Oltre lo sfruttamento diretto dei giacimenti di calore sotterranei (geotermia ad alta entalpia, temperature superiori a 100 C°), si intende comunemente anche l’insieme di tecnologie che utilizzano il terreno quale serbatoio termico per la climatizzazione degli edifici (geotermia a bassa entalpia, temperature < 100 C°).
I parametri che influenzano il dimensionamento di un impianto geotermico riguardano il tipo di terreno, in particolare la temperatura indisturbata e le caratteristiche termofisiche del sottosuolo (coduttività termica, diffusività…), la tipologia dello scambiatore di calore.
| Tipologia terreno | Conduttività (W/mK) | Potenza specifica assorbita (W/m) | Lunghezza sonda per unità di potenza termica resa da PdC con COP 3,5 (W/m) |
|---|---|---|---|
| roccia mobile secca | < 1,5 | 20 | 36 |
| roccia dura | 1,5-1,3 | 50 | 14 |
| ghiaia, sabbia asciutta | <0,4 | <20 | >36 |
| argilla, limo (umidi) | <1,7 | <30-40 | >18-24 |
| granito | <3,4 | <55-70 | >10-13 |
| calcare | <2,8 | <45-60 | >12-16 |
Caratteristiche di un impianto geotermico
Funzionamento pompa di calore geotermica durante il periodo invernale (tratto catalogo caleffi)
Un impianto geotermico è costituito da 3 elementi fondamentali:
- un sistema di captazione del calore;
- una pompa di calore elettrica;
- un sistema di accumulo e di distribuzione del calore.
Lo scambio di calore nel sottosuolo avviene attraverso delle sonde di captazione che vengono immerse nel terreno a differenti profondità in funzione della quantità di energia che si vuole prelevare (periodo invernale) e cedere (periodo estivo). Ogni sonda generalmente è costituita da 2 tubi a forma di U in polietilene di diametro 20-40 mm all’interno dei quali scorre un fluido glicolato. Durante il periodo invernale, il terreno che ha una temperatura costante di 8-12 °C (maggiore alla temperatura dell’aria esterna), cede calore al fluido contenuto nei tubi e mediante una pompa di calore viene utilizzata per riscaldare gli ambienti interni. Tanto maggiore è la temperatura prelevata dal sottosuolo mediante le sonde tanto minore sarà il Δt a cui lavorerà la pompa di calore con conseguente miglioramento dell’efficienza energetica.
Durante il periodo estivo il ciclo viene invertito per creare un vero e proprio raffrescamento naturale: il calore accumulato all’interno dell’edificio viene così estratto e ceduto al terreno.
Impianto geotermico a sonde orizzontali
Impianto geotermico a sonde verticali
In figura si possono vedere due configurazioni tipiche utilizzate per lo scambio termico con il terreno: a sonde termiche orizzontali e verticali. Quest’ultime si utilizzano in presenza di una richiesta di fabbisogno energetico elevato associato a spazi limitati (esempio in agglomerati urbani). Grazie alle maggiori profondità che si raggiungono, fino a 100 m è possibile ottenere uno scambio termico dell’ordine di 3 kW per ogni 100 metri lineare di sonda. Il sistema a sonde orizzontali consiste invece nella posa di uno o più tubi disposti parallelamente in trincee profonde 1 o 2 metri. È una soluzione relativamente più economica rispetto alle sonde verticali rispetto alle quali richiedono una maggiore superficie occupata e quindi più adatte per interventi in zone rurali.
Le pompe di calore sono delle macchine in grado di estrarre calore da sorgenti che si trovano a temperatura più bassa e trasferirlo a una sorgente a temperatura più alta e viceversa. Le pompe di calore sono alimentate a energia elettrica ed hanno un COP di 3÷4 ovvero per ogni kWh di energia elettrica consumata la pompa ne fornisce 3÷4 kWh di calore termico. L’impianto geotermico lavorando a certe temperature impone all’interno dell’unità abitativa un sistema di distribuzione del calore a bassa temperatura, come per esempio i pannelli radianti a pavimento (collegamento) o bocchette di ventilazione. Un sistema tipo radiante avendo una temperatura di mandata di circa 30-36°C richiede un impianto di potenza inferiore rispetto al tradizionale impianto con termosifoni e non necessita di alcun allacciamento alla rete del gas e di alcuna canna fumaria.
Il solo impianto geotermico è sufficiente per il riscaldamento di una casa?
Punto di partenza è realizzare involucro con buone prestazioni energetiche. In questo caso l’impianto geotermico generalmente è in grado di soddisfare la domanda energetica relativa al riscaldamento, raffrescamento e produzione di acs per edifici residenziali. Il nostro consiglio è rivolgersi sempre a dei professionisti del settore poiché una valutazione corretta dei fabbisogni energetici legati ad un corretto dimensionamento del sistema sono elementi fondamentali per assicurare la migliore resa di un impianto geotermico in termini economici e prestazionali.
Impianto geotermico a sonde orizzontali o verticali?
Andamento della temperatura del suolo in funzione della profondità (Tratto da Robur)
I parametri che influenzano il dimensionamento di un impianto geotermico riguardano il tipo di terreno, in particolare la temperatura indisturbata e le caratteristiche termofisiche del sottosuolo (coducibilità termica, diffusività…), la tipologia dello scambiatore di calore.
Lo strato superficiale della crosta terrestre risente delle variazioni atmosferiche (radiazione solare, precipitazioni…) e di conseguenza, come evidenziato dal grafico, anche la sua temperatura. Tali scostamenti tuttavia si annullano a una profondità superiori a 20 metri dove la temperatura è considerata costante e il calore presente oltre questo strato è strettamente legato alle proprietà termiche delle rocce.
La maggioranza delle installazioni vengono pertanto realizzate con pozzi geotermici profondi circa 100 metri. Diversamente le sonde geotermiche disposte orizzontalmente richiedono uno scavo a circa 1–2 m di profondità quindi minor costo rispetto alle opere di trivellazione tuttavia necessitano di una vasta area superficiale dedicata. Questa tipologia di installazione risentendo delle fluttuazioni climatiche esterne è consigliata per soddisfare piccoli fabbisogni di energia.
Quanto costa installare un impianto geotermico?
La progettazione di un impianto geotermico implica la valutazione di numerose variabili che possono incidere non poco sul costo finale. Per una abitazione civile con un involucro ben isolato si stima un costo del 20-25% in più rispetto a un impianto tradizionale (caldaia e termosifoni).
Per un’abitazione di 100 m2, il costo dell’impianto a sonde geotermiche verticali (sviluppo 100 m) con pompa di calore reversibile idonea per la produzione di acqua calda sanitaria è di circa 20.000- 25.000 €. A questo si aggiunge il costo di un impianto a pannelli radianti a pavimento di circa 5000 €.
Quanto dura un impianto geotermico?
Gli impianti geotermici utilizza componenti che richiedono una bassa manutenzione. La vita utile stimata delle pompe di calore si aggira sui 20anni mentre le sonde geotermiche arriva fino a 80-100 anni. I pannelli radianti hanno un vita stimata in circa 20-30 anni.
Quali sono i vantaggi di un impianto geotermico?
La scelta di installare un impianto geotermico porta molteplici benefici sia dal punto di vista ambientale ed economico sia sul benessere degli individui.
| Ambientale | Economico |
|---|---|
| l’ energia geotermica è totalmente gratuita e indipendente dalle condizioni climatiche esterne | l’energia geotermica non comporta alcun processo di combustione che si traduce in costi di esercizio inferiori del il 50-60% rispetto a un sistema di riscaldamento tradizionale |
| riduce le emissioni di inquinanti e di CO2 in atmosfera. Le uniche emissioni sono quelle derivate dal consumo di energia elettrica per il funzionamento della pompa di calore che in presenza di un impianto fotovoltaico si annullano. non inquina | Con un unico impianto è possibile riscaldare d’inverno e raffrescare d’estate |
| il raffrescamento d’estate è quasi gratuito |
Ci sono forme di incentivazione fiscale?
Il recente DL n. 63/2013 che ha modificato la percentuale detraibile dal 55% al 65% ha escluso dalle detrazioni fiscali“… le spese per gli interventi di sostituzione di impianti di riscaldamento con pompe di calore ad alta efficienza ed impianti geotermici a bassa entalpia nonché le spese per la sostituzione di scaldacqua tradizionali con scaldacqua a pompa di calore dedicati alla produzione di acqua calda sanitaria”. Tuttavia un recente emendamento presentato al Senato a reinserito le pompe di calore e la geotermia tra gli interventi agevolabili al 65%.
Da ricordare che per accedere a tale agevolazione l’intervento deve configurarsi come sostituzione totale del vecchio impianto termico e non come nuova installazione e le pompe di calore oggetto di installazione devono garantire un coefficiente di prestazione (COP) e un indice di efficienza energetica (EER) nel caso l’apparecchio fornisca anche il servizio di climatizzazione estiva, secondo i valori minimi fissati nell’allegato I al DM 06.08.09.
Autorizzazioni necessarie per l’installazione
La competenza per questi impianti è regionale tuttavia le autorizzazioni necessarie all’installazione di sonde geotermiche è demandata in alcuni casi direttamente alle Province o ai Comuni. Per installazioni geotermiche che sfruttano come sorgente termica l’acqua di falda, la normativa che in Italia regola il settore prende a riferimento la legge nazionale in materia di acque e tutela del sottosuolo (testo unico ambientale D.lgs 152/2006).
