMPERATURA NON NE TEMPERATURA NON NE

CONSENTA UN UTILE IMPIEGOCONSENTA UN UTILE IMPIEGO

PER QUESTO FUNZIONAMENTO È NECESSARIA PER QUESTO FUNZIONAMENTO È NECESSARIA LA FORNITURA DI UN’ADEGUATA QUANTITÀ DI LA FORNITURA DI UN’ADEGUATA QUANTITÀ DI

ENERGIA DI MIGLIORE QUALITÀ, QUASI ENERGIA DI MIGLIORE QUALITÀ, QUASI SEMPRE ENERGIA ELETTRICASEMPRE ENERGIA ELETTRICA

Il Il COP (Coefficient of Performance)COP (Coefficient of Performance)

è il rapporto fra l’energia termica prodotta dalla è il rapporto fra l’energia termica prodotta dalla macchina macchina (Qu)(Qu) e l’energia pregiata necessaria e l’energia pregiata necessaria

per assicurarne il funzionamento per assicurarne il funzionamento (L)(L)

1

L

Q

L

LQ

L

QCOP eeu

FONTI PER IL FUNZIONAMENTO DELLE FONTI PER IL FUNZIONAMENTO DELLE POMPE DI CALORE:POMPE DI CALORE:

• ARIA ESTERNAARIA ESTERNA

• ACQUAACQUA

• TERRENOTERRENO

A PARITA’ DI TEMPERATURA, RISPETTO ALL’ARIA, A PARITA’ DI TEMPERATURA, RISPETTO ALL’ARIA, L’ACQUA PRESENTA CARATTERISTICHE DI L’ACQUA PRESENTA CARATTERISTICHE DI

SCAMBIO TERMICO MIGLIORI ED UNA MAGGIORE SCAMBIO TERMICO MIGLIORI ED UNA MAGGIORE CAPACITA’ TERMICA CAPACITA’ TERMICA

Fonti della risorsa sotterranea:Fonti della risorsa sotterranea:

ACQUE SOTTERRANEEACQUE SOTTERRANEE

• Acqua di falda con temperatura normaleAcqua di falda con temperatura normale

• Acqua di falda a bassa entalpia Acqua di falda a bassa entalpia COP migliore a parità di Q COP migliore a parità di Q

Esempio di funzionamento estivo (Fig. 1): Esempio di funzionamento estivo (Fig. 1):

due pozzi, posti ad una distanza di circa 150 m, due pozzi, posti ad una distanza di circa 150 m, che forniscono fino a 60 mche forniscono fino a 60 m33/h di acqua./h di acqua.

In Italia il caso più interessante è quello dell’AEM di In Italia il caso più interessante è quello dell’AEM di Milano che utilizza la falda multistrato alluvionale per Milano che utilizza la falda multistrato alluvionale per teleriscaldamento invernale e raffreddamento estivoteleriscaldamento invernale e raffreddamento estivo

ACQUE SOTTERRANEEACQUE SOTTERRANEE

Fig. 1 - Schema d'impianto (funzionamento estivo) del sistema UTES Fig. 1 - Schema d'impianto (funzionamento estivo) del sistema UTES

del Groene Hart Hospital di Gouda, Olandadel Groene Hart Hospital di Gouda, Olanda

Esempi di utilizzo di acque superficialiEsempi di utilizzo di acque superficiali

ACQUE SUPERFICIALIACQUE SUPERFICIALI

Fonti della risorsa superficiale:Fonti della risorsa superficiale:

• Fiume, torrente, roggia Fiume, torrente, roggia

• Lago, mareLago, mare

Principio base: raffreddare l’acqua di 3° C e ottenere le Principio base: raffreddare l’acqua di 3° C e ottenere le temperature di progetto mediante la pompa di calore.temperature di progetto mediante la pompa di calore.

ItaliaItalia: il metodo è di recente introduzione. Attualmente in : il metodo è di recente introduzione. Attualmente in esercizio: Bergamo, dove con l’acqua di una roggia è stato esercizio: Bergamo, dove con l’acqua di una roggia è stato realizzato un impianto di teleriscaldamento a pompe di calore realizzato un impianto di teleriscaldamento a pompe di calore (e raffreddamento estivo) che serve buona parte della città. (e raffreddamento estivo) che serve buona parte della città.

EsteroEstero: molto diffuso (paesi scandinavi con acqua di mare): molto diffuso (paesi scandinavi con acqua di mare)

A qualche metro di profondità la A qualche metro di profondità la temperatura del terreno si stabilizza ad un temperatura del terreno si stabilizza ad un valore prossimo alla media annuale della valore prossimo alla media annuale della

temperatura dell’aria. temperatura dell’aria.

A profondità maggiori entra in gioco A profondità maggiori entra in gioco l’energia termica endogena: oltre i 30 metri l’energia termica endogena: oltre i 30 metri

di profondità si riscontra in media un di profondità si riscontra in media un incremento di temperatura di circa 1 °C incremento di temperatura di circa 1 °C

ogni 30 m.ogni 30 m.

TERRENOTERRENO

Nel caso del terreno, come sorgente per la pompa Nel caso del terreno, come sorgente per la pompa di calore, il sistema si realizza interrando un tubo di calore, il sistema si realizza interrando un tubo o più tubi di adeguata lunghezza. o più tubi di adeguata lunghezza.

TERRENOTERRENO

• a tubi orizzontalia tubi orizzontali • a tubi verticalia tubi verticali

Lo scambio termico può essere:Lo scambio termico può essere:

• indirettoindiretto, con l’evaporatore della macchina mediante , con l’evaporatore della macchina mediante la circolazione di un liquido;la circolazione di un liquido;

• direttodiretto, realizzando l’evaporatore entro i tubi interrati., realizzando l’evaporatore entro i tubi interrati.

Le tecniche dei tubi a terreno si dividono in due categorie:Le tecniche dei tubi a terreno si dividono in due categorie:

I sistemi a tubi verticali I sistemi a tubi verticali utilizzano una o più perforazioni utilizzano una o più perforazioni con profondità variabili da valori con profondità variabili da valori minimi di 10 m a qualche minimi di 10 m a qualche centinaio di metri (Fig. 2).centinaio di metri (Fig. 2).

TERRENOTERRENO

I sistemi a tubi orizzontali I sistemi a tubi orizzontali vengono interrati generalmente vengono interrati generalmente a piccola profondità (0.8 – 1.5 m) a piccola profondità (0.8 – 1.5 m) ed hanno perciò bisogno di ed hanno perciò bisogno di un’ampia superficie sgombra da un’ampia superficie sgombra da edifici.edifici.

La superficie di pianta richiesta La superficie di pianta richiesta è molto più ridotta del caso è molto più ridotta del caso precedente. In casi di fondazioni precedente. In casi di fondazioni profonde, gli stessi pali di profonde, gli stessi pali di fondazione dell’edificio possono fondazione dell’edificio possono svolgere la funzione dei pozzi.svolgere la funzione dei pozzi.

Il sottosuolo del nostro Paese è ricco di acque termali Il sottosuolo del nostro Paese è ricco di acque termali che danno luogo a numerose manifestazioni spontanee di che danno luogo a numerose manifestazioni spontanee di acque calde che formano la famiglia dei fluidi a bassa acque calde che formano la famiglia dei fluidi a bassa entalpia.entalpia.

FONTI RINNOVABILI GEOTERMICHE A BASSA ENTALPIAFONTI RINNOVABILI GEOTERMICHE A BASSA ENTALPIA

Si tratta di sorgenti la cui temperatura all’emergenza è Si tratta di sorgenti la cui temperatura all’emergenza è solitamente inferiore a 100 °C ma superiore alla solitamente inferiore a 100 °C ma superiore alla temperatura media dell’aria del sito di emergenza, che temperatura media dell’aria del sito di emergenza, che varia da luogo a luogo.varia da luogo a luogo.

La teoria attualmente più accreditata sull’origine delle La teoria attualmente più accreditata sull’origine delle acque termali si basa su uno schema messo a punto una acque termali si basa su uno schema messo a punto una cinquantina di anni addietro, grazie al supporto degli cinquantina di anni addietro, grazie al supporto degli isotopi dell’idrogeno e dell’ossigeno presenti nell’acqua. isotopi dell’idrogeno e dell’ossigeno presenti nell’acqua.

L’innesco di una circolazione a L’innesco di una circolazione a bassa entalpia si spiega quindi con bassa entalpia si spiega quindi con lo stesso principio che origina la lo stesso principio che origina la formazione del vapore endogeno: formazione del vapore endogeno: cambia solo la profondità di cambia solo la profondità di circolazione che, nel caso delle circolazione che, nel caso delle sorgenti termali, è solitamente più sorgenti termali, è solitamente più superficiale.superficiale.

Lo schema classico è quello di un Lo schema classico è quello di un circuito che si innesca con l’infiltrazione circuito che si innesca con l’infiltrazione delle acque di pioggia nelle formazioni delle acque di pioggia nelle formazioni permeabili che affiorano generalmente permeabili che affiorano generalmente sui rilievi: le acque infiltrate sono sui rilievi: le acque infiltrate sono costrette a seguire la geometria delle costrette a seguire la geometria delle formazioni permeabili che, per cause formazioni permeabili che, per cause geologiche (pieghe e faglie), possono geologiche (pieghe e faglie), possono scendere fino a diverse centinaia, talora scendere fino a diverse centinaia, talora anche qualche migliaio di metri sotto il anche qualche migliaio di metri sotto il piano campagna.piano campagna.

In Fig. 3 si riporta lo schema di alimentazione del bacino termale In Fig. 3 si riporta lo schema di alimentazione del bacino termale euganeo (Abano, Montegrotto, Battaglia), che presenta le seguenti euganeo (Abano, Montegrotto, Battaglia), che presenta le seguenti caratteristiche:caratteristiche:

a) una infiltrazione localizzata in una fascia a quota media di 1500 metri, a) una infiltrazione localizzata in una fascia a quota media di 1500 metri, definita grazie ai dati del deuterio; definita grazie ai dati del deuterio;

b) una circolazione profonda che raggiunge qualche migliaio di metri e b) una circolazione profonda che raggiunge qualche migliaio di metri e che consente all’acqua di acquisire una elevata temperatura;che consente all’acqua di acquisire una elevata temperatura;

c) una permanenza nel sottosuolo di almeno alcuni decenni,valutati c) una permanenza nel sottosuolo di almeno alcuni decenni,valutati in base ai dati di analisi del tritio; in base ai dati di analisi del tritio;

d) una fase di risalita veloce, che consente la conservazione di buona d) una fase di risalita veloce, che consente la conservazione di buona parte della temperatura acquisita nella discesa.parte della temperatura acquisita nella discesa.