Impianti Geotermici per il riscaldamento, produzione acqua calda sanitaria e condizionamento

Descrizione e applicazione

L’impianto termico è un sistema attraverso il quale è possibile regolare la temperatura di ambienti.

Per impianto termico si intende sia la componente dedicata a fornire calore nel periodo invernale (impianto termico) sia la componente dedicata a sottrarre calore durante il periodo estivo con il caldo (impianto di condizionamento).

L’apporto di caldo, espresso in calorie o di freddo, espresso in frigorie all’ambiente servito può avvenire attraverso sistemi e componenti che si differenziano sia per le modalità di generazione, sia per il sistema di trasferimento (conduzione, convenzione e irraggiamento).

Gli impianti geotermici “bassa entalpia” per la produzione di calore sfruttano il sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale ed al quale cederne durante la stagione estiva.

Un impianto che funziona a energia geotermica a bassa entalpia è composto da tre elementi fondamentali:

  • Sonde geotermiche;
  • Pompa di calore;
  • Sistema di distribuzione.

Le sonde geotermiche verticali sono scambiatori di calore installati verticalmente nel terreno in perforazioni da 50 a 250 m. Le tubazioni che costituiscono le sonde sono generalmente in polietilene ad alta densità ed al loro interno scorre un fluido termovettore, incaricato di trasferire il calore dal terreno alla pompa di calore o viceversa durante la stagione estiva. A seconda delle temperature che si raggiungono nella sonda nella fase invernale, il fluido può essere semplicemente acqua o una miscela di acqua e antigelo costituito da glicole monopropilenico (o etilenico). Una sonda geotermica verticale può essere installata in quasi tutti i tipi di terreni o formazioni rocciose.

Sonde geometriche verticali

 

 

 

 

 

 

 

La pompa di calore viene installata all’interno dell’edificio da riscaldare. La pompa di calore trasforma l’energia geotermica ricavata dal terreno con l’ausilio di una modesta quantità di energia elettrica necessaria per il funzionamento del/dei compressore/i e dei circolatori. L’unità pompa di calore è una macchina con tecnologia frigorifera che necessita di limitata manutenzione dato che non sono necessari controlli obbligatori di combustione e di pulizia annuali come per le normali caldaie.

Il sistema di distribuzione del calore “a bassa temperatura” all’interno dell’ambiente può essere composto da un impianto a pavimento, pannelli radianti, bocchette di ventilazione, ecc.

Sistema distribuzione caloreSistema distribuzione calore 2

L’energia termica estratta dal terreno viene accumulata nell’acqua contenuta in un serbatoio e da qui viene distribuita nell’impianto di riscaldamento dell’edificio. Tale impianto può essere a pannelli radianti a pavimento, a ventilconvettori o radiatori a bassa temperatura.

Per riscaldare un edificio, l’impianto sfrutta il calore naturale del sottosuolo prelevandolo tramite l’inserimento nel terreno di una o più sonde geotermiche. I tubi delle sonde geotermiche sono collegati alla pompa di calore che grazie alla sua tecnologia evoluta è in grado di estrarre questa energia termica gratuita fornita dal sottosuolo e l’accumularla in un serbatoio per poi essere utilizzata per il riscaldamento dell’edificio.

Per raffreddare l’edificio, l’impianto geotermico funziona al “contrario” e sfrutta la temperatura naturale del sottosuolo (in estate la temperatura è inferiore a quella superficiale) ed immagazzina il calore estratto dall’edificio.
Con le pompe di calore si ha quindi il vantaggio di sfruttare una sola macchina, che, grazie ad una valvola, diventa reversibile poiché presenta la possibilità di invertire le funzioni dell’evaporatore e del condensatore, fornendo così acqua fredda in estate e acqua calda in inverno.

Scegliere un sistema di riscaldamento tramite sonda geotermica, infine, significa preferire un’installazione pulita, in accordo con le norme sulla qualità dell’aria, di dimensioni ridotte, senza emissione di CO2, inodore e con una durata di vita di ben oltre 30 anni per l’equipaggiamento in superficie, e di più di 50 anni per la sonda geotermica verticale. Pertanto sono drasticamente ridotte le emissioni di CO2 e di gas ad effetto serra nell’atmosfera. Con l’impianto geotermico è drasticamente ridotto anche l’inquinamento dell’ambiente domestico: niente fumi o residui di gas incombusti pericolosi come il monossido di carbonio.
L’assenza di combustioni di prodotti petroliferi annulla i rischi derivanti dalle perdite da condotte di distribuzione del gas o da serbatoi interrati.

Durante l’inverno il terreno ha una temperatura generalmente superiore a quella esterna; il fluido glicolato contenuto nelle sonde geotermiche, scendendo in profondità, sottrae energia termica gratuita al terreno e, ritornato in superficie ad una temperatura maggiore, provoca l’evaporazione del refrigerante che circola all’interno dei circuito della pompa di calore; il refrigerante quindi assorbe calore dalla sorgente terreno. Il refrigerante, ora allo stato gassoso, è aspirato all’interno del compressore che lo comprime, determinandone così un aumento di pressione e conseguentemente di temperatura. Il refrigerante viene così a trovarsi nelle condizioni ottimali per passare attraverso il condensatore (scambiatore). In questa fase si ha un nuovo cambiamento di stato del refrigerante, che passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’acqua che viene utilizzata come fluido termovettore per il riscaldamento degli ambienti. Il ciclo termina con la sua ultima fase dove il refrigerante passa attraverso una valvola di espansione trasformandosi parzialmente in vapore e raffreddandosi, riportandosi così alle condizioni iniziali del ciclo. La pompa di calore permette così di mantenere un accumulo d’acqua ad una temperatura di 40-60° C (a secondo delle richieste progettuali) che verrà utilizzata per riscaldare i locali.

Sistema distribuzione calore 4

Nella produzione di acqua calda sanitaria il funzionamento è concettualmente uguale a quello per il riscaldamento nella fase invernale. Durante tutto l’anno il fluido glicolato contenuto nelle sonde geotermiche sottrae energia termica gratuita al terreno e, con l’ausilio della pompa di calore, cede calore all’acqua tecnica contenuta in un accumulo che viene utilizzata per la produzione di acqua calda sanitaria. La pompa di calore permette così di mantenere un accumulo d’acqua ad una temperatura di 50-60° C (a secondo delle richieste progettuali) che verrà utilizzata per produrre acqua calda sanitaria.

Lo stesso impianto 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.

Il fluido termovettore utilizzato per raffreddare gli ambienti estrae calore dall’edificio e, passando attraverso uno scambiatore (evaporatore) provoca l’evaporazione del refrigerante che circola all’interno dei circuito della pompa di calore; il refrigerante quindi assorbe calore dalla sorgente edificio. Il refrigerante, ora allo stato gassoso, è aspirato all’interno del compressore che lo comprime, determinandone così un aumento di pressione e conseguentemente di temperatura. Il refrigerante viene così a trovarsi nelle condizioni ottimali per passare attraverso il condensatore (scambiatore). In questa fase si ha un nuovo cambiamento di stato del refrigerante, che passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore al fluido glicolato contenuto nelle sonde geotermiche che, scendendo in profondità, cede energia termica al terreno. Il ciclo termina con la sua ultima fase dove il refrigerante passa attraverso una valvola di espansione trasformandosi parzialmente in vapore e raffreddandosi, riportandosi così alle condizioni iniziali del ciclo. La pompa di calore permette così di mantenere un accumulo d’acqua ad una temperatura di 7-18° C (a secondo delle richieste progettuali) che verrà utilizzata per raffreddare i locali.
La pompa di calore è attiva e produce acqua refrigerata adatta quindi non solo per gli impianti radianti ma anche per gestire ventilconvettori e deumidificazione ambientale. Con tale sistema si ottiene un vero e proprio condizionamento con un buon risparmio rispetto ai tradizionali condizionatori.

Normativa di riferimento