UN SISTEMA
EFFICIENTE
ISPIRATO DALLA
NATURA

Un impianto geotermico richiama la straordinaria efficienza messa in atto dalla natura. L’edificio si alimenta dal terreno sottostante attraverso un circolo virtuoso di prelievo e rilascio di energia. Così come un albero usa le radici per ottenere energia vitale dalla terra.

Gli elementi che determinano l’efficienza di un impianto geotermico sono:

la qualità del progetto e dell’installazione
la qualità della pompa di calore, noi abbiamo scelto di installare le più affidabili e performanti, di tecnologia svedese (Nibe)
il tipo di sorgente termica e quindi la sua temperatura
il tipo di sistema di distribuzione e la conseguente temperatura richiesta per il suo funzionamento
la puntuale gestione dell’impianto.

Tipologie di impianti

GEOTERMICO VERTICALE

La sonda verticale è il tipo di collettore geotermico più costante perché beneficia del fatto che  superati i 10/15 metri di profondità la temperatura del terreno rimane stabile intorno ai 10° C  per tutto l’anno. Sfruttare questa energia costante permette di avere i migliori rendimenti, sia in inverno per riscaldare sia in estate per raffrescare.

Le perforazioni, profonde in media 100/150 m, hanno un diametro di appena 15 cm. Le sonde geotermiche sono composte da 2 o 4 tubi a U che scendono e risalgono in un circuito chiuso contenente un fluido termovettore.

L’estensione del campo sonde (l’insieme delle sonde geotermiche) viene dimensionato in funzione del fabbisogno energetico e alla resa termica del sottosuolo del sito interessato.

In conclusione il  sistema a sonde geotermiche verticali si conferma valido, efficiente e longevo.

Ulteriori Dettagli

Il sistema di prelievo dell’energia geotermica più diffuso è quello che si effettua attraverso geosonde. Esse sono a tutti gli effetti uno scambiatore a  circuito chiuso tra pompa di calore e terreno. Tali sistemi sono costituiti da tubazioni in polietilene ad alta densità che scambiano calore con il terreno mediante circolazione a circuito chiuso di un fluido termovettore (acqua glicolata). La profondità media delle perforazioni per la posa delle sonde è di circa 100/150 metri, il diametro di circa 15 cm.; è determinata da diversi fattori, principalmente di carattere geologico o idrogeologico del sito in questione, come anche dalla disponibilità di superficie esterna all’edificio adeguata allo scopo.

Nel foro realizzato vengono calate le sonde geotermiche, composte da 2 o 4 tubi con conformazione a U che scendono e risalgono in unico circuito; spesso vengono utilizzate zavorre fissate al piede di sonda per agevolarne la discesa. Posata la sonda, viene iniettato dal fondo del foro un prodotto specifico premiscelato di cementi bentonitici, allo scopo di  saturare gli spazi e creare la miglior conducibilità tra fluido circolante nelle sonde e  terreno circostante e di impedire la comunicazione tra eventuali falde acquifere attraversate dalla perforazione.Se il campo è composto da una sola sonda, la stessa verrà collegata direttamente alla PDC. Se, come normalmente succede, le sonde sono diverse, attraverso collegamenti orizzontali realizzati a circa 1 metro dal piano campagna le stesse convergono in un collettore geotermico che a sua volta sarà poi collegato idraulicamente alla PDC con singoli circuiti di mandata e di ritorno.

GEOTERMICO ORIZZONTALE

Quando è disponibile un’ampia area verde limitrofa all’edificio, può essere valutata l’applicazione di questa soluzione a sonde orizzontali.

Questa scelta consente di contenere il costo iniziale per la realizzazione del campo sonde, in quanto non è richiesto l’uso di macchine e attrezzature specifiche. Le sonde vengono posate ad una profondità limitata, pertanto in esercizio l’impianto risentirà inevitabilmente dell’oscillazione stagionale della temperatura del terreno, tuttavia  manterrà una buona efficienza.

La superficie verde occupata da un sistema a sonde orizzontali è, indicativamente, doppia rispetto alla superficie da riscaldare nell’edificio. Servono circa 25 mq per prelevare 1 kW.

Il principale vantaggio rispetto alla soluzione classica a sonde verticali consiste nella minore incidenza dei costi della parte di captazione geotermica (il layout di centrale invece non cambia).

Ulteriori Dettagli
Quando è disponibile un’ampia area verde limitrofa all’edificio, può essere valutata l’applicazione di questa soluzione.
L’obiettivo è conteanere il costo di realizzazione del campo sonde, ma inevitabilmente permette di utilizzare solo l’energia geotermica molto superficiale .
In questo caso il campo sonde viene sviluppato orizzontalmente, con la posa di tubi in PE disposti secondo differenti configurazioni (a tutto campo, a trincea , ecc.) e anche in questo caso per praticità si realizzano diversi circuiti che convergono in due collettori di mandata e di ritorno, da cui partono i collegamenti con la PDC.
Normalmente la profondità a cui avviene la posa è di circa 1.5 metri dal piano campagna per rimanere ampiamente al di sotto dell’eventuale livello di congelamento del terreno.

Per contro, si evidenziano i seguenti svantaggi:
sistema meno performante perché la sua efficienza è influenzata dalle temperature esterne;
non consigliato per raffrescamento estivo: se abbinato ad un impianto di distribuzione ad alta temperatura deve essere opportunamente sovradimensionato;
sull’area interessata dal campo sonde non è possibile edificare, realizzare pavimentazioni, piantumare alberi ad alto fusto e sempreverdi (non ci sono problemi per la destinazione a giardino o a frutteto).

IDROTERMICO

Nelle aree geografiche in cui sono presenti falde acquifere stabili e a profondità limitate, molto frequenti nella Pianura Padana, è possibile utilizzare direttamente l’acqua di falda come vettore termico primario.

L’impianto idrotermico, o a circuito aperto, è vantaggioso in termini di efficienza, dato che  la temperatura dell’acqua di falda è normalmente  costante tutto l’anno. I costi iniziali di realizzazione dell’impianto si riducono notevolmente, specie per impianti di medie o grandi dimensioni.

L’acqua prelevata, utilizzata e reimmessa in falda, non è in alcun modo alterata chimicamente.

Il maggior vantaggio del sistema ad acqua rispetto a quello a sonde è dato dall’investimento iniziale, decisamente più contenuto.

Ulteriori Dettagli

A differenza della temperatura del fluido in un “circuito chiuso” dove si riscontra una fisiologica deriva stagionale, in un impianto geotermico ad acqua di falda il fluido termovettore ha una temperatura costante tutto l’anno. Questo vantaggio è proporzionale alla potenza installata, quindi maggiore per edifici di medie e grandi dimensioni; in questo caso, il prelievo termico viene effettuato tramite uno o al massimo due pozzi, contro la necessità di realizzare un maggiore numero di perforazioni per sviluppare tutti i metri lineari necessari a raggiungere gli stessi risultati. L’acqua di falda utilizzata per il funzionamento degli impianti viene ricondotta in falda o in uno scarico superficiale. Non è in alcun modo alterata chimicamente; termicamente cede o assume un delta di circa 4°C in relazione all’uso della PDC in riscaldamento o raffrescamento, può essere quindi riutilizzata per altri usi (irrigazione, sanitari, ecc.). In termini assoluti, il sistema a ciclo aperto è il più efficiente e consente di raggiungere valori molto elevati del coefficiente di prestazione (COP). Richiede una disamina accurata dell’assetto idrogeologico dell’area interessata, verificando la sostenibilità sia dei prelievi che delle re-immissioni in un’ottica che permetta l’utilizzo ottimale degli impianti, e lo svolgimento di iter autorizzativi più o meno articolati.

Nelle aree geografiche in cui sono presenti falde acquifere stabili e a profondità limitate (0/50 m in funzione delle dimensioni dell’edificio), è possibile utilizzare l’acqua di falda come vettore termico. Semplificando, le zone in prossimità di fiumi, laghi o risaie, e quelle di pianura in genere, presentano normalmente queste caratteristiche, che sono riscontrabili spesso anche nelle aree urbane: ad esempio due strutture conosciute a tutti,  a Torino, il Museo Egizio e il palazzo Intesa SanPaolo, sono edifici climatizzati con sistemi ad acqua di falda.

L’utilizzo dell’acqua di falda può avvenire in due modalità distinte:
Estrazione dell’acqua di falda e smaltimento in corpo idrico superficiale
Estrazione dell’acqua di falda (pozzo di prelievo) e successiva re-iniezione in altro pozzo (disperdente)

In entrambi i casi si parla di circuito aperto, con due grandi vantaggi in termini di efficienza dell’impianto:
• La temperatura dell’acqua è più elevata rispetto a quella che si rileva nei circuiti delle sonde: normalmente si riscontrano 10°/14°C, ma non è raro arrivare anche a 16°C.
• A differenza della temperatura del fluido in un “circuito chiuso” dove si riscontra una fisiologica deriva stagionale, in un impianto geotermico ad acqua di falda il fluido termovettore ha una temperatura costante tutto l’anno.
Questi due fattori determinano in modo diretto un miglior rendimento della PDC, ma bisogna considerare per contro che in questo tipo di impianti la presenza di una pompa nel pozzo di emungimento determina consumi elettrici aggiuntivi. In ragione di questo ultimo aspetto non è energeticamente conveniente attingere a falde profonde.

AEROTERMICO

Una valida alternativa alle precedenti soluzioni è l’installazione di una pompa di calore aria-acqua ad alta efficienza, che consente un notevole risparmio energetico rispetto ad un impianto tradizionale.

Infatti anche l’aria esterna può essere fonte di energia termica. Questi impianti hanno efficienza e quindi costi di esercizio non paragonabili a quelli degli impianti geotermici, per contro l’investimento iniziale è decisamente inferiore. Sono particolarmente indicati per edifici con bassi consumi, a utilizzo limitato, o situati in zone non agibili ai mezzi necessari alle trivellazioni.

Costi di installazione molto contenuti (di fatto non è necessario alcun tipo di intervento di perforazioni o altre varie edili).

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Come per gli impianti geotermici anche per quelli aerotermici è possibile provvedere con un solo impianto a tutte le esigenze dell’edificio,  generando riscaldamento, raffrescamento e ACS .
Normalmente queste macchine prevedono un gruppo esterno all’edificio, da posizionare in un’area ben ventilata, dove è collocato il gruppo di aspirazione/evaporazione/compressione, ed un gruppo interno che comprende la condensazione e tutta la parte di logica e governo della macchina, spesso in un monoblocco che accorpa anche all’accumulo dell’acqua sanitaria (bollitore), normalmente si affiancata poi un accumulo inerziale. Più recenti invece, le macchine “idroniche” includono nell’unità esterna anche il gruppo di condensazione; in questo caso il collegamento con il locale tecnico in cui sono presenti gli accumuli è idraulico e non fa parte del circuito frigorifero come nel caso delle macchine sopra descritte.
Questi impianti sono particolarmente adatti ad edifici con bassi consumi, ad utilizzo limitato (seconde case) o laddove, per limite di fasce di rispetto, non è possibile realizzare perforazioni.

In alcune particolari condizioni climatiche o di tipo di esercizio può essere interessante valutare, in alternativa ad un impianto classico geotermico, una PDC che utilizza direttamente l’aria come fonte termica (attraverso circuiti ad acqua). In effetti, anche dall’aria è possibile estrarre calore o cederlo all’occorrenza, e tramite una PDC ottenere le temperature necessarie alla climatizzazione dell’edificio: i comuni sistemi di condizionamento utilizzano da anni questo tipo di principio. Concettualmente però se il punto di forza degli impianti a PDC geotermici è la temperatura del vettore termico (acqua/sonde) costante tutto l’anno, lo svantaggio degli impianti definiti ARIA-ACQUA consiste proprio nell’incostanza della temperatura del vettore termico (aria).

La PDC in inverno deve generare calore utilizzando l’aria fredda, al contrario in estate deve produrre il raffrescamento utilizzando l’aria quando è più calda: tecnicamente si raggiunge comunque lo scopo, ma ovviamente l’efficienza e i costi di esercizio non sono paragonabili a quelli degli impianti geotermici.
Questo limite è in parte compensato dai costi di installazione molto contenuti (di fatto non è necessario alcun tipo di intervento di perforazioni o altre varie edili).
Con PDC aerotermiche di qualità è possibile comunque sostituire totalmente i sistemi tradizionali di un edificio, ottenendo benefici e risparmi sui costi annuali di gestione, specie in alternativa a caldaie a GPL o gasolio, molto interessanti.