Impianto geotermico: cos’è e come funziona

Un impianto geotermico è un sistema che sfrutta la temperatura costante del terreno per riscaldare e raffreddare gli ambienti. Scopri come funziona e i vantaggi

Il sottosuolo rappresenta un prezioso serbatoio di energia termica caratterizzato da un aumento progressivo della temperatura con la profondità. Il concetto di geotermia si riferisce all’energia termica intrappolata nel sottosuolo, la quale può essere sfruttata in diverse applicazioni. Un impianto geotermico costituisce un sistema progettato per sfruttare questa fonte naturale di calore al fine di riscaldare o raffrescare gli edifici, oltre a produrre acqua calda per usi sanitari.

É importante acquisire una conoscenza dettagliata delle caratteristiche del sottosuolo che si desidera utilizzare come fonte di calore e che caratterizza l’area in cui si intende realizzare l’impianto geotermico. La presenza o l’assenza di specifiche condizioni geologiche, come ampi strati di ghiaia secca o sistemi carsici estesi possono determinare la fattibilità di un progetto geotermico.

Un aspetto importante nella fase di progettazione è la valutazione della conducibilità termica del terreno che indica la capacità del terreno di trasmettere il calore. Per simulare velocemente un progetto di dimensionamento con archivi dei tipi di terreno e di riempimento delle perforazioni, dei combustibili e delle più comuni tipologie di tubi puoi usare gratuitamente per 30 giorni un software progettazione impianti geotermici. Sarà semplice ottenere in poco tempo una simulazione della produttività ed il costo del tuo impianto per simularne la fattibilità.

Cos’è un impianto geotermico?

Un impianto geotermico è un sistema progettato per sfruttare l’energia termica naturalmente presente nel terreno. Questo sistema consente un riscaldamento efficiente durante l’inverno, un raffrescamento efficace durante l’estate e la produzione di acqua calda per uso sanitario. Il funzionamento di questo impianto consiste, infatti, nell’assorbire il calore dal terreno durante la stagione invernale e distribuirlo negli ambienti per il riscaldamento. In estate, invece, l’impianto assorbe il calore dagli ambienti interni ed è in grado di disperderlo nel terreno, fornendo così il raffrescamento desiderato.

La tecnologia geotermica a bassa temperatura si presta ad applicazioni di varia scala, da singole abitazioni (impianto geotermico domestico) fino a complessi condomini, edifici ad uso terziario e contesti industriali.

Impianto geotermico: i componenti

Per il suo funzionamento l’impianto geotermico sfrutta le caratteristiche naturali del terreno per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici. Un impianto geotermico è costituito da 3 elementi fondamentali:

• sistema di captazione del calore;
• pompa di calore geotermica;
• sistema di accumulo e distribuzione del calore.

Sistema di captazione del calore

Questo componente svolge un ruolo fondamentale nel processo di trasferimento di calore dal terreno all’interno dell’impianto di climatizzazione, contribuendo all’efficienza complessiva del sistema. Le sonde geotermiche, che costituiscono il cuore di questo sistema, sono realizzate principalmente in materiale plastico, come il polietilene, o in rame. Queste sonde hanno un diametro relativamente ridotto, generalmente compreso tra i 3 e i 4 centimetri.

Disposizione sonde – GeoTerMus

Il loro posizionamento nel terreno, in prossimità dell’edificio, forma un circuito attraverso il quale scorre un fluido termovettore. Questo fluido è responsabile dello scambio di calore con il terreno circostante, permettendo al calore di passare da uno stato di dispersione a uno stato più concentrato e utilizzabile all’interno del sistema di riscaldamento o raffrescamento dell’edificio.

La scelta del tipo di sonde e della loro disposizione dipende da diversi fattori tra cui:

• la quantità di energia termica richiesta;
• le caratteristiche specifiche del terreno;
• il tipo di fluido termovettore utilizzato.

Le sonde geotermiche possono essere posizionate verticalmente nel terreno, raggiungendo profondità notevoli, generalmente comprese tra i 70 e i 130 metri (sonde geotermiche verticali). In alternativa, possono essere disposte orizzontalmente a una profondità di 1-3 metri (sonde o collettori orizzontali).

Nei casi di sonde verticali, ci sono varie configurazioni possibili, tra cui singoli o doppi tubi ad U, tubi coassiali semplici o complessi. La scelta più comune, quando ben dimensionata, è quella degli scambiatori ad U che garantiscono l’affidabilità più elevata. D’altra parte, le configurazioni orizzontali possono includere circuiti ad anello chiuso o aperto, serpentine o configurazioni a spirale.

Gli impianti a sonde orizzontali sono più facili da installare in alcune circostanze, ad esempio durante la costruzione o il livellamento del terreno per altri scopi. Tuttavia, possono essere influenzati dalle variazioni stagionali dovute all’apporto solare e richiedono una maggiore area per l’installazione delle sonde rispetto agli impianti a sonde verticali.

Il fluido termovettore che scorre all’interno delle sonde può essere costituito da acqua semplice o da una miscela di acqua e glicole etilenico che funge da antigelo non tossico. L’uso di questa miscela consente la circolazione del fluido a temperature inferiori allo zero, offrendo il vantaggio di un flusso termico più elevato. In alternativa, alcuni impianti prevedono la circolazione diretta nelle sonde del fluido refrigerante della pompa di calore.

Impianto geotermico: tipo di fluido termovettore –GeoTerMus

I tubi delle sonde sono collegati in superficie a un collettore dedicato che è poi connesso alla pompa di calore installata all’interno dell’edificio. Questa configurazione consente il trasferimento efficiente del calore tra le sonde geotermiche e l’impianto di riscaldamento o raffrescamento dell’edificio, contribuendo a garantire un comfort termico costante ed efficiente.

Pompa di calore geotermica

Le pompe di calore sono sistemi in grado di trasferire calore da una sorgente più fredda ad una più calda, quindi in direzione contraria a quella naturale. Questo principio di funzionamento è analogo a quello dei comuni condizionatori d’aria e delle macchine frigorifere. La straordinaria versatilità delle pompe di calore le rende tipicamente reversibili il che significa che possono operare sia come unità di riscaldamento che come sistemi di raffreddamento, a seconda delle necessità.

Le pompe di calore geotermiche, in particolare, presentano una caratteristica distintiva: utilizzano il terreno o l’acqua (come laghi, fiumi o falde acquifere) come fonti di calore o raffreddamento per climatizzare gli edifici in modo efficiente ed ecologicamente sostenibile.

Poiché le fonti come laghi o fiumi non sono sempre disponibili e le falde possono essere difficili da raggiungere a grandi profondità, il terreno rappresenta la fonte più comunemente adoperata nei sistemi geotermici. Questa risorsa è ampiamente accessibile e offre una fonte di energia termica virtualmente inesauribile.

Un beneficio significativo nell’uso del terreno come sorgente di calore deriva dalla sua stabilità termica. La temperatura del terreno rimane relativamente costante durante tutto l’anno, garantendo un rendimento costante e affidabile del sistema geotermico.

Sistema di accumulo e distribuzione del calore

Negli impianti geotermici la scelta dei terminali di riscaldamento/raffrescamento è di fondamentale importanza per garantire prestazioni ottimali e un elevato livello di comfort. Questi terminali sono progettati per operare a basse temperature, di solito nell’intervallo compreso tra 30°C e 50°C, sfruttando al massimo l’efficienza dell’impianto geotermico.

Tra i vari terminali disponibili, i pannelli radianti a pavimento sono considerati la soluzione ideale. Durante l’inverno, questi pannelli distribuiscono acqua calda a una temperatura moderata di 30-35°C, creando un ambiente confortevole e uniformemente riscaldato. Durante l’estate, invece, sono in grado di fornire acqua a basse temperature, intorno a 18-20°C, per raffrescare gli ambienti con un alto grado di efficienza energetica. Questo sistema di riscaldamento/raffrescamento offre un comfort senza paragoni e allo stesso tempo consente un notevole risparmio energetico.

Al contrario, i tradizionali radiatori risultano generalmente poco efficienti quando si tratta di raffrescare gli ambienti e possono non garantire un riscaldamento uniforme. Pertanto, nei progetti di impianti geotermici, si preferiscono spesso i pannelli radianti per ottenere il massimo comfort termico.

Inoltre, è essenziale disporre di un serbatoio di accumulo per l’acqua calda all’interno dell’impianto geotermico. Questo serbatoio consente di immagazzinare il calore prodotto dal sistema geotermico e di distribuirlo all’edificio in modo tempestivo ed efficiente, sia per il riscaldamento degli ambienti che per le esigenze di acqua calda sanitaria.

Impianto geotermico come funziona

Le pompe di calore geotermiche offrono un notevole vantaggio in termini di versatilità. Questi sistemi sono progettati per operare in modalità “reversibile” il che significa che possono facilmente invertire le funzioni delle componenti chiave, l’evaporatore e il condensatore. Questa capacità di inversione consente a una singola macchina di adattarsi alle esigenze sia di raffreddamento estivo che di riscaldamento invernale.

Funzionamento invernale

Durante la stagione invernale, gli impianti geotermici operano in modalità di riscaldamento, sfruttando il calore naturale presente nel sottosuolo per mantenere gli ambienti interni a una temperatura confortevole. Il processo inizia con il fluido termovettore, che scorre attraverso la sonda di mandata a una temperatura leggermente inferiore a quella del terreno circostante. Ad esempio, se il fluido termovettore è costituito solo da acqua, la sua temperatura potrebbe essere di circa 3-4°C, mentre se è miscelato con glicole, potrebbe scendere a 0°C.

Man mano che il fluido scende nella sonda, esso estrae calore dal terreno circostante attraverso un processo di conduzione termica. La pompa di calore è responsabile di trasferire il calore estratto dal terreno all’impianto di distribuzione termica. In questo modo, l’acqua che esce dalla pompa di calore può raggiungere una temperatura di circa 30-35°C, il che è ideale per alimentare i pannelli radianti o altri terminali di riscaldamento.

Una volta che l’acqua ha ceduto il suo calore all’ambiente interno, essa ritorna all’impianto geotermico a una temperatura leggermente più bassa, generalmente 4-5°C in meno rispetto alla temperatura di mandata. Questo ciclo continuo di estrazione di calore dal terreno, trasferimento attraverso la pompa di calore e distribuzione all’edificio consente di mantenere una temperatura confortevole all’interno durante i mesi invernali.

Funzionamento estivo

Nel raffrescamento, il fluido termovettore scende attraverso la sonda di mandata a una temperatura superiore a quella del terreno, generalmente intorno ai 25-30°C e risale ad una temperatura leggermente inferiore abbassandosi di circa 4-5°C, dopo aver ceduto il calore al terreno circostante. Questo processo consente all’impianto di estrarre il calore dagli ambienti interni e rilasciarlo nel terreno.

L’acqua in uscita dalla pompa di calore può raggiungere la temperatura ideale per il raffrescamento degli ambienti. Ad esempio, con i pannelli radianti, l’acqua può essere distribuita a una temperatura di circa 16-20°C, mentre con i fan coil la temperatura dell’acqua può essere ancora più bassa, variando tra i 7°C e i 12°C. Tali condizioni consentono di raffrescare gli spazi interni in modo efficiente e confortevole.

Inoltre, per garantire un livello ottimale di comfort durante il raffrescamento attivo è importante abbinare questa modalità di funzionamento alla deumidificazione degli ambienti. Questa operazione contribuisce a mantenere una qualità dell’aria interna elevata, eliminando l’umidità in eccesso.

Impianto geotermico: scelta del terreno

La scelta del terreno è un aspetto critico che richiede un’attenta considerazione e la consulenza di esperti in geologia e geotermia. La capacità del terreno di fornire una fonte di calore affidabile è fondamentale per il funzionamento ottimale dell’impianto. Gli aspetti relativi alla scelta del terreno per un impianto geotermico sono:

• caratteristiche geologiche e climatiche: gli impianti di climatizzazione geotermica sono realizzabili in ogni zona geografica e climatica, inclusi montagne, pianure, città costiere e rurali. Questo perché la temperatura del sottosuolo è costante in tutte queste aree ed è quindi sfruttabile in modo uniforme. Tuttavia, è importante tenere in considerazione la presenza di acque sotterranee, la profondità del terreno e altri vincoli idrogeologici che possono influenzare la fattibilità tecnica dell’impianto;
• sopralluogo geologico preventivo: il sopralluogo coinvolge esperti in geologia e geotermia che analizzano il terreno e valutano la sua idoneità per l’installazione dell’impianto. Vengono esaminati fattori come la temperatura del terreno a diverse profondità, la presenza di acqua sotterranea e la conducibilità termica del terreno;
• terreno libero antistante l’edificio: questo spazio è necessario per scavare i pozzi o installare le sonde geotermiche. È importante tenere presente questo requisito durante la fase di progettazione e valutare se l’area circostante è idonea per l’impianto;
• utilizzo del terreno sotto le fondamenta: nei nuovi edifici, è possibile utilizzare il terreno situato sotto le fondamenta per l’installazione dell’impianto geotermico. Questa soluzione è particolarmente vantaggiosa in quanto sfrutta lo spazio già dedicato all’edificio stesso. Tuttavia, è essenziale coordinare strettamente la progettazione dell’edificio con l’installazione dell’impianto geotermico per massimizzare l’efficienza e l’integrazione.

Impianto geotermico: vantaggi e svantaggi

I principali vantaggi associati all’utilizzo di un impianto geotermico sono:

• riscaldamento e raffrescamento efficienti: reso possibile dalla capacità dell’impianto di assorbire calore dal terreno durante l’inverno e di rimuovere il calore dagli ambienti durante l’estate. Ciò si traduce in un comfort termico costante e in un notevole risparmio energetico;
• disponibilità continua dell’energia termica: a differenza delle fonti di energia rinnovabile come l’energia solare ed eolica, l’energia termica dal terreno è disponibile ininterrottamente, 365 giorni all’anno, di giorno e di notte. Questa costante disponibilità garantisce un funzionamento affidabile dell’impianto senza dipendere da fattori esterni come il vento o l’irradiazione solare;
• riduzione dei costi operativi: gli impianti geotermici offrono significativi risparmi sui costi operativi rispetto ai sistemi di riscaldamento tradizionali basati su caldaie a gas o gasolio;
• eliminazione della dipendenza dai combustibili fossili: l’uso di un impianto geotermico riduce la dipendenza da combustibili fossili come il gas naturale, il gasolio o il GPL per il riscaldamento;
• funzionalità multifunzionale: l’energia termica prelevata dal terreno può essere utilizzata per il riscaldamento invernale, il raffrescamento estivo e la produzione di acqua calda sanitaria;
• impatto ambientale ridotto: gli impianti geotermici non producono emissioni di CO2 durante il processo di generazione di calore o raffrescamento, riducendo così l’impatto ambientale complessivo. Inoltre, il fluido termico utilizzato nel sistema è atossico e non danneggia il terreno;
• riduzione dell’inquinamento acustico: le pompe di calore geotermiche sono notevolmente silenziose durante il loro funzionamento, paragonabili al rumore di un frigorifero. Questo aspetto contribuisce a un ambiente interno tranquillo e confortevole.

I principali svantaggi riguardanti l’energia geotermica è che non è uniformemente disponibile in tutto il mondo. In alcune regioni, potrebbe essere necessario perforare a profondità significative per accedervi, il che può comportare costi più elevati e una maggiore complessità nell’installazione di un impianto geotermico. Questa variabilità geografica può influenzare la convenienza dell’implementazione di un tale sistema. L’opzione per un impianto geotermico viene considerata principalmente in fase di progettazione di nuove costruzioni.

Quanto costa un impianto geotermico?

La determinazione del costo di realizzazione di un impianto geotermico richiede una valutazione personalizzata, tenendo conto dei seguenti fattori:

• caratteristiche geologiche del sito;
• situazione climatica e zona geografica di realizzazione dell’impianto;
• grado di isolamento termico dell’edificio.

Quanto dura un impianto geotermico?

Gli impianti geotermici sfruttano componenti che richiedono una manutenzione limitata. Le pompe di calore, ad esempio, possono facilmente avere una vita utile che si estende tra i 20 e i 28 anni, mentre le sonde geotermiche e altri componenti dimostrano una notevole resistenza e possono operare in modo affidabile per molte decine di anni.

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/impianto-geotermico-cose-come-funziona/