Come funziona effettivamente l’estrazione del calore dal terreno nei sistemi geotermici? L’elemento principale è la pompa di calore che, in combinazione con la sonda geotermica, assorbe calore dalla terra e lo trasferisce dell’abitazione o all’acqua da scaldare in inverno; viceversa in estate assorbe calore dall’abitazione e lo trasferisce al terreno. La funzione della pompa di calore, quindi, è quella di sfruttare le caratteristiche del suolo, che 20 a 100 metri di profondità mantiene una temperatura di circa 14 gradi centigradi, indipendentemente dalle escursioni termiche giornaliere e stagionali. Il terreno quindi è utilizzato come un serbatoio di calore, dove vengono praticate una o più perforazioni del diametro di 10-15 cm, fino a una profondità che dipende dal volume dell’edificio da servire. In questi fori vengono poi fatte passare delle condutture in cui la pompa fa circolare un fluido termovettore: L’apparecchio assorbe calore attraverso il fluido in un evaporatore, ne alza la temperatura attraverso il compressore e cede calore all’ambiente circostante attraverso il condensatore, attraverso un processo che prevede l’utilizzo di energia elettrica. Nonostante il consumo, però, il bilancio energetico è a favore del sistema, perché è in grado di fornire più energia, sotto forma di calore, di quella elettrica utilizzata per il suo funzionamento. L’efficienza è espressa dal coefficiente di prestazione “C.O.P.”, che è dato dal rapporto tra l’energia prodotta e l’energia consumata, e generalmente si aggira attorno a valori prossimi a 4, ma può variare a seconda del tipo di macchina. Questo significa che una pompa di calore che produce circa 4 kWh termici impiega circa un solo kWh elettrico. Andiamo ad analizzare invece il secondo elemento, le sonde geotermiche, che hanno una profondità tipica che va da 50 a 350 m a seconda dell’utenza da servire, e che sono il modo migliore di sfruttare l’energia geotermica quando si è in presenza di un sottosuolo particolarmente roccioso. In questo caso, durante la perforazione, viene introdotto un circuito in cui si muove un fluido termovettore che serve da scambiatore di calore.
Gli altri sistemi geotermici
Oltre alle sonde geotermiche propriamente dette, le applicazioni più comuni per sfruttare il calore del sottosuolo con pompe di calore sono i pozzi di captazione e reimmissione di acque sotterranee, le serpentine nel terreno e i pali energetici. I sistemi a pozzi di captazione, conosciuti anche come “ad acqua di falda”, sfruttano appunto l’acqua della falda come sorgente di energia termica e come fluido termovettore. L’acqua viene prelevata da un pozzo, il calore viene utilizzato mediante una pompa e poi successivamente l’acqua viene riconvogliata nel terreno tramite un pozzetto di drenaggio. Questo tipo di sistemi sono meno profondi di quelli di una sonda geotermica (30 metri), ma va tenuto conto che normalmente sono abbastanza costosi che la condizione più importante affinché si possano utilizzare è quella della presenza di un flusso d’acqua sufficiente. Gli altri metodi, quello delle serpentine e dei pali energetici, non sono una vera e propria applicazione della geotermia, ma piuttosto un modo di sfruttare l’energia solare che riscalda il terreno in superficie fino a pochi metri di profondità. Le serpentine vengono installate ad una profondità di pochi metri e sono disposte orizzontalmente nel terreno secondo diverse forme, mentre i pali energetici sono scambiatori di calore integrati verticalmente nelle strutture di fondazione di una costruzione, e hanno una profondità tipica di pochi metri.
Requisiti essenziali per una corretta applicazione della tecnologia
Al di là del sistema che si sceglie di utilizzare, esistono dei requisiti essenziali e molto specifici affinché sia possibile utilizzare questo tipo di tecnologia nel modo più corretto e sicuro possibile:
- Poter accedere al sottosuolo e non avere vincoli alla perforazione.
- Avere il giusto tipo di sottosuolo, perché non tutti sono adatti: serve infatti un sottosuolo con una conducibilità termica sufficientemente elevata, cioè una buona capacità di trasportare calore.
- La conoscenza del tipo di sottosuolo gioca un ruolo determinante anche per il dimensionamento corretto dell’impianto, poichè non tutti i tipi di rocce e di terreni hanno la stessa conducibilità termica. Per determinare il rendimento termico del terreno a disposizione è quindi necessario svolgere opportune indagini geologiche. Inoltre, la presenza d’acqua aumenta il rendimento di un impianto, migliorando lo scambio termico tra impianto e sottosuolo.
- Per installare una pompa di calore geotermica occorre poter effettuare lo scavo che alloggia la sonda geotermica (giardino o altro spazio), o prevederne l’installazione in fase di progettazione dell’edificio.
- Esistono zone di protezione delle acque sotterranee e superficiali in cui la realizzazione d’impianti geotermici è regolamentata e deve essere autorizzata dalle autorità competenti. È quindi opportuno raccogliere informazioni presso il comune dove è prevista l’installazione.
- Le pompe di calore geotermiche operano con temperature massime comprese tra i 40 e i 50 °C: per questo motivo necessitano di essere accoppiate a sistemi di riscaldamento a bassa temperatura quali pannelli radianti o ventilconvettori, che per loro natura richiedono di essere installati in edifici dotati di buon isolamento termico.