Per rispondere alla crescente domanda di efficienza dobbiamo sapere come progettare bene anche la pompa di calore geotermica. Analizziamo tipologie di scambiatori e dimensioni del terreno necessarie per riqualificare un condominio di 6 unità immobiliari.
Energia geotermica: come si classifica
L’energia geotermica è l’energia che ci fornisce il terreno. In realtà con il termine “geotermico” si definirebbe il calore prodotto dalla terra stessa, ma da tempo si usa “energia geotermica” per simboleggiare quell’energia che è accumulata nel terreno. Il terreno infatti, raccoglie dentro di sé un’energia che non dipende dalle condizioni climatiche e atmosferiche: è un’energia rinnovabile, stabile, affidabile.
Solitamente si classifica l’energia geotermica in base alle temperature per cui è utilizzata, parliamo di:
- Energia geotermica ad alta temperatura, che consente l’uso di acqua surriscaldata e vapori a più di 180°C ed è utilizzata per produrre energia elettrica.
- Energia geotermica a media temperatura, per impianti idronici a temperature comprese fra 100 e 180°C. Anche questa serve a produrre energia elettrica.
- Energia geotermica a bassa temperatura, che permette l’utilizzo di fluidi a temperature tra 30°C e 100°C. È utilizzata prevalentemente in ambito industriale ed è prodotta dal calore immagazzinato nel terreno fino a 15 metri di profondità per effetto del sole.
- Energia geotermica a temperatura molto bassa, inferiore a 30°C. Si utilizza per il riscaldamento degli edifici, la produzione di ACS e il raffrescamento. In generale l’energia termica è prelevata dal terreno con appositi scambiatori di calore per poi essere ceduta alla pompa di calore che ne innalza la temperatura.
Questo è il punto di partenza per capire come progettare una pompa di calore geotermica.
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Gli scambiatori nel terreno
Gli scambiatori di calore utilizzati per estrarre l’energia a bassa temperatura che può riscaldare gli ambienti sono posati ad una profondità generalmente compresa tra 0,8 a 4,0 m. Per questo hanno certamente un costo ridotto rispetto agli scambiatori ad alta profondità e sono costituita da materiali plastici.
Gli scambiatori che estraggono l’energia dal terreno attraverso la sua temperatura, possono essere:
- a serpentini o a chiocciola
- ad anelli
- a spirale
- a canestri.
Quale scambiatore scegliere? Molto dipende dalla tipologia di ambiente di cui disponiamo: è necessario infatti che sulla superficie al di sopra dello scambiatore non si trovino piante o non ci siano particolari zone d’ombra che possono alterare la stabilità della temperatura del terreno.
La posa più conveniente per gli scambiatori geotermici è quella in trincea, meno onerosa dello scavo di sbancamento e più efficiente: lo scambiatore infatti può raggiungere profondità di posa più elevate, ovvero temperature più elevate.
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Progettare la pompa di calore geotermica: un esempio
Decidiamo di progettare una pompa di calore geotermica per il nostro condominio di 6 unità immobiliari. Sostituire la caldaia standard con un sistema in pompa di calore con compressore elettrico, ci consentirà chiaramente di azzerare i consumi di gas dell’edificio. Di contro avremo un maggior consumo di elettricità.
Nel progetto di un impianto geotermico con scambiatori a serpentini o a chiocciola si dimensiona in funzione della resa termica del terreno. Entrambi questi sistemi non sono posati in profondità: l’interramento si realizza entro 1,2 metri dalla superficie, con interassi non inferiori a 40 cm. Il sistema a chiocciola consente di ottenere temperature del terreno più omogenee ed è più efficiente soprattutto in regime di raffrescamento, ma il sistema a serpentini rimane il più utilizzato per la sua capacità di posa.
Quindi per progettare l’impianto di produzione è necessario conoscere la resa termica del terreno che dipende dal tipo di terreno, dalla sua densità e dall’umidità in esso contenuta. La resa termica di un terreno sabbioso è più elevata rispetto a quella di un terreno con grana grossa, perché nelle sue cavità vuote è contenuta una minore quantità d’aria.
La potenza richiesta alla pompa di calore dall’involucro dell’edificio è di 13.000 W. Il terreno è di tipo argilloso e la sua resa termica media è pari a 25 W/m².
Se togliamo dalla potenza necessaria al riscaldamento la potenza elettrica della pompa di calore con COP pari a 4 otteniamo: 9850 W richiesti alla pompa di calore.
La superficie necessaria all’ottenimento di 9850 W dal terreno argilloso è pari a 394 m², circa un terzo della superficie che abbiamo a disposizione.
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Pompa di calore geotermica: quanto risparmio
Abbiamo già definito come sostituire una caldaia con una pompa di calore con compressore elettrico, porti ad un totale azzeramento del consumo di gas a fronte di un chiaro innalzamento del consumo di energia elettrica.
Ma come possiamo confrontare i due valori e capire se realmente c’è stato un risparmio? Il consumo di gas naturale o metano infatti, si esprime in m³, mentre il consumo di energia elettrica si esprime in kWh.
Per confrontare i dati è necessario omogeneizzarli, ovvero trasformare entrambi i consumi in kWh.
Ricordandoci che il potere calorifico inferiore del metano è pari a 9,94 kWh/ è facile trasformare i risultati del nostro calcolo:
| Consumi ante | Consumi post | |
| Metano | 6.818 m³ * 9,94 = 67.779 kWh | 0 |
| Energia elettrica | 167 kWh | 8.312 kWh |
Il risparmio è evidente: dalla condizione ANTE a quella POST intervento si sono risparmiati 59.625 kWh.
Un progetto sostenibile sotto tanti punti di vista: ambientale, energetico ed economico.
Ingegnere Edile, esperta in analisi energetica degli edifici e product manager del software TERMOLOG di Logical Soft.
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