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Impianto ad energia geotermica
Un impianto che funziona ad energia geotermica è composto da:
- SONDA GEOTERMICA inserita in profondità per scambiare calore con il terreno;
- POMPA di CALORE installata all'interno dell'edificio;
- SISTEMA di DISTRIBUZIONE del calore "a bassa temperatura" all'interno
dell'ambiente
(impianti a pavimento, pannelli radianti, bocchette di ventilazione, ecc…)
Lo scambio di calore con il terreno avviene tramite la sonda di captazione,
installata con una perforazione del diametro di pochi centimetri, in un foro
scavato accanto all'edificio, invisibile dopo la costruzione.
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.
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 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.
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.
In generale per il condizionamento estivo si
è costretti al raffreddamento delle macchine frigorifere con l'aria, la cui
temperatura di riferimento estiva è di 32º.
Utilizzando le sonde geotermiche, la temperatura di riferimento è invece di
circa 14º-16°, il salto di temperatura nelle macchine che devono produrre acqua
refrigerata a 7º,
si riduce drasticamente, aumentando notevolmente la resa e riducendo, di
conseguenza, in modo rilevante i consumi di energia ed i costi di gestione.
A questo si aggiunge il vantaggio di poter effettuare anche un preraffreddamento
dell'aria utilizzando direttamente il fluido circolante nelle sonde geotermiche,
mentre l'acqua refrigerata viene usata solo per la deumidificazione raffreddando
l'aria sotto il punto di rugiada.
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 tecnica di prelevare calore con una sonda geotermica è altamente affidabile e
fa ormai parte dei modi convenzionali di riscaldamento, ben conosciuta e
sfruttata in tutto il Nord Europa e negli Stati Uniti.
A titolo di esempio, una pompa di calore collegata ad una sonda geotermica
inserita a circa 100 m di profondità estrae dal suolo una potenza geotermica
sufficiente per riscaldare un'abitazione unifamiliare standard.
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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.
La termodinamica ci insegna, ma ce lo suggerisce anche il buon senso, 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".
