Impianti geotermici

geotermia

Grazie all'esperienza maturata nel campo dei riscaldamento e climatizzazione, Zambelli Climasystem si è specializzata nella progettazione, realizzazione e installazione di impianti geotermici. Questo innovativo impianto permette di sfruttare la naturale energia prodotta dalla terra per riscaldare o raffreddare le abitazioni. Una tecnologia ecologica ed economica perché permette di svincolarsi dagli esosi costi delle bollette del gas e dell’elettricità, eliminando di fatto le emissioni di CO2 sprigionate nell'atmosfera dai normali impianti di riscaldamento. Il risparmio economico per chi utilizza impianti si aggira intorno all'80% dei costi energetici. Sarà dunque possibile riscaldare e raffreddare 24 ore al giorno per 365 giorni all'anno e questa innovazione sarà attuabile anche in seno a ristrutturazione di case e ambienti. Scegliere un impianto geotermico significa assicurarsi un ambiente domestico confortevole, piacevolmente caldo d’inverno e fresco d’estate, utilizzando una tecnologia rispettosa dell’ambiente e vantaggiosa dal punto di vista economico.

Centrale Geotermica

I sistemi geotermici a bassa temperatura sono diffusi, in ambito residenziale, soprattutto nel Nord Europa e negli Stati Uniti, mentre in Italia sono ancora poco conosciuti. In anni recenti anche nel nostro paese c’è stata una decisa accelerazione: in particolare, l’introduzione di incentivi mirati (vedi "Detrazione 55% per impianti di riscaldamento") ha favorito la realizzazione di numerosi nuovi impianti geotermici con pompa di calore. La possibilità di produrre, oltre che acqua calda per il riscaldamento invernale e per gli usi sanitari, anche acqua fredda per raffrescare durante l’estate, rende gli impianti geotermici l’alternativa ideale ai tradizionali impianti. Il grande vantaggio deriva dal fatto che un sistema geotermico racchiude in unico impianto le stesse funzioni normalmente demandate a due diversi apparecchi, cioè caldaie e condizionatori. Un impianto geotermico, se opportunamente dimensionato, è in grado di riscaldare e raffrescare un edificio senza l'ausilio di altri apparecchi. In questo caso si parla di impianto geotermico "monovalente". In ogni caso si tratta di impianti che si prestano bene all'integrazione con altri generatori di calore ad alta efficienza. Molto interessante, ad esempio, risulta l’abbinamento con impianti solari termici oppure con caldaie a condensazione, in regime "bivalente".

Che cos’è la geotermia?

La Geotermia è la scienza che studia il calore della terra, che è un energia inesauribile ed ecologica. I rifornimenti della terra potrebbero coprire il fabbisogno del mondo per 100.000 anni. Quando si parla di Geotermia si distingue fra l'utilizzazione diretta e l'utilizzazione mediante la pompa di calore. Per l'utilizzo del calore della terra con la pompa di calore è sufficiente una temperatura relativamente bassa (si parla in questi casi di bassa entalpia); la cosa importante è che si può sfruttare una temperatura che rimane praticamente sempre costante.

Geotermia a bassa temperatura

impianti geotermici per abitazioni

Il principio di base è quello di estrarre energia termica dal sottosuolo, trasformarla con una pompa di calore ad una temperatura più alta e poi usare quest’energia per produrre acqua calda da utilizzare per il riscaldamento o semplicemente come acqua calda stessa. Le applicazioni a bassa temperatura più comuni sono le sonde geotermiche, i pozzi di captazione e reimmissione di acque sotterranee, le serpentine nel terreno e i pali energetici. Le sonde geotermiche hanno in genere una lunghezza che si aggira intorno ai 100 m. In un sondaggio viene introdotto un circuito che serve da scambiatore di calore. I sistemi a pozzi di captazione e di reimmissione sfruttano l’acqua di falda come sorgente dell’energia. L’acqua viene raffreddata di pochi gradi. I sondaggi di captazione e di reimmissione sono normalmente più costosi, anche se meno profondi di quelli di una sonda geotermica, perché hanno un diametro maggiore e sono attrezzati con un’installazione per la captazione e la reimmissione. La condizione più importante è quella della presenza di un flusso d’acqua sufficiente.


Le serpentine nel terreno e i pali energetici non sono delle vere applicazioni della geotermia, ma sfruttano piuttosto l’energia solare che riscalda il terreno in superficie fino a pochi metri di profondità. I pali energetici sono utilizzati principalmente per la climatizzazione di costruzioni. Le serpentine vengono installate ad una profondità di 1-2 m e possono essere disposte nel terreno secondo diverse forme: areale, come trincee, pali etc... Nel caso dei pali energetici, i circuiti sono introdotti nelle strutture di fondazione di una costruzione a pali. Le tecnologie a bassa temperatura hanno bisogno di una pompa di calore che toglie energia termica dal sottosuolo e lo aggiunge al circuito di riscaldamento; quest’ultimo preferibilmente è un sistema a bassa temperatura, ad esempio un riscaldamento a serpentine.

La pompa di calore geotermica

Le installazioni geotermiche a bassa temperatura, per funzionare, hanno bisogno di una pompa di calore che trasforma l’energia estratta dall’ambiente ad una temperatura più alta, normalmente per il riscaldamento e per la produzione d’acqua calda. Esistono diversi tipi di pompe di calore che si differenziano tra loro a seconda della sorgente d’energia ambientale e del liquido termico utilizzati: salamoia-acqua, acqua-acqua, aria-acqua e aria-aria. Il funzionamento della pompa di calore è paragonabile a quello del frigorifero. Il frigorifero raffredda all'interno ma riscalda all'esterno. Installata all’interno degli edifici, la pompa di calore geotermica ne diventa il cuore dell'impianto, consentendo di trasferire calore dal terreno o dall’acqua all’ambiente interno - in fase di riscaldamento - e di invertire il ciclo nella fase di raffrescamento. La pompa di calore aumenta la temperatura mediante compressione del gas di raffreddamento. All'interno di un impianto Geotermico, l'efficienza della pompa di calore dipende dal lavoro che questa deve svolgere, quindi risulta essere più efficiente riscaldare a bassa temperatura per esempio sfruttando un sistema a distribuzione con pannelli radianti (a pavimento, parete o soffitto).
 

Per migliorare l'efficienza il più possibile è anche importante isolare bene l'edificio, in quanto l'isolamento termico consente di diminuire la percentuale di dispersione con un’ulteriore riduzione dei costi di mantenimento dell'impianto geotermico. L'uso di pompe di calore, abbinato a sonde geotermiche, sta trovando larga applicazione in molti paesi del mondo. La diffusione è destinata a diventare sempre maggiore grazie alla crescente sensibilità delle persone verso l'ambiente che va salvaguardato dagli effetti nocivi dell'inquinamento dovuto principalmente all'uso di combustibili fossili. Un ruolo importante è giocato anche dal continuo aumento dei prezzi dei combustibili tradizionali (petrolio e gas) che rende questa fonte di energia, oltre che ecologica e pulita, anche rinnovabile e molto conveniente. L'energia geotermica sfrutta la temperatura immagazzinata nel sottosuolo del nostro pianeta che, nella crosta terrestre, aumenta in maniera proporzionale mano a mano che si scende in profondità (gradiente geotermico). È possibile sfruttare questa energia gratuita presente sotto i nostri piedi, trasportandola in superficie utilizzando come vettore l'acqua contenuta all'interno di sonde geotermiche, che vengono inserite nel terreno a profondità generalmente variabili tra i 60 e i 120 metri. Il calore cosi ottenuto viene poi integrato con l'ausilio di pompe di calore.
 

In questi ultimi anni stiamo assistendo ad un vero e proprio boom delle pompe di calore geotermiche che vengono utilizzate per riscaldamento e raffreddamento di abitazioni, ma anche in serricultura, itticultura, balneologia (riscaldamento di terme e piscine), per impianti industriali ed in molti altri settori. Si tratta della cosiddetta bassa entalpia. Anche se possono usare diverse sorgenti d’energia ambientale, le pompe di calore hanno sempre lo stesso principio di funzionamento e presentano le seguenti componenti:

  • L’evaporatore: uno scambiatore di calore che assorbe l’energia termica ambientale facendo evaporare il gas.
  • Il compressore in grado di addensare il gas.
  • Il condensatore: un altro scambiatore di calore che estrae l’energia termica dal gas e la passa al sistema di riscaldamento.
  • La valvola d’espansione: una valvola termostatica che chiude il circuito.

La regolazione della pompa di calore avviene in dipendenza dalla temperatura ambientale e dalla temperatura d’entrata e d’uscita ed avviene normalmente spegnendo e accendendo la pompa a calore.

Come funzionano gli impianti geotermici?

Gli impianti geotermici sfruttano il calore che nasce nella crosta e nel mantello a causa del decadimento radioattivo di alcuni elementi che li compongono, e successivamente trasferito verso la superficie terrestre mediante convezione del magma o di acque profonde. Questo calore naturale proveniente dal sottosuolo può essere sfruttato per generare energia geotermica.

Geotermia dal suolo

La temperatura media del terreno a circa 100 mt. di profondità si aggira intorno ai 12°C. La pompa di calore sfrutta questa temperatura e la rende disponibile al sistema di riscaldamento comprimendola e portandola anche fino a 70°C. Durante l'estate questo sistema può venire semplicemente convertito in raffreddamento, con mandate in freddo sino a 8/10°C, che sono di fatto sufficienti per alimentare sistemi di raffreddamento a ventilconvettori utilizzati per fornire la cosiddetta “aria condizionata”. Alternativamente si può distribuire fresco con impianti a pannelli radianti, ottenendo maggiore efficienza e garantendo nell'ambiente una temperatura di circa 8°C inferiore rispetto a quella esterna.
 

La pompa di calore reversibile abbinata a sonde geotermiche assorbe calore dalla terra e lo trasferisce dell'abitazione o all'acqua da scaldare in inverno; viceversa in estate assorbe calore dall'abitazione e lo trasferisce al terreno. La pompa di calore geotermica sfrutta le caratteristiche del suolo che da 20 a 100 metri di profondità mantiene una temperatura di circa 14 gradi centigradi, indipendentemente dalle escursioni termiche giornaliere e stagionali. Nel suolo, utilizzato come serbatoio di calore, vengono praticate una o più perforazioni del diametro di 10-15 cm, fino a una profondità che dipende dal volume dell'edificio da servire. All'interno dei fori vengono fatte passare delle condutture in cui la pompa di calore fa circolare un fluido termovettore.
 

La pompa di calore assorbe calore attraverso il fluido in un evaporatore, ne alza la temperatura attraverso il compressore, cede calore all'ambiente circostante attraverso il condensatore; durante questo processo viene consumata energia elettrica. Il bilancio energetico è a favore del sistema, poiché è in grado di fornire più energia, sotto forma di calore, di quella elettrica utilizzata per il suo funzionamento.

Geotermia dall'acqua sotterranea

Se vi è disponibilità di acqua sotterranea per la prossimità di falde freatiche o di laghi od altre sorgenti, questa fonte di energia può essere usata nello stesso modo dell'energia del suolo. In questo caso sono di solito necessarie due perforazioni, una per portare l'acqua alla pompa di calore ed una per restituire l'acqua al sottosuolo. Questo sistema sotterraneo basato sull'acqua funziona nello stesso modo del sistema basato sul suolo e garantisce la possibilità di scaldare e rinfrescare durante tutto l'anno, giorno e notte. Questo concetto di energia ha il pregio di rendere indipendenti dal gas e dal petrolio tutti coloro che la utilizzano.
 

Questo sistema permette di sfruttare l'acqua di falda come sorgente di energia termica e come fluido termovettore. L'acqua viene prelevata da un pozzo, ed il calore viene utilizzato mediante una pompa; successivamente l'acqua viene riconvogliata nel terreno tramite un pozzetto di drenaggio. La condizione più importante è quella della presenza di un flusso d'acqua sufficiente.

Posa sonde geometriche

posa sonde geotermiche

Le sonde geotermiche ed i fasci di tubi prelevano calore dal suolo tramite un sistema di circolazione. Acqua addizionata di antigelo, serve da fluido termoconduttore. Con l'aiuto di una pompa di calore, il calore prelevato è portato alla temperatura necessaria per il riscaldamento dei locali e, all'occorrenza, dell'acqua per impianti sanitari. La posa in opera di una sonda rappresenta un intervento nel sottosuolo naturale che può raggiungere elevate profondità. Le sonde geotermiche sono costituite da tubi in plastica (polietilene) che vengono poste in opera attraverso perforazioni verticali spinte solitamente a profondità tra 50 e fino a 150 metri e permette di non sentire le variazioni di temperatura giornaliere e stagionali. La progettazione di un sistema di sonde richiede di considerare una serie di fattori che pregiudicano l'efficienza del sistema geotermico. Il fattore essenziale da considerare per la progettazione di un sistema a sonde geotermiche, è la conducibilità termica del sottosuolo. Infatti, la potenza d'estrazione è proporzionale alla conducibilità termica. In particolare bisogna considerare che l’umidità naturale del suolo è in grado di migliorare la conducibilità termica e garantire un buon contatto tra sonda e sottosuolo.

Se il terreno presenta delle acque sotterranee, la sonda geotermica penetrerà in una falda freatica che determinerà una velocità di scolo eccedente di qualche centimetro al giorno. In questo caso la quantità di calore utilizzabile aumenterà sensibilmente. A questo punto occorrerà studiare la geometria del sistema di sonde in modo da conferire loro una distanza reciproca sufficiente ad impedire l'interferenza termica tra una sonda e l'altra considerando anche lo spazio a disposizione: il range è variabile tra 4 e 8 m in base anche alla conducibilità del terreno. Il campo geotermico deve essere progettato anche per ottimizzare i consumi di energia elettrica necessaria al pompaggio dell'acqua dei pozzi. Una volta realizzato il campo geotermico e collocate tutte le sonde, il completamento dell'impianto prevede il collegamento idraulico finale e il collaudo dell’impianto stesso.

Collaudo pressione sonde

Una volta terminata la posa delle sonde si dovrà provvedere a riempire con acqua le sonde stesse in modo da mettere in pressione l’impianto per effettuare il test di tenuta. Dopo aver eseguito il test di tenuta si procede ad iniettare acqua dalla superficie nelle sonde e verificarne la fuoriuscita nello stesso quantitativo. A questo punto i quattro tubi che compongono la sonda verranno segnati rispettivamente con del nastro colorato al fine di identificare l'andata ed il ritorno.

Cementazione con miscela bentonitica

Lo scopo della cementazione con miscela bentonitica quello di mettere a contatto le sonde geotermiche con il terreno al fine di ottimizzare lo scambio termico con il terreno stesso e isolare fra di loro le eventuali falde acquifere incontrate durante la perforazione. Al fine di aumentare la conducibilità termica della miscela classica cemento/bentonite utilizzata nella realizzazione di un impianto geotermico ci sono in commercio miscele preconfezionate ed addittivate con sabbia silicea. Ad una profondità pari a 200 m, ad esempio, si ha una temperatura costante di circa 17°C; ciò permette di sfruttare le pompe di calore anche in inverno, a dispetto delle basse temperature esterne. Le sonde geotermiche assumono particolare importanza anche in occasione del risanamento di vecchi sistemi di riscaldamento, rispettando l'ordinanza sulla protezione dell'aria. Il foro, dopo l’inserimento della sonda, viene ritombato interamente con cemento, acqua e bentonite che viene iniettata a pressione. Nei tubi in polietilene viene immesso un liquido termico che assorbe l’energia immagazzinata nel sottosuolo. Questo liquido scorre nella sonda dal sottosuolo allo scambiatore di calore costituendo un vero e proprio ciclo termico.

Nello scambiatore di calore il calore viene sottratto al liquido e attraverso una pompa di calore portato a un livello termico più elevato così da poter essere utilizzato per il riscaldamento. Il liquido termico raffreddato viene riportato attraverso il circuito della sonda nel sottosuolo dove viene nuovamente riscaldato dal calore del terreno. L’impianto geotermico può essere disegnato in modo da essere utilizzato in estate per il raffreddamento. Per il calcolo dell’impianto della  sonda geotermica vengono utilizzati parametri come la richiesta di calore, le ore di funzionamento dell' impianto e la consistenza rocciosa del sottosuolo prevista. Il calore ottenibile é di circa 1 kW per una profondità della sonda di 15-25 m.

Vantaggi dell'energia geotermica

Un impianto geotermico permette di risparmiare fino all'80% dei costi di esercizio rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento e raffrescamento degli edifici. L'Energia Geotermica offre molti vantaggi. Innanzitutto, un impianto Geotermico permette di risparmiare fino all'80% dei costi di esercizio rispetto ai tradizionali sistemi.

Gli altri vantaggi dell’impianto geotermico possono essere riassunti nelle seguenti caratteristiche:

  • è facile da installare;
  • non si corre il rischio di incendi o di emissioni gassose poiché non utilizza alcun tipo di combustibile come gas, petrolio o derivati. 
  • garantisce il riscaldamento e il raffrescamento degli immobili dove è installata e l’erogazione di acqua calda 24 ore al giorno, 365 giorni all'anno;
  • le sonde geotermiche non inquinano, poiché al loro interno circolano liquidi frigoriferi antigelo completamente atossici;
  • è possibile usufruire di incentivi statali per la sua installazione;
  • si sfrutta l’energia termica che è gratuita e disponibile 365 giorni all’anno.
  • i costi di esercizio sono inferiori di circa il 60% rispetto a un sistema di riscaldamento con caldaia a metano.
  • un unico sistema permette sia di riscaldare che di raffrescare l’edificio, eliminando i costi elevati per il condizionamento estivo
  • contribuisce alla riduzione delle emissioni di inquinanti e di CO2 in atmosfera.
  • la pompa di calore geotermica è una macchina estremamente silenziosa;
  • l’assenza di processi di combustione e di canne fumarie riduce al minimo la necessità di interventi di manutenzione.
  • il sistema di climatizzazione geotermico (calore della terra) è molto più efficiente dei sistemi tradizionali e fa parte delle fonti di energia rinnovabili come indicato dal Libro Bianco dell'Energia per il Futuro “Fonti di Energia Rinnovabili” COM97 dell'Unione Europea.
  • la spesa per un impianto geotermico generalmente viene ammortizzata in 5 anni dopo i quali, con una minima spesa in termini di elettricità.

Quanto dura un impianto geotermico?

Gli impianti geotermici garantiscono una lunga durata nel tempo. La stima di vita media di un impianto geotermico viene solitamente fatta sui singoli componenti dell’impianto. È stato stimato che le pompe di calore geotermiche possono avere una durata di almeno 15-20 anni, mentre le sonde geotermiche possono funzionare senza problemi per molte decine d’anni (secondo alcune fonti fino a 80-100 anni). I pannelli radianti hanno un vita stimata in circa 20-30 anni. La cosa certamente più importante da tener presente quando si sceglie di installare un impianto geotermico è che per tutti gli anni di funzionamento dell'impianto non è necessaria alcuna manutenzione.

Dove utilizzare il geotermico?

Sono moltissimi i paesi nel mondo che sfruttano i vantaggi del sistema geotermico nel mondo: tra i principali spiccano certamente gli Stati Uniti, con più di 600.000 pompe di calore installate, la Svezia (60.000 unità), la Cina, la Svizzera l'Islanda, la Germania, il Canada, la Norvegia e la Francia. Per quanto riguarda il territorio italiano, gli impianti geotermici possono essere installati in tutte le regioni. In ogni caso è importante conoscere le caratteristiche del sottosuolo che si intende utilizzare come fonte di calore. I vantaggi dell'installazione di una pompa di calore domestica, rispetto ad un impianto tradizionale ad olio combustibile o a metano sono di carattere sociale, ecologico ed economico.

Come sfruttare la fonte di calore prodotta dal suolo

Negli ultimi anni si parla molto de energie alternative soprattutto a seguito dei molteplici rincari del prezzo del petrolio e dei suoi derivati. Il terreno contiene un’inesauribile sorgente di calore e i sistemi di riscaldamento e raffreddamento con pompe di calore geotermiche installate da Zambelli Climasystem sfruttano il fatto che la temperatura del terreno, già a pochi metri di profondità, si mantiene grossomodo costante durante l'arco dell'anno. L'avere una temperatura costante del suolo ha un duplice benefico effetto: durante l'inverno il terreno si trova a temperature relativamente più calde dell'aria esterna, mentre durante l'estate la temperatura è più bassa di quella dell'aria.
 

Grazie alle pompe di calore e agli impianti installati da Zambelli Climasystem, tale sistema può essere integrato anche in impianti di riscaldamento con termosifoni tradizionali. Gli impianti geotermici possono essere predisposti in abitazioni, impianti industriali, magazzini, serre, scuole, hotel, uffici, palestre, piscine, terreni sportivi in erba, etc. La temperatura media del terreno a circa 100 mt di profondità si aggira intorno ai 12°C. La pompa di calore sfrutta questa temperatura la rende disponibile al sistema di riscaldamento, comprimendola e portandola sino a 35°C nel caso di sistema di distribuzione interno a bassa temperatura e a 70°C nel caso di presenza di un impianto a caloriferi tradizionale. Durante l'estate questo processo può venire semplicemente convertito in raffreddamento, garantendo una differenza di 8°/10°C rispetto alla temperatura esterna, quindi comfort 24 ore su 24 per 365 giorni all'anno. Le pompe di calore funzionano con energia elettrica, ma grazie alla loro efficienza è possibile trasformare 1kW di energia elettrica in 4,5 kW di energia termica.

Requisiti per usare l’energia geotermica

In Italia, l’uso delle energie geotermiche sono regolamentate dalle Regioni. Per installare una pompa di calore geotermica occorre poter effettuare lo scavo che alloggia la sonda geotermica (giardino o altro spazio), o prevederne l'installazione in fase di progettazione dell'edificio. Non tutti i tipi di sottosuolo sono adatti, occorre un tipo di sottosuolo con una conducibilità termica sufficientemente elevata, cioè una buona capacità di trasportare calore. La conoscenza del tipo di sottosuolo è molto importante per determinare la dimensione corretta dell'impianto poiché non tutti i tipi di rocce e di terreni hanno la stessa conducibilità termica; per determinare il rendimento termico del terreno a disposizione sono necessarie delle opportune indagini geologiche. La presenza d'acqua aumenta il rendimento di un impianto migliorando lo scambio termico tra impianto e sottosuolo.

Esistono zone di protezione delle acque sotterranee e superficiali in cui la realizzazione di impianti geotermici è regolamentata e deve essere autorizzata dalle autorità competenti; è opportuno raccogliere informazioni presso il comune dove è prevista l'installazione.

Le pompe di calore geotermiche operano con temperature massime comprese tra i 40 e i 50 °C per questo motivo necessitano di essere accoppiate a sistemi di riscaldamento a bassa temperatura quali pannelli radianti o ventilconvettori che per loro natura richiedono di essere installati in edifici dotati di buon isolamento termico.


Alcune delle nostre realizzazioni nel settore: Impianti geotermici



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