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FORME PIÙ EFFICIENTI PER SONDE GEOTERMICHE

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L’Italia della geotermia
Sonde geotermiche con geometria elicoidale
Vantaggi per lo sfruttamento dell’energia della terra
Applicazioni in Italia
Sonda elicoidale: cambiano le potenzialità della geotermia italiana
Progettazione con la sonda elicoidale
Un esempio di utilizzo

Installazione di una sonda geotermica elicoidale
L’Italia della geotermia
Una maggiore consapevolezza nell’uso delle risorse energetiche e in particolare su quelle rinnovabili, ha portato negli ultimi anni a riconsiderare tutte quelle fonti capaci di contribuire al risparmio energetico. Tra queste certamente il calore fornito dalla Terra è nota da tempo e costituisce una delle risorse più dirette e largamente disponibili. L’energia geotermica, soprattutto la tecnologia per il suo uso diretto nella produzione di elettricità, è nota nel nostro paese da oltre due secoli. L’Italia pertanto ha un notevole know-how in questo settore, grazie alle installazioni presenti in Toscana dove con la geotermia viene prodotto il 25 per cento del fabbisogno elettrico regionale.
L’uso del calore terrestre per il riscaldamento degli edifici è stato utilizzato oramai da decenni, soprattutto nelle regioni più fredde alpine e settentrionali d’Europa, le abitazioni venivano addirittura poste al di sotto del livello del terreno.
Nelle regioni a clima più temperato come la nostra, la possibilità di utilizzare il calore terrestre per condizionare il clima interno degli edifici è anch’essa nota da tempo. Basta ricordare le cantine, calde d’inverno e fresche d’estate.
La possibilità tecnologica del condizionamento climatico, si è concretizzata negli ultimi anni soprattutto grazie alla notevole efficienza raggiunta delle pompe di calore. Attraverso il ciclo termodinamico di un’unica macchina, è possibile alle nostre latitudini, riscaldare in inverno e raffrescare in estate, utilizzando la temperatura presente nel sottosuolo. E’ questo uno dei punti di forza della geotermia a bassa entalpia che ne allarga lo sviluppo in tutta l’area mediterranea.
Lo scambio termico viene effettuato attraverso una sonda costituita da un semplice tubo che penetra nel terreno per molte decine di metri. Questa tecnologia è oramai molto matura dal punto di vista tecnologico e trova centinaia di migliaia di applicazioni in paesi del nord Europa.
Il progetto sviluppato negli ultimi due anni da un pool di ricercatori delle Università di Urbino, di Ancona e di Camerino, con Energy Resources srl e LUCAP srl di Ancona e la ALSEO di Osimo, è stato incentrato soprattutto sullo studio dei meccanismi che regolano lo scambio termico tra una sonda geotermica e il terreno. L’originalità dello studio risiede nell’utilizzo delle sonde geotermiche con geometria elicoidale rispetto alle classiche sonde ad U. In questa rete di Università e Imprese delle Marche sono state sviluppate sinergie per studiare sia le caratteristiche geotermiche dei terreni che sviluppare modelli matematici di propagazione del calore. Dal punto di vista industriale è stato implementato un software per la progettazione degli impianti geotermici e per la produzione delle sonde elicoidali.
Sonde geotermiche con geometria elicoidale
Il sottosuolo può esser suddiviso dal punto di vista geotermico in almeno tre livelli: il primo fino a pochi metri è influenzato direttamente dalle condizioni climatiche superficiali; uno strato intermedio che può raggiungere anche decine di metri di profondità e che risente principalmente del flusso termico operato dalle acque sotterranee. Infine un livello più profondo nel quale agisce il calore proveniente dall’interno della terra. Un’analisi geologica e geotermica di un’area ci permette proprio di verificare gli spessori di questi livelli, le loro caratteristiche termiche (conducibilità, capacità termica) e il loro possibile contributo al geoscambio. Questo tipo di analisi consente poi di definire la tipologia e la geometria delle sonde da installare.
Le sonde geotermiche elicoidali, brevettate dall’azienda di Ancona Energy Resources grazie anche alla collaborazione con l’Università di Urbino, presentano caratteristiche geometriche – quali la tipologia costruttiva, il diametro o passo della spirale – che favoriscono il geoscambio soprattutto nella parti più superficiali del terreno. E questo, è proprio uno dei punti di forza di questo brevetto.
Vantaggi per lo sfruttamento dell’energia della terra
Il sistema dello scambio termico con il terreno utilizzando sonde elicoidali, presenta indubbi vantaggi rispetto alla classica sonda ad U.
Il primo riguarda la minore profondità di impianto della sonda che ha anche un impatto ridotto, dal punto di vista ambientale, sulla struttura idrogeologica del sottosuolo. Vantaggio che si traduce significativamente anche nei costi di realizzazione e di impianto.
Questo è tanto più vero in particolari contesti geologici dove per la presenza di terreni saturi d’acqua o in presenza di falde freatiche in movimento nel sottosuolo è favorito lo scambio termico. Va comunque messo in evidenza che per il corretto funzionamento della sonda è necessario valutare caso per caso le condizioni geologiche e geotermiche presenti e gli eventuali impatti dell’impianto sul sistema idrogeologico dell’area. E’ bene ricordare che qualsiasi opera umana provoca modificazioni sull’ambiente e per questo è necessaria un’analisi preventiva delle caratteristiche geologiche del sito al fine di verificare la fattibilità dell’opera e limitare gli impatti sull’ecosistema.
Applicazioni in Italia
Le applicazioni di questa tecnologia sono notevoli e risiedono soprattutto nel concetto di efficienza energetica degli edifici con una micro-generazione energetica distribuita. Questo concetto è largamente applicabile sia alle abitazioni che agli edifici industriali sia nuovi che per quelli che necessitano di un adeguamento energetico. Proprio in quest’ultimo settore esistono ampie prospettive di sviluppo proprio per il vasto patrimonio abitativo ed industriale presente nel nostro Paese.
Il condizionamento degli edifici mediante sonde geotermiche abbinate a pompe di calore trova un’ampia applicazione in Italia. I costi ridotti di realizzazione e la facilità di installazione consentono realmente di estendere questa tecnologia a tutti gli edifici, realizzando quello che è stato un po’ lo slogan del convegno “La geotermia per tutti” svoltosi l’autunno scorso ad Ancona.
Ne è la riprova anche la recente approvazione da parte del Governo del decreto legislativo n.22 del 11 febbraio 2010 che detta le norme proprio per le installazioni geotermiche per il condizionamento degli edifici.
Convegno “La Geotermia per tutti”
I territori più idonei a queste installazioni sono quelli collinari, pedemontani e di fondovalle, dove risiede gran parte della popolazione italiana.
Va rilevato che il condizionamento con la geotermia a bassa entalpia, dove è possibile realizzarla, permette di conservare il contesto paesaggistico che caratterizza i tanti centri storici minori dispersi sul nostro territorio.
Dal punto di vista del semplice condizionamento degli edifici esistono delle zone particolarmente interessanti in Italia. Una di queste è tutta la fascia tirrenica che dalla Liguria fino alla Sicilia presenta flussi di calore dal sottosuolo particolarmente favorevoli. Se pensiamo ai grandi centri urbani presenti, possiamo ben immaginare le potenzialità di utilizzo.  Esistono poi alcune zone particolarmente interessanti che vanno dai Colli Euganei nel Veneto, alla fascia pedemontana dell’Emilia Romagna, all’area del promontorio del Conero, del Gargano, il Salento che  potrebbero giovarsi dell’utilizzo di questa tecnologia.
Non va dimenticato che il geoscambio termico con il sottosuolo è molto vantaggioso anche per il semplice condizionamento di edifici in grandi aree urbane. Già da alcuni anni a Milano, il condizionamento di edifici pubblici e privati viene effettuato utilizzando il geoscambio con l’acqua della falda presente nel sottosuolo.
Sonda elicoidale: cambiano le potenzialità della geotermia italiana
Certamente questa tecnologia potrà essere ulteriormente sviluppata soprattutto attraverso lo studio di diversi aspetti geologici che riguardano sia lo scambio termico con il terreno che la tecnologia per le perforazioni.
In queste direzioni, presso il Dipartimento di Scienze Geologiche dell’Università di Urbino abbiamo attivi alcune linee di ricerca, in sinergia con industrie private. I settori di ricerca principali riguardano la propagazione del calore nel sottosuolo in diversi contesti geologici, le tecnologie di misura dei parametri termici del sottosuolo e lo studio delle malte di cementazione utilizzate nell’installazioni delle sonde geotermiche. A breve, grazie ad un contributo della Regione Marche, realizzeremo proprio un impianto geotermico per il condizionamento del nostro campus scientifico. Questo verrà utilizzato anche dal punto di vista sperimentale e soprattutto per la didattica. Tra l’altro, durante la sua realizzazione sarà previsto un workshop tra ricercatori ed aziende del settore provenienti da diversi paesi europei.
Per quanto riguarda le potenzialità geotermiche in Italia, queste sono ben note, come dicevamo, soprattutto in alcune regioni come la Toscana e il Lazio. Nelle restanti parti del territorio si hanno conoscenze solo a grandi linee. E’ necessario investire ancora nella ricerca geologica di base per comprendere soprattutto le potenzialità, ma anche i limiti del sistema. Esistono delle regioni, soprattutto nel meridione d’Italia, dove le conoscenze del flusso geotermico sono molto limitate.
Certamente la geotermia da sola non risolve i problemi energetici del nostro paese, ma insieme ad altre fonti rinnovabili può portare un contributo significativo al risparmio energetico complessivo.
L’utilizzo del geoscambio per condizionare gi edifici è una tecnologia semplice che funziona e nella quale credono molto anche le pubbliche amministrazioni. Continuamente escono bandi nazionali o regionali che erogano contributi in questa direzione anche se sarebbe opportuno definire preventivamente una normativa di utilizzo di questa tecnologia. Il Decreto legislativo approvato il 10 febbraio 2010 dal Governo va proprio in questa direzione.
Progettazione con la sonda elicoidale
Il vantaggio dell’utilizzo delle sonde geotermiche a geometria elicoidale risiede sia nella velocità di realizzazione, messa in opera e quindi in una economicità complessiva. Infatti le sonde elicoidali vanno inserite nel terreno fino a circa 30 m di profondità rispetto alle molte decine di metri (tra 80 e 200 m) delle classiche sonde ad U. Questo permette di utilizzare macchine di scavo molto più semplici e meno costose. Lo studio che abbiamo condotto insieme con la Energy Resources dimostra che con particolare geometrie della sonda geotermica elicoidale è possibile riscaldare in inverno e raffrescare in estate un edificio, immagazzinando anche una certa quantità di calore nel sottosuolo.
L’eco Resort Ca’ Virginia

Un esempio di utilizzo
La tecnologia delle sonde geotermiche elicoidali è
già stata utilizzata in alcune installazioni curate dall’azienda che ne detiene il brevetto – Energy Resources. Nel territorio di Pesaro-Urbino, ad esempio, da alcuni anni opera la country house di Ca’ Virginia, con l’annesso albergo e ristorante.

Questa struttura, grazie al maggior impianto geotermico delle Marche, utilizza l’energia termica presente nel sottosuolo per climatizzare l’edificio, oltre a cedere il disavanzo energetico al GSE. Il sistema è stato realizzato con sonde geotermiche a geometria elicoidali posizionate ad alcuni metri di profondità che permettono di ottenere 213kwh/p di produzione geotermica. È proprio la particolare situazione geologica presente nell’area a consentire l’utilizzo del sottosuolo per immagazzinare energia termica in estate per poi essere utilizzata in inverno.

Autore: Marco Menichetti, docente all’Università di Urbino – Dipartimento di Scienze Geologiche, Tecnologie Chimiche e Ambientali

Si autorizza la riproduzione a fini non commerciali, con citazione obbligatoria della fonte e inserimento link a www.energheiamagazine.eu.

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