Le pompe di calore geotermiche sfruttano l’energia geotermica rinnovabile che si ricava dal calore endogeno della terra. Il calore si manifesta con il progressivo aumento della temperatura all’aumentare della profondità di infissione delle sonde captanti. Oggi la geotermia diventa un’alternativa sostenibile ed efficiente alle caldaie tradizionali a combustibili fossili. Anche in ambito edilizio grazie all’accoppiamento delle sonde geotermiche con le Pompe di Calore e gli Impianti Fotovoltaici.
La geotermia: generalità e definizione
La geotermia è un’energia pulita ed inesauribile che sfrutta la temperatura costante presente nel sottosuolo per riscaldare o raffrescare gli edifici.
L’energia termica accumulata nel sottosuolo è resa disponibile tramite vettori fluidi (acqua o vapore acqueo), naturali o immessi. Scaturiscono dal cosiddetto “serbatoio geotermico” fino alla superficie in due modi differenti:
- in maniera spontanea (ad es. sorgenti termali, soffioni o geyser)
- erogati artificialmente tramite la perforazione meccanica di un pozzo geotermico.
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La geotermia: il calore della terra
Il calore endogeno terrestre si manifesta con l’incremento progressivo della temperatura del suolo, (ed in particolare delle rocce) all’aumentare della profondità. Il gradiente geotermico è in media di +3°C ogni 100m di profondità.
Alcune zone, per via di anomalie geologiche o per la presenza di vene vulcaniche o di sacche sotterranee di gas ad alta temperatura, presentano gradienti molto più alti della media. Possono arrivare anche a +12°C ogni 100m.
Gli usi diretti del calore geotermico a bassa entalpia
Gli usi diretti del calore geotermico si riconducono principalmente al riscaldamento di edifici, di serre agricole e all’uso in determinati processi industriali.
Normalmente il fluido geotermico a bassa entalpia cede calore ad un fluido vettore secondario in uno scambiatore a superficie. I reflui liquidi sono quindi re-iniettati nel suolo e gli eventuali reflui gassosi si disperdono in atmosfera.
Il fluido vettore secondario è quindi immesso in una rete di distribuzione del calore operante a circuito chiuso.
Nel caso di temperature troppo basse per un utilizzo diretto del calore dei fluidi geotermici, sono utilizzate Pompe di calore per ricavarne la temperatura utile necessaria.
La geotermia: la Pompa di Calore e le sonde
Grazie all’utilizzo di una Pompa di Calore (PdC) l’energia geotermica può essere utilizzata per sostituire i generatori tradizionali ad energia fossile. Offre notevoli vantaggi ambientali (non si producono reflui combustivi) ed energetici (efficienza molto maggiore delle caldaie a combustibili fossili).
La differenza principale tra le sonde geotermiche orizzontali, verticali e a scambio termico è soprattutto imputabile alla profondità a cui sono installate ed alla loro capacità di estrarre energia termica dal sottosuolo.
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Le sonde delle pompe di calore geotermiche: caratteristiche e costi medi
Le sonde geotermiche, altrimenti definite sonde di captazione, sono lo scambiatore di calore con il suolo. Generalmente sono composte da un tubo in plastica rivestito di materiale isolante che circonda un tubo in acciaio.
Il costo medio degli scavi e delle sonde al metro lineare varia a seconda del tipo di sonda e della profondità di infissione nel suolo. In media può oscillare da 1.000€ a 2.500€ al metro.
Pompe di calore geotermiche a sonde orizzontali
Le sonde orizzontali vengono posate nel terreno ad una profondità di circa 2-3 metri sotto al piano campagna. Sono in genere più adatte a zone con un elevato contenuto di acqua.
Sono indicate per l’installazione in zone temperate e con terreno ben esposto all’irraggiamento solare. Il fluido delle sonde geotermiche, infatti, a contatto con il suolo si riscalda ed evapora facilmente. In questo modo capta l’energia termica dal terreno destinandola al riscaldamento degli ambienti antropizzati.
Queste sonde geotermiche non sono adatte a garantire anche il raffrescamento degli edifici. Nei mesi più caldi, infatti, il suolo in superficie può raggiungere temperature elevate che riducono pertanto la generazione di acqua fredda.
Pompe di calore geotermiche a sonde verticali
Le sonde verticali vengono infisse fino ad una profondità di 100 metri o più. Offrono maggiori prestazioni in zone con una minore quantità di acqua.
Sono meno soggette alla mutevolezza delle condizioni ambientali (meteoclimatiche) e sono calate in pozzi del diametro di pochi centimetri. Questo in base alla potenza termica necessaria per soddisfare il fabbisogno energetico.
Questa tipologia di sonda geotermica sfrutta la capacità del suolo di mantenere una temperatura costante. Per ricavarne calore, il fluido deve avere una temperatura di 4-6°C più bassa di quella del terreno, consentendo uno scambio termico ottimale tra i due.
Pompe di calore geotermiche a scambio termico
Le sonde a scambio termico utilizzano un sistema di tubi che circolano nel sottosuolo per estrarre calore dall’acqua ivi presente.
Questa tipologia di sonda favorisce pertanto lo scambio termico con l’acqua di falda ed è realizzabile solo nel caso in cui nel sottosuolo sia presente una falda acquifera da sfruttare come scambiatore termico.
Per l’installazione della sonda a scambio termico è necessario eseguire interventi preliminari di scavo e trivellazione. L’obiettivo è ridurre il rischio di inquinare o contaminare l’acqua di falda con le sonde, che dovranno quindi essere completamente isolate.
L’acqua di falda può presentare una temperatura variabile da 13°C a 15°C in stagione invernale.
Ricordo infine che per utilizzare l’acqua di falda con una PdC è necessario richiedere una concessione e, in base alla portata annua, va corrisposto un contributo di utilizzo.
Geotermia + pompa di calore + fotovoltaico: la combinazione perfetta
L’accoppiamento di una o più sonde geotermiche ad una pompa di calore e ad un impianto fotovoltaico offre molteplici vantaggi. La PdC utilizza l’energia geotermica per produrre calore per gli edifici durante l’inverno e per raffrescare gli stessi durante l’estate. L’impianto FV, dal canto suo, offre energia elettrica pulita per alimentare la pompa di calore e la casa, riducendo ulteriormente l’impatto ambientale.
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Il D.L. 1 Marzo 2022, n.17
È stato pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 50 del 01/03/2022 (con entrata in vigore del provvedimento il 16/3/2022), il Decreto-Legge 1° Marzo 2022 , n. 17 recante il titolo “Misure urgenti per il contenimento dei costi dell’energia elettrica e del gas naturale, per lo sviluppo delle energie rinnovabili e per il rilancio delle politiche industriali”.
L’Art. 15 “Semplificazioni per impianti a sonde geotermiche a circuito chiuso”, recita:
All’Articolo 25 del Decreto Legislativo 8 Novembre 2021 n. 199, dopo il Comma 6 sono inseriti i seguenti:
«6-bis . Entro sessanta giorni dalla data di entrata in vigore della presente disposizione, con decreto del Ministro della transizione ecologica sono stabilite le prescrizioni per la posa in opera degli impianti di produzione di calore da risorsa geotermica, ossia sonde geotermiche, destinati al riscaldamento e alla climatizzazione di edifici e alla produzione di energia elettrica.
6-ter . Con il medesimo decreto di cui al comma 6 –bis sono inoltre individuati i casi in cui si applica la procedura abilitativa semplificata di cui all’articolo 6 del decreto legislativo 3 marzo 2011, n. 28, nonché i casi in cui l’installazione può essere considerata attività edilizia libera, a condizione che tali impianti abbiano una potenza inferiore a 2 MW e scambino solo energia termica con il terreno, utilizzando un fluido vettore che circola in apposite sonde geotermiche poste a contatto con il terreno, senza effettuare prelievi o immissione di fluidi nel sottosuolo.»
Conclusioni
L’energia geotermica in accoppiamento ad una pompa di calore e ad un impianto fotovoltaico rappresenta una soluzione ecologica ed economica per la produzione di calore ed elettricità.
La scelta del tipo di sonda geotermica dipende dalla profondità di infissione delle sonde nel sottosuolo e dalla quantità di acqua presente nella zona. In ogni caso la soluzione offre notevoli vantaggi rispetto ai tradizionali generatori a combustibili fossili principalmente due motivi:
- l’assenza di canne fumarie e quindi di emissioni atmosferiche inquinanti
- l’efficienza di questo sistema, notevolmente superiore alle caldaie a gas tradizionali
Per il progetto energetico preliminare di edifici sostenibili
Ingegnere Edile/Architetto, laureatomi presso l’Università degli Studi di Pavia.
Svolgo l’attività di libero professionista, sono CTU presso il foro Alessandrino e mi dedico alle tematiche energetiche, all’impiantistica, alle fonti rinnovabili ed alla sostenibilità in edilizia.
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