Il Superbonus, così come l’Ecobonus, incentivano la sostituzione dell’impianto esistente con uno a pompa di calore all’interno di un impianto geotermico. Quindi, anche con pompe di calore geotermiche.
Ma se l’installazione di una PDC aerotermica non crea enormi perplessità, la percezione potrebbe essere leggermente diversa per una PDC geotermica.
Nel focus “Pompe di calore geotermiche, come funzionano?” si è parlato del principio di funzionamento e delle tipologie del sistema; l’obiettivo di questo focus, invece, è dare maggiori informazioni sulla possibilità di realizzare un impianto a PDC geotermica anche per l’esistente, come un condominio, nell’ambito di una ristrutturazione importante.
In un contesto residenziale esistente, tipico delle città italiane, parrebbe che, per un intervento di riqualificazione energetica con PDC geotermica, la soluzione maggiormente adottabile sia un sistema chiuso, terra-acqua, a sonde verticali.
Conferma questa ipotesi anche Enrico Casali, Product Manager Robur, secondo cui: “volendo utilizzare il calore del terreno per il riscaldamento di un edificio esistente con una pompa di calore geotermica, il sistema di tipo chiuso a sonde verticali è la migliore e più logica scelta. Il campo geotermico con sonde verticali, infatti, occupa poco spazio in pianta e può essere realizzato a fianco all’edificio condominiale, garantendo un buono scambio termico e un’elevata efficienza stagionale.”
Foto: Impianto riscaldamento con sistema geotermico singola GAHP- GS ©Robur
Un esempio di applicazione della geotermia sull’esistente viene dalla Puglia. Anche se si tratta di un edificio specialistico, il Palazzo dell’Agricoltura della Regione Puglia, è interessante osservare come in un contesto simbolico per la città di Bari, quale quello del Lungomare Nazario Sauro – un asse di collegamento principale della città, caratterizzato da edifici di pregio architettonico che fanno da fronte ad un quartiere ad alta densità abitativa – sia stato possibile efficientare l’edificio con pompe di calore geotermiche ad assorbimento a metano in sostituzione della precedente centrale termofrigorifera costituita da caldaia a gasolio e refrigeratore elettrico. La scelta ha consentito di ottenere un risparmio di 11.700 euro e di oltre 66 tonnellate di emissioni di CO2 nei primi dodici mesi di esercizio del nuovo impianto.
Impianto geotermico, sonde e pompa di calore
Se questo è possibile per un edificio a destinazione specialistica lo è anche per uno a destinazione residenziale. Per questo con Enrico Casali abbiamo voluto approfondire ulteriori aspetti legati al tema della pompa di calore geotermica.
In commercio oggi sono disponibili diversi tipi di pompe di calore: quelle elettriche, funzionanti per mezzo di un compressore alimentato dall’elettricità, e quelle ad assorbimento, funzionanti per mezzo di un bruciatore alimentato a gas metano o GPL.
Quali sono le differenze tra una PDC geotermica a compressione e ad assorbimento?
“Le pompe di calore geotermiche a compressione di vapore (cioè elettriche) e quelle ad assorbimento a gas, dal punto di vista impiantistico sono simili; ci sono solo due significative differenze tecniche:
1) le pompe di calore ad assorbimento a gas richiedono una minore lunghezza delle sonde (circa il 40% in meno), rispetto a quelle elettriche;
2) le pompe di calore ad assorbimento a gas sono caratterizzate dalla possibilità di produrre acqua calda fino a 65°C per il riscaldamento e fino a 70°C per la produzione di ACS; queste temperature si addicono agli impianti esistenti, caratterizzati da sistemi di emissione del calore a media-alta temperatura.”
Tra l’idea e la sua concretizzazione, ci sono sempre diversi passaggi. Qualora un condominio decida di passare alla geotermia è utile conoscere i vari steps. Di seguito la checklist stilata da Robur:
“- verifica della fattibilità tecnica di realizzazione del campo geotermico (condizioni del sito, spazi necessari ecc.);
– analisi dell’esistenza di eventuali vincoli normativi e autorizzativi; esistono norme di riferimento nazionali, ma soprattutto regionali e locali che possono cambiare in base alla località;
– caratterizzazione geologica del sito, per determinarne la composizione morfologica e la risposta termica (operazione realizzata solitamente da un geologo);
– definizione dei parametri di scambio termico fluido – terreno, in relazione alle caratteristiche di funzionamento della pompa di calore utilizzata
– dimensionamento delle sonde geotermiche (numero, distanze e profondità)”.
Foto: Impianto di climatizzazione con sistema geotermico singola GAHP-GS ©Robur
In base a cosa si sceglie una PDC geotermica e la sua potenza?
“La potenza termica (ed eventualmente anche frigorifera) della pompa di calore viene definita in relazione ai fabbisogni energetici dell’edificio che andrà a servire. Sulla base di questi drivers, verrà selezionata la pompa di calore più opportuna, considerando, allo stesso tempo, la capacità delle sonde geotermiche di assorbire e rilasciare il calore necessario ai fabbisogni termici.”
Come si determina la lunghezza delle sonde?
“Le sonde geotermiche hanno la funzione di “acquisire” calore dal terreno. In base alla pompa di calore scelta e alle caratteristiche specifiche del loro funzionamento, sarà necessario assorbire una certa quantità di calore, che poi verrà trasferita all’edificio riscaldato. La lunghezza delle sonde sarà, quindi, proporzionata alla quantità di calore da assorbire dal terreno (e non a quella da fornire all’edificio), a parità di condizioni di funzionamento. Ovviamente, condizioni diverse di funzionamento comportano diverse lunghezze delle sonde, perché lo scambio termico è proporzionale alla differenza di temperatura tra il fluido che scorre all’interno delle sonde a la temperatura media del terreno.”
Impianto geotermico, caratteri generali del sistema
Quando ci si approccia a qualcosa di nuovo o meglio di diverso, i dubbi possono essere molti, per questo abbiamo posto ad Enrico Casali ulteriori domande, questa volta di carattere generale, per meglio comprendere il comportamento di un impianto geotermico in termini di efficienza, sicurezza, impatto ambientale e durabilità.
La PDC geotermica è molto utilizzata nel nord Europa, ovvero in zone dal clima rigido. Per la zona climatica italiana la PDC geotermica è una buona soluzione?
“Il clima mediterraneo (quindi caratterizzato da inverni miti) favorisce l’utilizzo di pompe di calore aerotermiche, la cui installazione risulta meno complessa e meno costosa di quelle geotermiche. Ovviamente queste ultime offrono specifici vantaggi che in alcune situazioni risultano determinanti: sono molto meno rumorose di quelle elettriche in quanto non hanno necessità di aria e quindi di ventilatori, inoltre occupano molto meno spazio, perché non hanno bisogno di ricevere ed espellere l’aria di ventilazione. Questo fa in modo che le pompe di calore geotermiche spesso vengono installate all’interno delle vecchie centrali termiche, senza richiedere l’occupazione di spazi esterni.”
Qual è l’impatto ambientale di una PDC geotermica? Per quanto riguarda i rischi e la sicurezza dell’uomo cosa potete dire?
“L’impatto ambientale di un sistema di riscaldamento, oggi, non dovrebbe più essere trascurato, soprattutto, se pensiamo che è causa della maggior parte dei nostri consumi energetici. L’elevata efficienza delle pompe di calore, siano esse elettriche o a gas, è certamente un importantissimo contributo alla riduzione dei consumi energetici, in particolare negli edifici esistenti.
Le pompe di calore ad assorbimento a gas utilizzano come refrigerante una soluzione di acqua e ammoniaca, due fluidi naturali e innocui all’ambiente. Caratteristica intrinseca delle pompe di calore ad assorbimento, questa, sempre più apprezzata, grazie al fatto che evita l’incremento del cosiddetto effetto serra provocato dai refrigeranti sintetici come HCFC e HFC.”
Foto: impianto climatizzazione/riscaldamento ausiliari con sistema geotermico con piú GAHP-GS – circolatori indipendenti ©Robur
Qual è la vita media di un sistema a PDC geotermico e quanta manutenzione richiede?
“Un campo geotermico, se ben dimensionato e posato, non richiede praticamente alcuna manutenzione, essendo un sistema statico. Può durare quindi diverse decine d’anni. La manutenzione viene richiesta periodicamente dalla pompa di calore, ma una buona pompa di calore ad assorbimento a gas, forse ancora meglio di quelle elettriche, può funzionare mantenendo invariata la sua prestazione per circa 20-25 anni, grazie al fatto di non avere compressore e avere una sola parte in movimento in tutto il suo circuito.”
È possibile integrare la PDC geotermica ad altre fonti rinnovabili come il solare termico e il fotovoltaico?
“L’energia rinnovabile geotermica recuperata dal terreno da una pompa di calore, può essere ulteriormente incrementata utilizzando un altro sistema di recupero energetico ad integrazione, quale ad esempio un impianto solare. Questo, se termico, può in alcuni periodi dell’anno aggiungere energia rinnovabile al serbatoio di accumulo dell’ACS, riducendo quindi il lavoro (e quindi i consumi) della pompa di calore. Se invece l’impianto solare è fotovoltaico, questo, sempre in alcuni periodi dell’anno, può fornire energia elettrica per l’alimentazione della pompa di calore e per tutti gli ausiliari necessari all’impianto (circolatori e pompe di rilancio).”
Foto: Impianto con PDC geotermica – fase di riscaldamento, Idraulica n.38 ©Caleffi
Impianto geotermico, il collettore
Abbiamo esplorato fin qui gli aspetti di un impianto geotermico legati alla pompa di calore e alle sonde.
A questi si aggiunge il collettore, un elemento sempre presente negli impianti di riscaldamento e/o raffrescamento. Vedremo il suo funzionamento per il controllo e la distribuzione del fluido negli impianti geotermici a circuito chiuso, con l’Ing. Alessia Soldarini di Caleffi
Il collettore di distribuzione è paragonabile ad un “mediatore” sonde e PDC?
“Il collettore di distribuzione divide (in mandata) e convoglia (in ritorno) i diversi circuiti a quello principale collegato alla pompa di calore. Serve, quindi, per il controllo e la distribuzione del fluido negli impianti geotermici a circuito chiuso. Il fluido termovettore che lo attraversa è generalmente una miscela di acqua e liquido anticongelante poiché le temperature di funzionamento possono essere molto basse. Per questo motivo i collettori devono essere realizzati con materiali ad alte prestazioni, devono avere basse perdite di carico ed essere protetti contro la formazione di condensa con celle d’aria o un’adeguata coibentazione.”
Rispetto alla PDC e alle sonde dove è posizionato il collettore?
“Il collettore viene posizionato generalmente all’interno dell’edificio, tra i circuiti geotermici e la pompa di calore. Talvolta può essere installato all’esterno, in un apposito pozzetto nel terreno.”
Foto: Installazione di collettore per impianto geotermico ©Caleffi
Con il collettore si riesce ad avere un controllo sulle sonde?
“Il controllo e il bilanciamento dei flussi sono affidati alle valvole di bilanciamento. Sono installate sulle derivazioni del collettore e permettono l’attacco diretto della tubazione della sonda geotermica. Servono a regolare le portate dei circuiti geotermici in base ai valori richiesti per poter assicurare il corretto scambio termico con il terreno e mantenere alto il rendimento della pompa di calore.
A bordo del collettore, inoltre, è installato un termometro per tenere sotto controllo le temperature di mandata e ritorno dalla pompa di calore al campo sonde.”
Il collettore determina anche il corretto funzionamento della PDC geotermica?
“Il collettore contribuisce, insieme agli organi di controllo, regolazione e protezione, a preservare la pompa di calore da malfunzionamenti o possibili guasti.”
Foto: Impianto con PDC geotermica reversibile – riscaldamento e produzione ACS, Idraulica n.38 ©Caleffi
Come si definisce la quantità di moduli da utilizzare?
“Il numero dei moduli da utilizzare dipende dal numero delle sonde geotermiche.
Fase 1: si calcola il calore derivabile dal terreno (Qter) in base alla potenza termica richiesta dall’impianto e al COP di progetto della PDC.
Fase 2: si effettua il dimensionamento di massima degli Scambiatori in funzione della tipologia scelta (a serpentini e a chiocciola, ad anelli, a spirale, a canestri o a sonde geotermiche verticali).
Fase 3: si dimensionano gli scambiatori e i circuiti di collegamento alle PDC in base a 2 parametri guida: il salto termico e le perdite di carico.
In genere, come salto termico, è bene assumere valori compresi fra 3° e 5°C. Per le perdite di carico (al netto delle perdite di carico interne delle PDC) è consigliabile invece assumere i seguenti valori:
− 1.500–2.000 mm c.a. in impianti medio-piccoli,
− 3.500–4.000 mm c.a. in impianti grandi.”
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