Geotermico

SISTEMA A SONDE VERTICALI (SGV)
Il sistema di "prelevare" il calore geotermico tramite perforazioni verticali è il più diffuso.
Mediamente le perforazioni arrivano ad un profondità di circa 100 metri, con un diametro di circa 15 cm. In questi fori, con l'aiuto di contrappesi, vengono calate le sonde geotermiche, composte da 2 o 4 tubi con conformazione a U che scendono e risalgono in unico circuito: se la sonda è unica partono e arrivano direttamente alla PDC, se sono più di una si raggruppano in superficie ad un collettore, collegato poi alla PDC.
Il foro viene poi riempito e sigillato con cementi bentonitici, che hanno la peculiarità di saturare gli spazi e creare la miglior conducibilità tra il fluido delle sonde e il terreno circostante e impediscono la comunicazione tra eventuali falde acquifere attraversate dalla perforazione.
Qualunque tipo di sonda geotermica è di fatto uno scambiatore termico ad anello chiuso, in cui il fluido (acqua glicolata) scorrendo si riscalda, anche se il calore in questo caso si riferisce a temperature relativamente basse.
In funzione della potenza della pompa di calore necessaria all'edificio da climatizzare, si dimensioneranno la lunghezza dello scambiatore geotermico e di conseguenza la lunghezza e il numero delle sonde.
Di massima, per ottenere dal fluido glicolato 1 kw di energia geotermica sono necessari dai 10 ai 15 metri di sonda verticale, variabili in relazione alle caratteristiche geologiche del terreno.
La sonda verticale e' il tipo di collettore geotermico più costante, perchè a circa 100 m di profondità la temperatura e' stabile intorno ai 10°C tutto l'anno, non subendo le variazioni stagionali che invece influiscono a profondità di pochi metri, dove ad esempio si installano le sonde orizzontali.
Da questo ottimale scambio termico consegue una migliore efficienza della PDC sia nella funzione riscaldamento che in quella del raffrescamento, che per questa ragione normalmente può essere di tipo passivo (il caso in cui lo scambio termico avviene direttamente tra sonde geotermiche e la distribuzione radiante dell'edificio).
Un altro importante vantaggio di questa soluzione e' lo spazio minimo richiesto, e di conseguenza occupato, dal campo sonde.
Nel caso di un'unica sonda la perforazione può essere eseguita in qualunque punto, limitrofo o anche sottostante l'edificio stesso; lo stesso vale nel caso di più sonde (la distanza necessaria tra le stesse e' di circa 8 metri). Dopo l'esecuzione delle operazioni di posa delle sonde, il terreno viene risistemato senza lasciare traccia o limiti al suo utilizzo.
L'unico limite di questa applicazione è il maggior costo di installazione dell'impianto, dovuto agli interventi di perforazione eseguiti con macchinari specifici. Questa differenza economica iniziale va intesa come un reale investimento, rapportato alla durata dell'impianto e dell'edifico e ai concreti risparmi sui costi d'esercizio.
Per raffrescamento attivo (active-cooling) si intende il caso in cui lo scambio termico avviene tramite la PDC, che funzionando a ciclo inverso rispetto al periodo invernale, controlla e all'occorrenza produce acqua a temperatura
inferiore a quella che naturalmente arriva dalle sonde.

SISTEMA A SONDE ORIZZONTALI (SGO)
Quando è disponibile un'ampia area verde limitrofa all'edificio, può essere opportuno utilizzare questa la soluzione. Qui il collettore geotermico si sviluppa in orizzontale ad una profondità di circa 1.5 m., quindi sotto l'eventuale livello di congelamento del terreno. In questo caso una singola sonda viene disposta secondo differenti configurazioni (a tutto campo, a trincea): tutte hanno un rendimento geotermico analogo, la scelta viene determinata in relazione ai costi edili, diversamente ottimizzabili da cantiere a cantiere.
Normalmente la superficie verde occupata da un sistema a sonde orizzontali è doppia rispetto alla superficie da riscaldare nell'edificio: in considerazione della tipologia del terreno, il rapporto da considerare è di circa
25 mq per 1 kw.
Il grande vantaggio di questo sistema rispetto a quello a sonde verticali è dato dai minori costi di realizzazione: infatti le necessarie opere di sbancamento o esecuzione di trincee poco profonde permettono un notevole risparmio rispetto alle perforazioni per la posa di sonde verticali, qui non necessarie.
Le prestazioni geotermiche che otteniamo a profondità così limitate possono essere condizionate dalle condizioni climatiche esterne, per questo sono leggermente inferiori a quelle ottenute dalla SGV.
E' preferibile che il campo sonde sia sempre eseguito in un'ara verde e soleggiata, in cui non sarà possibile edificare altre costruzioni o piantumare alberi ad alto fusto.

SITEMA ACQUA-ACQUA
Nelle aree geografiche in cui siano presenti falde acquifere a profondità limitate (0/30 m), è possibile utilizzare la stessa acqua di falda come vettore geotermico: in zone in prossimità di fiumi, laghi o risaie, in aree urbane con particolari caratteristiche idro-geologiche (ad esempio nella città di Milano sono presenti diversi grandi impianti geotermici ad acqua di falda, uno fra tutti l'impianto che climatizza il famoso teatro "La Scala"), in presenza di pozzi precedentemente realizzati. L'utilizzo diretto dell'acqua di falda offre due grandi vantaggi in termini di efficienza dell'impianto:
• la temperatura dell'acqua più elevata rispetto a quella che si rileva nei circuiti delle sonde: normalmente si riscontrano 12°/14°C, ma non è raro arrivare anche 16°C
• la temperatura dell'acqua costante tutto l'anno
Questi due fattori determinano in modo diretto e importante il rendimento della PDC, solo in parte limitato dai consumi elettrici dati dalla pompa del pozzo di prelievo, che sono comunque contenuti se la falda risiede alle profondità dette sopra.
Ancora più interessante è il forte risparmio che si ottiene sui costi di realizzazione dell'impianto geotermico, specie quando si tratta di impianti di medie o grandi dimensioni. Normalmente è sufficiente l'esecuzione di un pozzo di emungimento ed uno per lo scarico, in luogo delle diverse perforazioni necessarie per le sonde verticali. Il dimensionamento dell'impianto in questo caso avviene sulla portata della pompa di emungimento (mentre nell'impianto a sonde è basato sulla lunghezza e sul numero delle sonde stesse): normalmente per produrre 1 kw, sono necessari circa 200 lt/ora, per 10/12 ore giorno.
In questi impianti si utilizza direttamente l'acqua di falda come vettore geotermico, per questo motivo sono anche chiamati a circuito aperto: in sintesi, passando attraverso uno scambiatore, l'acqua "cede" circa 4°C alla PDC, prima di tornare in falda, pura e pulita come prima.
In un'area geografica dove sia presente acqua di falda, l'utilizzo di questa tecnologia può essere condizionato dagli iter autorizzativi: la normativa che regola i permessi per l'esecuzione di pozzi di emungimento e scarico varia da regione a regione, e spesso è in fase di definizione o aggiornamento.

SITEMA ARIA-ACQUA
In alcune particolari condizioni climatiche o di tipo di esercizio può essere interessante valutare, in alternativa ad un impianto classico, una PDC che utilizza direttamente l'aria come fonte termica (attraverso circuiti ad acqua).
In effetti, anche dall'aria è possibile estrarre calore o freddo all'occorrenza, e tramite una PDC ottenere le temperature necessarie alla climatizzazione dell'edificio: i comuni sistemi di condizionamento utilizzano da anni queste soluzioni.
Concettualmente però se il punto di forza degli impianti a PDC geotermici è la temperatura del vettore termico (acqua/sonde) che per tutto l'anno è costante, lo svantaggio degli impianti definiti ARIA-ACQUA risiede 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: di conseguenza, l'efficienza e i costi di esercizio non sono paragonabili a quelli degli impianti geotermici a sonde.
Questo limite è in alcuni casi compensato dai costi di installazione molto contenuti (di fatto non è necessario alcun tipo di intervento edile).
Le migliori macchine attualmente 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, normalmente accorpata anche all'accumulo dell'acqua sanitaria.
Questi impianti sono adatti ad edifici con bassi consumi, ad utilizzo limitato, o situati in zone dal clima mite.