LE FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI PER IL FABBISOGNO TERMICO DEGLI EDIFICI

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1 Monte San Pietro, 8 giugno 2011 LE FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI PER IL FABBISOGNO TERMICO DEGLI EDIFICI Incontro di sensibilizzazione dello Sportello Risparmio Energetico

2 Monte San Pietro, 8 giugno 2011 LA TERRA COME SERBATOIO PER L ENERGIA SOLARE: LE POMPE GEOTERMICHE Sig. Claudio Tagliavini Tagliavini Srl Club Eccellenza Energetica CNA Incontro di sensibilizzazione dello Sportello Risparmio Energetico

3 Geotermia. La Terra è la fonte di energia rinnovabile a noi più vicina La Geotermia è la scienza che si occupa dello studio e dello sfruttamento del calore esistente all interno della Terra. Il calore contenuto nella Terra può affiorare sulla crosta terrestre per anomalie geologiche o vulcanologiche. In natura esistono due tipi di geotermìa. Quella classica che tutti conoscono sotto forma di geyser, soffioni, acque termali, eruzioni vulcaniche... In alcuni luoghi della Terra la temperatura del terreno supera i 40 C. In particolari condizioni localizzate, l uomo ne può trarre benefici.

4 La crosta terrestre è uno straordinario serbatoio di calore.... e la geotermia a "bassa entalpia", che utilizza il sottosuolo come serbatoio termico gratuito. Il terreno è uno straordinario serbatoio di calore proveniente dall irraggiamento del sole. Nella geotermìa a bassa entalpìa, il sottosuolo è il serbatoio termico da cui estrarre calore in inverno e a cui cedere calore in estate. Il calore catturato dal terreno, a profondità relativa, è costante. In Italia la temperatura del sottosuolo si aggira tra i 12 C e i 17 C.

5 La cattura e la cessione del calore - premesse La geotermia a bassa entalpia, è quella "geotermia" con la quale qualsiasi edificio, in qualsiasi luogo della terra, può riscaldarsi e raffrescarsi, invece di usare la classica caldaia d'inverno ed il gruppo frigo d'estate. Il raffrescamento geotermico consiste nell inviare, attraverso sonde geotermiche, il calore eccedente accumulato dalla casa nel terreno del vostro giardino e di importarne, con lo stesso meccanismo, le frigorie per ottenere il raffrescamento della casa. Il riscaldamento geotermico consiste nel captare, grazie a sonde geotermiche, le calorie contenute nel suolo del vostro giardino e, attraverso la pompa di calore, restituirle in forma di riscaldamento nella casa.

6 La cattura e la cessione del calore - schemi Negli impianti geotermici avviene un prelievo di calore dal terreno per conduzione, mediante un fluido vettore che circola in un circuito chiuso sotto terra ad una temperatura minore rispetto al terreno circostante. La quantità di calore prelevato è funzione delle caratteristiche di conducibilità termica del terreno, della superficie totale di scambio, della differenza di temperatura tra fluido e terreno, della portata e della velocità del fluido di circolazione. Il circuito di scambio detto geoscambiatore si avvale di sonde affogate nel terreno. La posa delle sonde può essere orizzontale o verticale.

7 Gli schemi di posa delle sonde di captazione dal terreno. I sistemi di stesura delle sonde possono essere di diverse tipologie. Le prevalenti sono: stesura orizzontale stesura orizzontale a spirale stesura verticale stesura verticale in falda Sistemi di stesura delle sonde di captazione orizzontale verticale in falda Questa tipologia di sistema opera prelevando acqua di falda attraverso pozzi, e dopo lo scambio termico, scarica l acqua in bacini superficiali o nella rete delle acque meteoriche.

8 La cattura e la cessione del calore le sonde verticali Le sonde geotermiche verticali sono costituite da uno (o due) circuiti chiusi formati da tubi in polietilene di diametro mm. inseriti all interno di una perforazione di diametro mm. e di profondità generalmente comprese tra 50 e 200 m. L intercapedine tra foro e tubazione è riempita mediante miscele di cemento, bentonite e sabbia silicea (per garantire una buona ( impermeabilità conducibilità termica e

9 La cattura e la cessione del calore le sonde orizzontali La soluzione di posa orizzontale delle sonde è quella più economica, più diffusa e facile da installare. 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 e che vengono interrati ad una profondità di circa 200 cm. A titolo di esempio per una casa di 100 mq sono necessari circa m 2 di superficie di captazione. La posa dei sensori geotermici non altera in alcun modo la natura del terreno, in cui si può tranquillamente piantare arbusti e coltivare piante.

10 L accumulo e la trasformazione del calore i componenti Il rapporto tra l energia termica fornita all impianto e l energia elettrica assorbita è la misura dell efficienza della pompa di calore (detto C.O.P. Coefficiente di prestazione). La misura a da 1 a 5. Più il numero è alto, maggiore è la resa. Componenti dell impianto La pompa di calore, grazie all elevata efficienza, permette di fornire calore ad un ambiente mediante una quota di energia elettrica ed un contributo rilevante gratuito del terreno. sonde geotermiche pompa di calore serbatoio di accumulo termico terminale radiante

11 Lo schema di funzionamento dell impianto

12 Lo schema di funzionamento dell impianto - integrazione con pannello solare termico collettore distribuzione ai terminali radianti pannello solare termico Quella a "bassa entalpia", relativa allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale ed al quale cederne durante la stagione estiva. sonde geotermiche pompa di calore boiler accumulo termico

13 Lo schema di funzionamento dell impianto - riscaldamento collettore distribuzione ai terminali radianti In modalità riscaldamento il fluido di circolazione scende attraverso la sonda di mandata ad una temperatura inferiore a In modalità quella del terreno (per esempio a 3-4 se è costituito solo riscaldamento da il acqua, o a 0 se è additivata con glicole) e risale ad una scende attraverso la profondità di 4-5 superiore, dopo avere estratto calore dal terreno per conduzione. La pompa di calore è in grado di trasferire il calore estratto a 3-4 se è dal costituito terreno all impianto di distribuzione facendo uscire acqua se è additivata ad una con glicole) e risale ad temperatura di (nel caso dei pannelli radianti); l acqua di ritorno sonde dall impianto rientra nella pompa di calore ad una geotermiche estratto calore dal temperatura di 4-5 inferiori, dopo avere ceduto caloreterreno per conduzione. all ambiente. boiler pompa di calore INVERNO pannello solare termico fluido di circolazione sonda di mandata ad una temperatura inferiore a quella del terreno (per esempio solo da acqua, o a 0 una profondità di 4-5 superiore, dopo avere La pompa di calore è in grado di trasferire il calore estratto dal terreno all impianto di distribuzione facendo uscire acqua ad una temperatura di (nel caso dei pannelli radianti); l acqua accumulo di ritorno termico dall impianto rientra nella pompa di calore ad una temperatura di 4-5 inferiori, dopo avere ceduto calore all ambiente.

14 Lo schema di funzionamento dell impianto acqua calda sanitaria collettore distribuzione ai terminali radianti In modalità riscaldamento il fluido di circolazione scende La pompa di calore attraverso la sonda di mandata ad una temperatura inferiore geotermica puòa sfruttare il calore quella del terreno (per esempio a 3-4 se è costituito solo estratto dal terreno anche per la acqua, o a 0 se è additivata con glicole) e risale ad una produzione dell acqua sanitaria. In questo profondità di 4-5 superiore, dopo avere estratto calore dal terreno per conduzione. La pompa di calore è in grado di trasferire il calore estratto da produrre dal, terreno all impianto di distribuzione facendo uscire acqua tende ad ad abbassarsi una leggermente. temperatura di (nel caso dei pannelli radianti); l acqua di E pertanto opportuno ritorno sonde dall impianto rientra nella pompa di calore ad una valutare sempre la geotermiche possibilità di produrre temperatura di 4-5 inferiori, dopo avere ceduto calorel acqua calda sanitaria all ambiente. boiler pompa di calore accumulo termico ACQUA CALDA SANITARIA pannello solare termico caso, essendo maggiore la temperatura dell acqua l efficienza della pompa con un altra fonte energetica pulita costituita dai pannelli solari, integrata con l impianto geotermico.

15 Lo schema di funzionamento dell impianto - raffrescamento Il raffrescamento attivo (active cooling o direct cooling) collettore distribuzione ai terminali radianti In modalità riscaldamento il fluido di circolazione scende Il raffrescamento Utilizza la pompa naturale di attraverso calore anche in la sonda di mandata ad una temperatura inferiore (natural cooling, a estate. Il fluido di free cooling o circolazione quella deve del terreno (per esempio a 3-4 se è costituito solo geocooling) da scendere acqua, o a 0 se è additivata con glicole) e risale ad una attraverso la Si tratta di una sonda profondità mandata di 4-5 superiore, dopo avere estratto calore dal ad una temperatura terreno per conduzione. superiore a quella del La terreno pompa (per di calore è in grado di trasferire il calore estratto circolare all interno dal dei esempio a ) terreno e risale ad all impianto di distribuzione facendo uscire acqua di ritorno ad dalle sonde una una profondità di geotermiche verticali. temperatura di (nel caso dei pannelli radianti); l acqua di 4-5 inferiore, E necessaria la dopo ritorno averesonde dall impianto rientra nella pompa di calore ad una ceduto geotermiche calore al della pompa di calore. terreno. temperatura di 4-5 inferiori, dopo avere ceduto calore Il natural cooling è il Quando esce dalla all ambiente. pompa boiler l acqua raffrescata entra in circolo nel sistema dei terminali pompa di calore ESTATE pannello solare termico particolare applicazione, che permette un effetto di climatizzazione estiva semplicemente facendo pannelli radianti l acqua predisposizione specifica sistema di condizionamento più economico ed ecologico. In ambedue i casi, il raffrescamento accumulo va abbinato termico alla deumidificazione degli ambienti.

16 Lo schema di impianto integrato con fotovoltaico. L impianto funziona al suo meglio quando è installato in un edificio ben isolato termicamente. pavimento radiante a bassa temperatura pannelli solari fotovoltaici Nel caso in cui si affianchi all impianto la posa sul tetto di pannelli solari fotovoltaici, i consumi elettrici della centrale termica sono ridotti a zero ed il rientro dell investimento avviene in tempi molto rapidi. pompa di calore sonde geotermiche serbatoio di accumulo ACS

17 Condizioni di realizzazione di un impianto. La geotermia può essere applicata in tutte le zone per la climatizzazione di ogni tipo di edificio, con alcuni pre-requisiti preferenziali: Assenza di situazioni geologiche sfavorevoli (es. grandi spessori di ( potabili ghiaie secche, grandi sistemi carsici, zone di tutela pozzi Terreno disponibile per la posa delle sonde Edifici con prestazioni energetiche medio-elevate (ben isolati), con utilizzo non saltuario. Maggiori convenienze per edifici che richiedono anche il raffrescamento Impianto di distribuzione interno all edificio a temperatura di diffusione bassa o media (T< ). Maggiore convenienza nel caso di pannelli radianti (che permettono anche il raffrescamento) E consigliabile sempre eseguire uno studio di fattibilità preliminare dell opera, per ogni progetto complesso di impianto geotermico.

18 Costi di impianto e produzione impianto. Le sonde se posate in orizzontale costano: 50 /mq; 150 /kw; se posate in verticale costano: 50 /ml; 1200 /kw. Il costo dell impianto è funzione del carico termico dell edificio, ossia di quanto calore abbisogna l edificio e del tipo di terreno da cui si preleva il calore. Ipotizzando dati medi, in una abitazione di 150 mq, il costo di un impianto completo di sonde si aggira sui La produzione energia di un impianto con sonde orizzontali: 30/60 w a ml La produzione energia di un impianto con sonde verticali: 50/70 w a ml

19 Tempi di ammortamento bolletta energetica annuale. Tempi di ammortamento (su ipotesi abitazione da 150 mq) Costi Impianto a Metano Caldaia a condensazione: Canna fumaria: Gruppo frigo: Regolazioni: Sommano: Costi Impianto Geotermico Sommano: Bolletta energetica annuale Risc.to geotermico/raffrescamento passivo: 800 /anno Risc.to a metano/condizionamento tradizionale: /anno Risc.to a GPL/condizionamento tradizionale: /anno Risc.to a gasolio/condizionamento tradizionale: /anno Extracosto rispetto a Impianto a Metano: Risparmio annuo gestione: ( ) :1.300 Ammortamento extracosto (15.000/1.300): 11,5 anni Si osserva infine che la vita media di una pompa di calore è di circa il doppio della vita media di una caldaia.

20 FAQ E XTRA Quando conviene installare un impianto di geotermia? In occasione di nuove costruzioni, di ristrutturazioni complete oppure per la sostituzione di una caldaia a gasolio o a GPL. Quando non conviene installare un impianto di geotermia? Nel caso in cui siano presenti radiatori o in un impianto in cui sia presente una caldaia a metano. Con un impianto a radiatori si può installare la geotermia? Di solito i radiatori lavorano con temperature che superano i 60 C. Questa temperatura vanifica i risparmi in bolletta. In questi casi si può sostituire i radiatori con terminali che lavorano a bassa temperatura.

21 GRAZIE DELL ATTENZIONE

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