Geotermia
Tutte queste richieste, che a tutti paiono ovvie, trovano risposte esaurienti nell' ENERGIA GEOTERMICA, a cui provvede semplicemente una legge della Natura.
Il termine Geo indica "Terra" per cui l'energia geotermica sfrutta il calore della terra.
Questo calore calore proviene sa due fonti, una in profondità, mentre l'altra proviene dall'esterno del nostro pianeta. Per cui, man mano che si scende sotto terra, la temperatura aumenta grazie all'energia geotermica che dal nucleo terrestre si dirige verso la superficie; mentre in superficie il terreno assorbe quasi la metà dell'energia che riceve dal Sole.
Si tratta di una fonte di energia INESAURIBILE, costantemente disponibile e soprattutto RINNOVABILE.
Generalmente siamo abituati a pensare alla GEOTERMIA in termini di vapore da utilizzare in centrali termoelettriche, come per esempio a Larderello, oppure come acque termali
per usi diretti volti alla climatizzazione; tuttavia è evidente che può essere considerata una risorsa del genere anche il "terreno" di casa nostra.
A pochi metri di profondità dalla superficie terrestre il terreno mantiene una temperatura quasi costante per tutto l'anno, e questo ci permette di ESTRARRE CALORE d'inverno per riscaldare un ambiente, e di CEDERE CALORE durante l'estate per raffrescare lo stesso ambiente.
Tale scambio di calore viene realizzato con POMPE di CALORE ABBINATE A SONDE GEOTERMICHE che sfruttando questo principio permettono di riscaldare e raffrescare le nostre case con un unico impianto assicurando un alto grado di rendimento sull'arco dell'intera stagione, e con un fabbisogno di energia elettrica contenuto rispetto alle prestazioni.
Non è neppure necessario alcun apporto termico esterno (per esempio una caldaia a metano) per coprire le punte invernali
Un impianto che funziona ad energia geotermica e 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 deIl'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.
Il numero delle sonde geotermiche e la profondità d'installazione (da 50 a 150 metri) variano in funzione dell'energia termica richiesta.
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.
FUNZIONAMENTO INVERNALE
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.
FUNZIONAMENTO ESTIVO
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 questo si aggiunge il vantaggio di poter effettuare anche un preraffreddamento dell'aria utilizzando direttamente il fluido circolante nelle sonde geotermiche, mentre l'acqua refrigerata viene usata solo per la deumidificazione raffreddando l'aria sotto il punto di rugiada.
Una pompa di calore è una macchina termica che funziona ad energia elettrica, che trasferisce l'energia termica da fluido ad un altro.
Un esempio di pompa di calore è il frigorifero, oppure la macchina esterna dei condizionatori.
La pompa di calore è reversibile, nel senso che produce calore per l'inverno e rinfresca d'estate.
Ho utilizzato il termine "produce", ma va ribadido che non è corretto, la porola giusta è "trasferire"
Una pompa di calore a secondo dei fluidi che entrano in gioco nello scambio termico, possono essere di diversi tipi:Pompa di calore ACQUA-ACQUA che sfrutta l'energia dell'acqua di una falda o sorgiva termale
Pompa di calore TERRA-ACQUA che sfrutta l'energia del terreno ( geo) per trasferirlo al fluido di un impianto di climatizzazione.
Il rendimento di una pompa di calore viene misurato con C.O.P.; vale a dire che una pompa di calore ha C.O.P. 4 significa che ogni Kw elettrico consumato, ho 4 Kw termici. Proprio un ottimo rendimento.
L’installazione di impianti geotermici risulta particolarmente vantaggiose per i seguenti motivi:
Impianto
A livello impiantistico, un’unica macchina silenziosa e dalle dimensioni contenute, consente sia di riscaldare che di raffrescare. La pompa di calore geotermica sostituisce quindi in tutto e per tutto caldaia per il riscaldamento ed i gruppi frigo per il raffrescamento; può essere alloggiata in qualsiasi locale, perchè non necessita di ambienti dedicati e non necessita di canna fumaria.
Tutto ciò consente un notevole recupero di spazi all’interno dell’edificio ed una riduzione degli oneri relativi alle opere murarie accessorie.
Sicurezza
Dal punto di vista della sicurezza, l’impianto geotermico rappresenta quanto di meglio possa offrire la tecnologia, in quanto non è più necessario l’utilizzo di alcun combustibile, e questo azzera i pericoli derivanti da: perdite di gas con conseguente pericolo di saturazione;perdita di monossido di carbonio da scarichi della caldaia;pericolosi stoccaggi ad elevato rischio di incendio, che in caso di rottura possono sversare il proprio contenuto al suolo, con conseguenti contaminazioni ed inquinamento dei suoli e delle falde.
Ambiente
Gli impianti di climatizzazione geotermici rappresentano una delle tecnologie meno inquinanti, e più rispettose dell’ambiente. In questo tipo di impianti si ha la totale assenza di emissioni di CO2 o di altre sostanze nocive (ossidi di azoto, ossidi di zolfo, polveri sottili, particolato, PM10, PM2,5, residui che si depositano nell’ambiente dove si vive o si lavora o anche policiclici aromatici cancerogeni, e diossine in caso di perdita di efficienza del bruciatore). Secondo il rapporto EPA, gli impianti geotermici, sono il sistema che ha il più basso valore delle emissioni di CO2 fra tutte le tecnologie disponibili per la climatizzazione e il più basso impatto ambientale complessivo. Durante l’estate poi, questi impianti non contribuiscono in alcun modo all’inquinamento termico dell’atmosfera, in quanto smaltiscono il calore nel sottosuolo, generando accumulo termico per la stagione invernale
successiva.
Costi di gestione
I consumi di corrente elettrica sono bassissimi. I risparmi sui costi di gestione sono consistenti e le manutenzioni sugli impianti molto limitate. Inoltre utilizzando la tecnica del raffrescamento passivo o free cooling possibile raffrescare gli ambienti a costo zero. Il grafico mostra i costi energetici di una tipica villa unifamiliare in pianura padana.
Manutenzioni
Le manutenzioni ad un impianto di climatizzazione geotermica sono pressoché nulle rispetto alle costose manutenzioni necessarie alla caldaia (pulizia del camino, controllo del bruciatore, etc.) ai gruppi frigoriferi.
Durata degli impianti
La durata degli impianti supera di gran lunga quella dell’edificio che li ospita. Le prime sonde geotermiche in polietilene HD sono state installate in Germania 50 anni fa. E’ presumibile ipotizzare che le sonde installate oggi durino almeno 50 anni. La vita media delle migliori pompe di calore geotermiche, ammonta a circa 40.000 ore di funzionamento. Considerato che una pompa di calore lavora dalle 2.000 alle 2.500 ore/anno, la durata di un macchinario di questo tipo è pari a circa 20 anni.
Equipaggiamento e gestione di facile utilizzo
Si tratta di una semplice pompa di calore, e le modalità di controllo, in particolare se si adotta un’installazione decentralizzata zona termica per zona termica, sono a portata dell’ utente privato, che deve gestire un semplice selettore.
Architettura
Non è più necessario installare anti-estetici gruppi frigoriferi al di fuori degli edifici, lasciando spazio disponibile per altro impiego, eliminando i problemi di corrosione e rendendo più semplice la manutenzione vista la maggiore accessibilità dell’impianto. Non richiedendo gas, non è più necessario ricavare nicchie per l’alloggiamento di ingombranti e
costosi contatori. L’integrità di ogni stile architettonico può essere completamente mantenuta a causa della totale assenza di dispositivi visibili esterni. Questo vantaggio risulta particolarmente evidente in ristrutturazioni di pregio di edifici storici sottoposti a vincoli urbanistici.
Isole termiche
Nelle grandi città, l’utilizzo di condizionatori ad aria, crea all’interno dell’ area urbana, il cosiddetto fenomeno delle isole termiche. I condizionatori immettono aria calda in atmosfera. A causa della ventilazione non sufficiente in quanto ostacolata dai palazzi, in particolari condizioni si creano situazioni in cui la temperatura dei centri urbani arriva ad essere di parecchi gradi superiore a quella del territorio circostante. Questo fenomeno dovuto anche al traffico veicolare, potrebbe essere notevolmente contenuto se lo scambio avvenisse con il sottosuolo.
Minore utilizzo di refrigeranti
Le pompe di calore acqua-aria e acqua-acqua contengono al loro interno un sistema di refrigerazione, il che riduce il rischio di perdite di HCFC e mal funzionamenti dovuti a errata carica o connessione. Richiedono inoltre una quantità inferiore dal 20% al 70% di refrigerante rispetto a un’apparecchiatura tradizionale.
Efficienza elevata
In caso di grosse installazioni, se il sistema è correttamente dimensionato (cosa sempre importante, ma fondamentale per questo tipo di impianti), la temperatura del fluido termovettore negli scambiatori a terreno assicura un rendimento superiore a quello dei sistemi convenzionali ad aria o a combustibili fossili, sia per la costanza nel tempo, che per il livello termico più prossimo a quello medio di riscaldamento (teorema di Carnot); la stabilità di temperatura garantisce inoltre una elevata efficienza del sistema.
Acqua calda sanitaria pressocchè gratuita
I centri commerciali, che utilizzano frigoriferi per la conservazione delle derrate alimentari dispongono di un’abbondanza di calore da cedere che viene assorbito dall’impianto nel funzionamento in condizionamento; con un sistema a pompa di calore questo calore può essere facilmente utilizzato per il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, attraverso heat recovery coils su alcune unità o con pompe di calore acqua-acqua dedicate, riuscendo anche a ridurre il numero delle sonde geotermiche (infatti in questo caso la maggior parte del calore è rimossa prima di essere re-immessa nel terreno attraverso gli scambiatori).
Maggiore efficienza in parzializzazione
Se questi impianti lavorano a carico parziale, incrementano l’efficienza rispetto a quando operano a pieno carico: quando gli scambiatori sono parzialmente caricati infatti, la temperatura del fluido termovettore è più prossima a quella del terreno, di conseguenza più bassa in raffrescamento e più elevata in riscaldamento, e di conseguenza l’ efficienza del sistema è incrementata
