Come funziona un impianto geotermico

Tipologie di impianti geotermici a bassa entalpia

Le pompe di calore geotermiche, che esteticamente assomigliano alla comune caldaia, utilizzano il terreno o l’acqua che si trova nel sottosuolo come fonte o come dispersore di calore. Il trasporto del calore avviene per mezzo della stessa acqua o mediante un liquido antigelo. Il sistema di tubazioni che percorre il terreno può essere aperto o chiuso.

 

Nel sistema aperto si sfrutta l’acqua di falda sia come sorgente di energia termica sia come fluido che scorre nel circuito che scambia energia con la pompa di calore. In questa tipologia di impianti vengono realizzati pozzi, alimentati dalla falda, da cui l’acqua viene prelevata ed inviata allo scambiatore che si connette con la pompa di calore, per poi essere pompata nuovamente in falda usando un altro pozzo; nel caso in cui sia utilizzato lo stesso pozzo, l’acqua di ritorno viene pompata sulla superficie del pozzo mentre quella di alimentazione viene prelevata dal fondo

 

 

Nel sistema chiuso il calore è intercettato dal terreno per mezzo di una tubazione continua sotterranea, con al suo interno un fluido rifregerante o liquido antigelo (glicole) mantenuto a bassa temperatura e

pressurizzato. Vengono installate un sistema di tubazioni in PVC ad U poste verticalmente in appositi pozzi precedentemente perforati “sistema verticale” o orizzontalmente previa realizzazione nel terreno di una trincea “sistema orizzontale”.

Si parla anche rispettivamente di “sonde geotermiche verticali” o “stendimenti orizzontali“.

 

Sfruttamento diretto della falda freatica attraverso sistemi a circuito aperto

In accordo a fonti bibliografiche le acque sotterranee mantengono, al di sotto dei 20-30 m di profondità, delle temperature costanti di circa 12-13°C   con variazioni locali. Lo sfruttamento a scopi geotermici della falda freatica è possibile attraverso pozzi unici o multipli (pozzi di estrazione e di     reimmissione) e richiede il consueto iter istruttorio riservato ai pozzi per acqua (D.P.G.R. n.10/R del 2003).

Questo metodo prevede l’estrazione di acqua attraverso l’emungimento da un pozzo e l’utilizzo di una pompa di calore che ne trattiene l’energia fornendo all’impianto di riscaldamento acqua calda ad una temperatura sufficientemente elevata. Una volta raffreddata dal ciclo di scambio termico, l’acqua viene reimmessa in falda mediante un secondo pozzo o, in alternativa, scaricata in corpi idrici superficiali o nella rete fognaria. Occorre tuttavia tenere in conto di possibili problemi di carattere ambientale connessi al metodo di sfruttamento, quali il depauperamento della risorsa idrica (se l’acqua emunta non viene reimmessa o se ciò non viene fatto in modo consono) e possibili fenomeni di alterazione della qualità idrochimica della stessa (se il circuito d’iniezione non è totalmente chiuso o se si induce una variazione troppo elevata di temperatura).

Cenni sul funzionamento di una pompa di calore

La pompa di calore è a tutti gli effetti una “macchina termodinamica” che sfrutta una conveniente sorgente di calore; in altre parole, è un dispositivo che – funzionando sulla base di un normale ciclo frigorifero – trasferisce il calore assorbito dalla sorgente a temperatura più bassa (il terreno, l’acqua di falda o superficiale) a un utilizzatore a temperatura più alta (l’impianto di riscaldamento) – quindi in direzione contraria a quella naturale – tramite la fornitura di un lavoro meccanico o elettrico (analogia con ciclo frigorifero).

Esso sfrutta una certa quantità di energia elettrica che viene assorbita dal compressore. I componenti principali di una pompa di calore sono:

• l’evaporatore, è uno scambiatore di calore che assorbe il calore della sorgente fredda e fa evaporare il fluido refrigerante;
• il compressore, che comprime il fluido refrigerante presente all’interno del circuito elevandone temperatura e pressione;
• il condensatore, altro scambiatore di calore la cui funzione è quella di riportare il fluido refrigerante da vapore a liquido cedendo il calore alla sorgente calda (impianto di riscaldamento);
• la valvola di espansione, che riabbassa la pressione e la temperatura del fluido refrigerante chiudendo il ciclo.

L’insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo termodinamico della pompa di calore: utilizzando l’energia del compressore (elettrica), il fluido termovettore, nell’evaporatore, assorbe calore dalla fonte esterna a disposizione e, tramite il condensatore, lo cede all’ambiente da riscaldare.

Il rendimento di una pompa di calore indicato con l’acronimo C.O.P. (coefficiente di prestazione) è definito come il rapporto tra il calore fornito e l’energia elettrica assorbita. Esso dipende in  modo significativo dalla differenza di temperatura tra la sorgente calda e quella fredda.