• Articolo , 29 agosto 2008
  • La geotermia per l’edilizia

  • La Finanziaria 2008 prevede lo sgravio fiscale del 55% per sostenere le spese di sostituzione integrale dell’impianto di climatizzazione invernale con pompe di calore ad alta efficienza e con impianti geotermici. La detrazione del 55% è in soli 3 anni ma si attendono ancora chiarimenti riguardo alla possibilità di detrazione per le spese di perforazione, necessarie per l’installazione delle sonde

La geotermia è una fonte energetica naturale, rinnovabile, sfruttabile prevalentemente in contesti territoriali caratterizzati da fenomeni vulcanici e tettonici. L’energia geotermica deriva dal naturale aumento della temperatura del suolo all’aumentare della profondità (in media, ogni 100 metri la temperatura delle rocce cresce di 3° C), caratteristica questa che si accentua nei territori citati in precedenza, laddove l’energia può essere facilmente recuperata anche a basse profondità. Il calore sprigionato dai vapori viene incanalato in un sistema di tubature, utilizzato per servire attività locali di riscaldamento, coltivazioni in serra e impianti termali. Recentemente si sta sviluppando anche un settore dell’ edilizia sostenibile, per la realizzazione di impianti condominiali in grado di sfruttare l’energia geotermica per funzioni di riscaldamento e condizionamento (la cosiddetta minigeotermia).
In Europa, l’Islanda è la nazione caratterizzata dal più alto sfruttamento dell’energia geotermica, mentre in Italia la produzione di energia elettrica dalla geotermia è quasi esclusivamente concentrata in Toscana.


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*Principio di sfruttamento in ambito residenziale*

La geotermia domestica consiste nello sfruttare questa fonte di energia naturale, pulita e rinnovabile, catturandola a mezzo di sonde interrate e moltiplicandola con una pompa di calore per il riscaldamento, per la produzione dell’acqua calda sanitaria, ed in estate anche per il raffrescamento grazie ad un procedimento di inversione dei cicli. Le installazioni di geotermia domestica rappresentano un’efficace soluzione impiantistica in grado di sostituire completamente l’impianto tradizionale a combustione, infatti non si tratta di soluzioni integrative bensì assolutamente autonome.
I risultati ottimali si ottengono attraverso la sostituzione totale dell’impianto.

*Scelta delle soluzioni impiantistiche da adottare*

Negli impianti di geotermia residenziale e non, si hanno due possibili soluzioni per la posa delle sonde geotermiche o dei sensori necessari a prelevare il calore dal terreno:
– sonda orizzontale: è quella più economica, facile da installare e la più diffusa. Prevede la posa di sensori geotermici composti da tubi in polietilene ad alta densità o tubi di rame con guaina in polietilene anti corrosione nei quali circola rispettivamente acqua glicolata o fluido frigorifero. Le tubazioni vengono interrate ad una profondità di circa 60 cm. rispetto al piano di calpestio. A titolo di esempio per una costruzione con una superficie di circa 100 mq. sono necessari circa 120 – 150m2 di superficie di captazione. La posa dei sensori geotermici non altera in alcun modo la natura del terreno, dopo l’interramento delle tubazioni è possibile sfruttare la superficie sovrastante senza creare problemi al buon funzionamento dell’impianto.

– sonda verticale: per coloro che non hanno a disposizione una superficie sufficiente per la posa dei sensori esiste la soluzione verticale. Una sonda geotermica verticale è costituita da una coppia di tubi a U in polietilene nei quali circola acqua con antigelo non tossico e che vengono calati in pozzi che vanno dai 70 ai 100 m di profondità.
Nei primi 100-150 mt, la temperatura del sottosuolo, è con buona approssimazione costante e, in pianura padana è pari a circa 13°C. Per estrarre calore dal sottosuolo mediante una sonda geotermica verticale è sufficiente immettere acqua nella sonda ad una temperatura di 4-6°C inferiore a quella del sottosuolo. Trovando un terreno con temperatura media di circa 13°C dopo aver percorso 200 mt, 100 a scendere e 100 a salire, l’acqua tornerà su ad una temperatura superiore rispetto a quella a cui è stata immessa. L’impianto verticale diventa la soluzione standard se si parla di installazioni commerciali ed in edifici pubblici. La profondità mediamente raggiunta varia da regione a regione, e dipende ovviamente dal tipo di suolo. La condizione fondamentale che è alla base per procedere alla realizzazione dell’impianto è l’accertamento dei requisiti che il sottosuolo deve possedere, attraverso una fase di analisi, e la successiva redazione di una relazione geologica.

*Impianto: componenti e metodo di funzionamento*

Un impianto che funziona ad energia geotermica è composto da:
* Sonda geotermica: inserita in profondità per scambiare calore con il terreno. La sonda di captazione, viene installata con una perforazione del diametro di pochi centimetri, attraverso un foro scavato accanto all’edificio, reso invisibile dopo l’ultimazione dei lavori. Il numero delle sonde geotermiche e la profondità d’installazione (da 50 a 150 metri) variano in funzione dell’energia termica richiesta. Ogni sonda è formata da due moduli ciascuno dei quali costituito da una coppia di tubi in polietilene uniti a formare un circuito chiuso (un tubo di “andata” e uno di “ritorno”) all’interno dei quali circola un fluido glicolato (miscela di acqua e anticongelante non tossico).
I tubi delle sonde sono collegati in superficie ad un apposito collettore connesso alla pompa di calore.

* Pompa di calore: installata all’interno dell’edificio. Durante l’inverno il terreno ha una temperatura generalmente superiore a quella esterna, il fluido glicolato scendendo in profondità attraverso le sonde sottrae energia termica al terreno; ritornato in superficie ad una temperatura maggiore, provoca l’evaporazione del refrigerante che circola nel sistema della pompa di calore, il liquido si espande ed assorbe calore dalla sorgente esterna, ovvero, tramite le sonde geotermiche, dal terreno. All’uscita dell’evaporatore il fluido, ora allo stato gassoso, viene aspirato all’interno del compressore (della pompa di calore) che, azionato da un motore elettrico, fornisce l’energia meccanica necessaria per comprimere il fluido, determinandone così un aumento di pressione e conseguentemente di temperatura. Il fluido viene così a trovarsi nelle condizioni ottimali per passare attraverso il condensatore (scambiatore). In questa fase si ha un nuovo cambiamento di stato del fluido, che passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’aria o all’acqua che sono utilizzate come fluido vettore per il riscaldamento degli ambienti o per la produzione di acqua sanitaria. Il ciclo termina con la sua ultima fase dove il liquido passa attraverso una valvola di espansione trasformandosi parzialmente in vapore e raffreddandosi, riportandosi così alle condizioni iniziali del ciclo. L’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione COP (Coefficient of Performance), inteso come rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata perché possa avvenire il trasporto di calore medesimo. Un valore di COP tipico di un sistema piuttosto efficiente, può essere considerato pari a 3 (valori normali sono compresi tra 2,5 e 3,5): ciò significa che per ogni kWh di energia elettrica consumato, la pompa di calore renderà 3 kWh d’energia termica all’ambiente da riscaldare.

* Sistema di distribuzione: del calore “a bassa temperatura” all’interno dell’ambiente attraverso dei terminali di distribuzione che possono essere: impianti a pavimento, pannelli radianti, bocchette di ventilazione, ecc.

Lo stesso identico sistema, con opportuni accorgimenti impiantistici, potrà provvedere anche al condizionamento estivo, in questo caso il ciclo viene invertito ed il sistema cede al terreno il calore estratto dall’ambiente interno, raffrescandolo.
Con le pompe di calore si ha quindi il vantaggio di sfruttare una sola macchina, che grazie ad una valvola diventa reversibile poiché presenta la possibilità di invertire le funzioni dell’evaporatore e del condensatore, fornendo così aria fredda in estate e aria calda in inverno. L’inversione tra i due sistemi, riscaldamento e raffrescamento, può avvenire o con un’inversione sul ciclo o con un’inversione sull’impianto.
La termodinamica ci insegna, che il lavoro necessario per portare l’energia termica da un livello di temperatura più basso ad uno più alto è proporzionale a tale dislivello o salto di temperatura. Da ciò consegue la prima buona regola energetica di utilizzare per il riscaldamento di ambienti abitati, che vanno mantenuti a temperatura di comfort intorno ai 20º, temperature per i fluidi di riscaldamento degli impianti non superiori ai 35º sufficienti allo scopo. Con acqua disponibile a 10º- 15º, il salto di temperatura è conseguentemente di solo 20º-25º e, in queste condizioni, il rapporto tra calore reso all’impianto di riscaldamento e la potenza richiesta dalla pompa di calore nelle buone macchine moderne si aggira intorno a 4, potendo giungere anche a 5. Ciò significa che, spendendo 1 kW elettrico per l’azionamento dell’impianto si ottengono almeno 4 kW termici per l’utenza; gli altri 3 KW, ovvero il 75% del fabbisogno termico, vengono prelevati dall’ambiente e, più precisamente, nel caso da noi ipotizzato, dal sottosuolo; di conseguenza si può propriamente parlare di fonte “geotermica”.
Suggerimenti e consigli da tener presente
Costi e investimenti: a parità di superficie l’installazione di un impianto geotermico ha costi paragonabili a quelli di un impianto di riscaldamento tradizionale di qualità gasolio, metano o GPL. Non bisogna poi dimenticare che con un impianto geotermico si potrà, oltre che riscaldare la casa, produrre acqua calda sanitaria e rinfrescare l’abitazione d’estate. La realizzazione di un impianto geotermico completo (riscaldamento + raffrescamento) è senz’altro la soluzione più conveniente, in quanto comporta un minor tempo di ammortamento del costo dell’impianto. Alcuni dati di letteratura mostrano infatti un costo specifico medio per unità di calore prodotto pari a 1/3 di quello di un impianto tradizionale con caldaia a gasolio e 1/2 di quello di un impianto tradizionale con caldaia a metano. L’impianto a sonde geotermiche può essere applicato anche nel caso di modifica o ristrutturazione di impianti esistenti; i considerevoli risparmi nei costi di esercizio consentono infatti buoni margini per ripagare gli investimenti richiesti. Il costo è funzione del carico termico dell’edificio, ovvero di quanto calore l’edificio ha bisogno, e del tipo di sottosuolo dal quale si preleva calore. Ipotizzando dei dati medi, per una abitazione di 150 mq sono necessari circa 20.000 euro. Di seguito si riporta il calcolo di una bolletta per una famiglia di 4-5 persone per la produzione di acqua calda per riscaldamento, acqua calda per usi sanitari, e acqua fredda per il raffrescamento estivo.

*Bolletta energetica annuale – Stima edificio residenziale tipologia isolata*

Riscaldamento geotermico / raffrescamento passivo: 800 euro/anno

Metano / condizionamento tradizionale: 2.100 euro/anno

GPL / condizionamento tradizionale: 4.500 euro/anno

Gasolio / condizionamento tradizionale: 3.800 euro/anno

Risparmi: il sistema sfrutta l’energia gratuita del terreno per funzionare. E’ sufficiente confrontare i costi di consumo con le diverse fonti di energia disponibili sul mercato: gasolio, metano, GPL e geotermia. In linea generale il risparmio realizzato è di circa il 60% rispetto agli altri sistemi di riscaldamento.
Finanziamenti: esistono Istituti di credito e banche, che come è avvenuto per altre fonti energetiche rinnovabili, offrono opportunità di finanziamento ideali per affrontare investimenti in campo geotermico.
Realizzazione dell’impianto: l’installazione di un sistema di riscaldamento geotermico richiede l’intervento di imprese specializzate, che potranno controllare e garantire la qualità dei materiali ed assicurarvi una posa ottimale dell’ impianto.
Dimensionamento di massima: a titolo di esempio si può prevedere di utilizzare una superficie di terreno di circa 120 m² (per sonde orizzontali), per un fabbisogno di riscaldamento di una unità immobiliare di 100 m². In alternativa, si può adottare la soluzione di sonde geotermiche verticali che vanno a cercare l’energia tra 70 e 100 m di profondità. Bisogna considerare circa 1,2 m² di zona di captazione per ogni m² da scaldare.
Durata e manutenzione : i sensori geotermici orizzontali sono composti da tubature in polietilene ad alta densità, questo materiale è inerte agli agenti chimici presenti nel suolo e presenta buone proprietà di conducibilità termica. Tali tubature, una volta installate, avranno una durata di 75-100 anni. Questo tipo di impianto di riscaldamento non necessita di manutenzione specifica. L’assenza di combustione evita la pulizia delle polveri e delle canne fumarie. Inoltre il sistema impiantistico all’interno della casa funziona a circuito chiuso e quindi non sarà necessario caricare l’acqua che circola ad esempio nel pavimento radiante.

Ulteriori vantaggi:
• L’energia prodotta dal terreno è in effetti un’energia totalmente gratuita ed inesauribile.
• È possibile abbinare un impianto fotovoltaico ad un impianto geotermico: l’abbinamento di fotovoltaico e geotermico ottimizza il rendimento del sistema “conto energia” e permette di ammortizzare l’impianto nella sua totalità.
• In estate è possibile raffrescare la propria abitazione grazie al pavimento radiante. L’acqua che vi circola verrà infatti raffreddata tra 18° e 20° C, attraverso un semplice dispositivo d’inversione di ciclo all’interno della pompa di calore che permette tale opzione.