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Guida all'informazione tecnica

Geotermico

Il termine “energia geotermica” è generalmente impiegato, nell’uso comune, per indicare il calore, che può essere estratto dal sottosuolo e sfruttato dall’uomo. Un impianto geotermico, in generale, sfrutta il calore contenuto in un serbatoio geotermico e che si propaga fino alle rocce più vicine alla superficie terrestre, come risorsa energetica.

I sistemi a MEDIA E BASSA ENTALPIA sfruttano un fluido geotermico che presenta temperature comprese tra i 150 – 100 gradi centigradi (nei casi della media entalpia) o inferiori a 100 gradi centigradi (nel caso della bassa entalpia), per usi termici diretti di tipo civile, agricolo, industriale (ad es. riscaldamento edifici, riscaldamento acqua).

Alcune definizioni
  • Flusso geotermico: quantità di calore che giunge in superficie dall’interno del pianeta. Il flusso è mediamente pari a 0,063 W/m2.
  • Gradiente geotermico: è l'aumento di temperatura con la profondità. Il gradiente è l’effetto misurabile del flusso di calore proveniente dal nucleo e dal mantello terrestre. Esso dipende dalle proprietà termiche della crosta terrestre. In media: 3°C/100 m. In alcune zone legate a particolari contesti geodinamici, come ad esempio nella Toscana centro-meridionale, si registrano delle anomalie geotermiche tali per cui il gradiente può superare di 10-15 volte il valore medio.
  • Serbatoio geotermico: è un determinato volume di sottosuolo, costituito da terreni di varia natura e dai fluidi in essi contenuti, che può essere sfruttato economicamente per la sua capacità di cedere o immagazzinare calore.
  •  Entalpia: è una funzione di stato che esprime la quantità di energia che un sistema termodinamico può scambiare con l'ambiente. L’entalpia di un fluido che circola ed è contenuto nel serbatoio geotermico esprime il “valore” energetico sia del fluido che del serbatoio.

La seguente tabella riporta una classificazione dei serbatoi geotermici in funzione della temperatura. Si segnala che nella maggior parte del sottosuolo della pianura emiliano-romagnola, da pochi metri a circa 200 metri di profondità, i serbatoi geotermici hanno temperature comprese tra 13 e 18 °C (serbatoi a bassissima entalpia) i quali possono essere accoppiati a pompe di calore per riscaldare ambienti in inverno prelevando calore dal serbatoio, così come possono essere accoppiati a macchine frigorifere per climatizzare ambienti in estate dissipando calore nel serbatoio.

Per questo motivo nel resto del paragrafo si farà riferimento ad impianti a bassa/bassissima/media entalpia (di seguito impianti geotermici) le cui tipica applicazione è la climatizzazione.

 Classificazione dei serbatoi geotermici

Classificazione dei serbatoi geotermici

Temperatura

Applicazioni

Alta Entalpia

Maggiore di 150 °C

Produzione di energia elettrica

Media Entalpia

80 – 150 °C

Produzione di energia elettrica, teleriscaldamento e usi diretti del calore.

Bassa Entalpia

20 – 80 °C

Uso diretto del calore o climatizzazione mediante pompe di calore geotermiche

Bassissima Entalpia

Minore 20 °C

Climatizzazione mediante pompe di calore geotermiche

 

Dal punto di vista tecnico gli impianti geotermici possono essere classificati in funzione della tecnologia di sfruttamento del serbatoio geotermico in:

  • Sistemi ad acqua di falda (open-loop): l’acqua di falda è estratta mediante pozzi e utilizzata direttamente come sorgente termodinamica inviandola alla pompa di calore in superficie. L’acqua prelevata è re-immessa nello stesso acquifero attraverso un secondo sistema di pozzi oppure scaricata in superficie.
  • Sistemi a sonde geotermiche (closed-loop): il fluido vettore termico circola nella sonda geotermica scambiando calore col terreno e con la pompa di calore. Non vi è estrazione d’acqua di falda.

Le componenti principali di un impianto geotermico sono descritte nella seguente tabella.

Principali componenti di un impianto geotermico a media/bassa entalpia per la climatizzazione (fonte: www.tecnologiepulite.it)

Componenti caratteristiche
Sonde verticali (sistemi closed-loop) Sfruttano il calore presente in profondità nel terreno, scendono in genere ad una profondità di 100 – 110 metri circa, necessitano di un’area limitata in superficie per l’installazione, assicurano una stabilità di resa interessante durante l’anno e per tutta la durata dell’impianto. Si tratta di un sistema a ciclo chiuso in cui il fluido che circola all’interno (termoconvettore) svolge la funzione di trasferire il calore dal suolo al circuito della pompa di calore e viceversa.
Sonde orizzontali (sistemi closed-loop) Sono di facile posa da 2 a 4 metri di profondità senza perforazioni, richiedono una superficie più ampia per lo scambio termico (circa 3 metri quadri per kW), risentono maggiormente delle variazioni climatiche stagionali. Si tratta di un sistema a ciclo chiuso in cui il fluido che circola all’interno (termoconvettore) svolge la funzione di trasferire il calore dal suolo al circuito della pompa di calore e viceversa.
Pozzi per acqua di falda (sistemi open-loop) Pozzi di mandata per il prelievo dell’acqua, inviata allo scambiatore che si connette con la pompa di calore e secondo pozzo per pompare nuovamente l’acqua nella falda. In alcuni casi si può realizzare un pozzo unico, l’acqua di ritorno viene pompata sulla superficie del pozzo mentre quella di alimentazione viene prelevata dal fondo. La profondità dei pozzi dipende dal livello della falda, il diametro è in media di circa 15 cm, nel secondo caso in cui il pozzo è unico il diametro è maggiore.
Pompe di calore La pompa di calore è una macchina termica in grado di trasferire il calore da un ambiente a temperatura più bassa (sorgente fredda) ad un atro (utilizzatore) a temperatura più alta con dispendio di energia esterna che può essere di natura meccanica o elettrica (stesso principio di funzionamento di una macchina frigorifera o di un condizionatore). Tipologie di pompe: pompe di calore elettriche a compressione, ad assorbimento, alimentate da motore a combustione interna/esterna. L’efficienza energetiche di queste macchine espressa attraverso il coefficiente di prestazione – COP è compresa tra 3 e 6 (es. per 1 kWh di energia elettrica consumata la pompa di calore rende disponibile 3 kWh di energia termica). Le pompe geotermiche presentano un rendimento più elevato rispetto alle pompe di calore tradizionali (ovvero pompe che utilizzano l’aria ambiente come sorgente energetica.

 

(Ultimo aggiornamento: mercoledì 5 dicembre 2012).
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