Home » Notizie » Rinnovabili ed edilizia sostenibile » Sonde geotermiche: cosa sono e come funzionano

Sonde geotermiche

Sonde geotermiche: cosa sono e come funzionano

Tempo di lettura stimato: 5 minuti

Le sonde geotermiche trasferiscono il calore dal terreno all’impianto termico di una casa. Scopri come progettare impianti a bassa entalpia

Il terreno rappresenta una fonte di energia inesauribile, rinnovabile e gratuita e la geotermia rappresenta proprio la scienza che si occupa delle sorgenti di calore terrestre e del loro sfruttamento come fonti di energia prodotta naturalmente nel sottosuolo, l’energia geotermica, che può essere sfruttata per la produzione di energia elettrica o di calore.

Tra le varie tipologie di energia geotermica vi è la geotermia a bassa entalpia, che sfrutta il calore generato nelle zone di sottosuolo più superficiali per soddisfare i fabbisogni energetici di residenze, edifici, strutture pubbliche.

Per estrarre il calore dal sottosuolo si utilizza una sonda geotermica: ne hai mai sentito parlare? Sai cos’è e come funziona?
In questo articolo scoprirai questo e potrai comprendere come, con il giusto software di progettazione per impianti geotermici, è facile implementare impianti a bassa entalpia!

Cosa sono le sonde geotermiche?

Le sonde geotermiche o sonde di captazione sono il cuore di un impianto geotermico, perché rappresentano lo scambiatore di calore con il suolo. Installate nel terreno hanno la capacità di sottrarre calore dal sottosuolo e, cedendolo ad una pompa di calore interna,  permettono di riscaldare/raffreddare gli ambienti interni di un’abitazione e di produrre anche acqua calda sanitaria, coprendo l’intero fabbisogno dell’edificio.

Per realizzare un impianto geotermico a bassa entalpia sarà quindi necessario collocare una serie di sonde ad una certa profondità ed in prossimità dell’edificio che dovrà usufruire dell’impianto stesso.
Il numero di sonde e la loro profondità dipende dal fabbisogno richiesto dell’abitazione stessa, per questo alla base della realizzazione di un impianto geotermico ci sarà sempre lo sviluppo di una progettazione energetica ad hoc con un software di progettazione per impianti geotermici.

Disposizione sonde geotermiche

Disposizione sonde geotermiche | GeoTermus

Come funziona una sonda geotermica?

Una sonda geotermica, realizzata principalmente in materiale plastico, come il polietilene, o in rame, è costituita da una serie di tubicini attraverso cui scorre una soluzione salina, che funge da fluido termovettore. Questa soluzione è di solito una miscela di acqua e glicole etilenico che funge da antigelo non tossico. L’uso di questa soluzione consente la circolazione del fluido a temperature inferiori allo zero, offrendo un flusso termico più elevato.

Questa miscela nel terreno, ne assorbe il calore, trasmettendolo alla pompa di calore geotermica. Nel momento in cui il calore giunge nell’unità della pompa di calore genera l’evaporazione di un gas refrigerante, che nella fase successiva viene compresso, creando così un ulteriore aumento della temperatura. È poi uno scambiatore di calore che trasferisce il calore al sistema di distribuzione per il fabbisogno di tutta l’abitazione.

Scambiatore a terreno

Scambiatore a terreno | GeoTermus

Come terminali di riscaldamento/raffreddamento si usano in genere:

  1. pannelli radianti, che garantiscono il massimo comfort termico. Durante l’inverno infatti distribuiscono acqua calda a una temperatura moderata di 30-35°C, mentre in estate 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;
  2. ventilconvettori, soprattutto i fancoil a bassa temperatura che lavorano con una temperatura dell’acqua tra i 45°C e i 55°C, garantendo con un notevole risparmio di energia.

Quali sono le tipologie di sonde geotermiche?

Nel mercato vi sono principalmente tre tipi di sonde geotermiche:

  1. sonde geotermiche verticali;
  2. sonde geotermiche orizzontali;
  3. sonde a scambio termico con acqua di falda.

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.

Analizziamo insieme le differenze tra questi tre tipi di sonde.

1. Sonde geotermiche verticali

Le sonde geotermiche verticali sono sistemi a circuito chiuso in quanto il fluido termovettore circola continuamente all’interno delle sonde.

Le sonde verticali sono costituite da tubature ad U, singole o doppie, realizzate all’interno di pozzi di piccolo diametro. Esse sono quelle che generano il calore in maniera più costante perché superati i 10/15 metri di profondità la temperatura del terreno rimane stabile per tutto l’anno, intorno a 10°C.

Per garantire il corretto scambio di calore il fluido termovettore deve avere una temperatura di 4°-6° più bassa.

La profondità di installazione, che varia da decine a centinaia di metri, ed il numero di sonde da installare dipende dalla potenza termica necessaria per soddisfare il fabbisogno energetico del fabbricato.

Per poter installare queste sonde sarà necessario avere delle caratteristiche del terreno adeguato, perciò sarà necessario effettuare uno studio geologico e delle prove di trasmissione termica.

Sonde geotermiche verticali in un’abitazione

Sonde geotermiche verticali in un’abitazione

2. Sonde geotermiche orizzontali

Come quelle verticali, anche le sonde geotermiche orizzontali sono sistemi a circuito chiuso e sono distribuite nel terreno in adiacenza al fabbricato da servire, ad una profondità non superiore a 4 m.

Essendo posate ad una profondità ridotta, le sonde risentiranno dell’oscillazione stagionale, in effetti non sono adatte a garantire anche il raffreddamento degli ambienti nelle stagioni estive, periodi in cui il suolo raggiunge, superficialmente, temperature elevate.

Sonde geotermiche orizzontali in un’abitazione

Sonde geotermiche orizzontali in un’abitazione

3. Sonde a scambio termico con acqua di falda

Le sonde a scambio termico con acqua di falda funzionano come un circuito chiuso, in cui è l’acqua di falda che funge da fluido termovettore. Sarà necessario infatti realizzare due pozzi ben isolati: il primo viene utilizzato per l’estrazione dell’acqua di falda, il secondo per l’iniezione della stessa a seguito di utilizzo.

L’acqua prelevata infatti viene utilizzata per la climatizzazione degli ambienti e, non appena è terminato il suo potenziale termico, priva di alterazioni chimiche, viene rimandata alla falda tramite il secondo pozzo.

Sonde a scambio termico con acqua di falda in un’abitazione

Sonde a scambio termico con acqua di falda in un’abitazione

Vantaggi e svantaggi dell’utilizzo di una sonda geotermica

I principali svantaggi della realizzazione di un impianto a sonde geotermiche sono rappresentati dagli elevati costi iniziali, resi necessari per effettuare le analisi geologiche e geotecniche sui terreni e per realizzare i vari pozzi per l’inserimento delle sonde ed i collegamenti con l’impianto stesso.

Inoltre la realizzazione di un impianto a sonde geotermiche non è sempre possibile, potrebbero esserci limitazioni dovute alle caratteristiche geomorfologiche del terreno, alla mancanza di spazi adeguati intorno all’abitazione per la realizzazione delle sonde stesse o all’esistenza di collegamenti e dispositivi di emissione vetusti che rendono difficile l’installazione di una pompa di calore.

Nel momento in cui però si riesce ad installare questa tipologia di impianto è possibile ottenere un’unica soluzione sostenibile per riscaldamento e raffreddamento della casa: le sonde geotermiche non producono infatti nessuna emissione diretta in atmosfera.

Nonostante i costi elevati iniziali, un sistema a sonde geotermiche comporta costi di esercizio ridotti, con un risparmio in energia elettrica che varia dal 25% al 50% ed un’efficienza tale da ridurre i consumi in riscaldamento del 30-70% e del raffrescamento del 20-50%.

Proprio per questo motivo è importante, in base alle condizioni al contorno, sviluppare un lavoro di analisi e progettazione mirata. Un software per il dimensionamento di sonde geotermiche ti consente infatti di:

  • effettuare il calcolo e il dimensionamento secondo gli standard ASHRAE di sonde geotermiche a sviluppo verticale accoppiate con impianti a pompa di calore a circuito chiuso (a singola “U”, a doppia “U” e coassiali);
  • elaborare il layout del campo geotermico tramite la scelta del numero e della disposizione delle sonde stesse con indicazione sull’effetto di deriva termica del terreno;
  • redigere automaticamente gli elaborati di progetto, come la relazione di calcolo (dati di input e risultati) e le tavole grafiche con gli schemi dell’impianto;
  • fare la stima dei costi, l’analisi economica e quella di impatto ambientale.

Per approfondire guarda il video per la progettazione di impianti a bassa entalpia.

 

GeoTermus

 

GeoTermus

 

0 commenti

Lascia un Commento

Vuoi partecipare alla discussione?
Fornisci il tuo contributo!

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *