Tutto sulle sonde geotermiche verticali

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1 Tutto sulle sonde geotermiche verticali Le sonde geotermiche verticali (SGV) sono una forma di sfruttamento dell energia geotermica a bassa profondità. Una sonda geotermica verticale è un tubo a forma di «U» che viene inserito in un pozzo realizzato con una perforazione. Sfrutta il calore della Terra fino a circa 500 metri di profondità. Vantaggi: riscaldare e/o raffrescare Le sonde geotermiche verticali singole vengono utilizzate soprattutto per le abitazioni monofamiliari. Permettono di riscaldare, raffrescare o immagazzinare provvisoriamente il calore (prodotto ad es. da un impianto solare termico). Per il raffreddamento non è possibile oltrepassare una profondità di circa 200 metri, perché al di sotto di questa profondità il sottosuolo è troppo caldo per poter assorbire il calore eccessivo degli ambienti. In estate il calore eccessivo dell edificio viene trasportato nel sottosuolo, dove viene immagazzinato in via transitoria. In inverno è possibile riutilizzare questo calore per il riscaldamento. Diffusione e potenziale: la Svizzera in testa alle classifiche Le sonde geotermiche verticali rappresentano la forma di sfruttamento dell energia geotermica più diffusa in Svizzera. Nel nostro paese oggi esistono circa sonde di questo tipo. A livello mondiale, la Svizzera occupa i primi posti nelle classifiche sull utilizzo delle sonde geotermiche verticali. Paese Produzione Produzione (MWh/anno) (MWh) per abitante Islanda ,79 Svezia ,40 Finlandia ,91 Nuova Zelanda ,53 Norvegia ,45 Svizzera ,41 Fonte: GEOTHERMIE.CH (sulla base dei dati di Lund, John W. / Boyd, Tonya L.: Direct Utilization of Geothermal Energy 2015 Worldwide Review. Proceedings; World Geothermal Congress Melbourne, Australia, April 2015) e Geothermics (in preparazione) In linea di principio, il loro potenziale di utilizzo è possibile ovunque. Le acque sotterranee utilizzate come riserve di acqua potabile e particolari condizioni del sottosuolo (carsismo, anidrite e gesso, gas naturale, artesianismo dell acquifero) possono limitarne l utilizzo. Principio di funzionamento: circuito chiuso Le normali sonde geotermiche verticali di solito ven gono posizionate all interno di un pozzo trivellato verticale fino ad una profondità di circa 250

2 Tutto sulle sonde geotermiche verticali 2 metri al massimo. Per profondità a partire dai 250 fino ai 500 metri al massimo sono disponibili nuove sonde geotermiche verticali maggiormente resistenti alla pressione. Nel tubo a forma di «U» circola un liquido composto da acqua e antigelo. Questo fluido termovettore sottrae calore al sottosuolo e, tramite lo scambiatore e la pompa di calore, lo cede al sistema di riscaldamento situato in superficie. Il fluido termovettore così raffreddato viene spinto nuovamente nel sottosuolo, al quale sottrae altra energia geotermica. Generalmente, la temperatura media a 250 metri di profondità è di circa C. In estate, con questi livelli di temperatura, é possibile, ad esempio, raffrescare i locali d abitazione, senza ausilio della pompa di calore (freecooling). Impatto ambientale: fino all 80% in meno di CO 2 Sfruttare l energia geotermica rappresenta un modo estremamente ecologico di ottenere acqua calda e riscaldare e/o raffrescare le case. Ad esempio: per mantenere il riscaldamento degli ambienti alla temperatura desiderata con una sonda geotermica verticale, normalmente sono necessari circa 75% di energia geotermica e 25% di energia elettrica per la pompa di calore. La parte di energia geotermica deriva da una fonte del tutto rinnovabile. Il 25% dell impatto ambientale di un impianto a sonde geotermiche verticali è determinato dalla provenienza dell energia elettrica utilizzata. Il bilancio ecologico peggiora nel caso in cui l energia elettrica utilizzata sia stata prodotta da centrali a carbone, mentre migliora qualora sia utilizzata energia proveniente da fonti rinnovabili (acqua, sole, vento, biomassa). Con una sonda geotermica verticale è possibile risparmiare molta CO 2. Il risparmio deriva dalla performance («coefficiente di prestazione») della pompa di calore e dall origine dell energia elettrica. L energia geotermica, in sé, è quasi priva di emissioni di CO 2 : infatti, solo durante la produzione dei materiali e la perforazione viene prodotta anidride carbonica. Le pompe di calore permettono di risparmiare fino all 80% delle emissioni di CO 2 di una moderna caldaia a gasolio e fino al 70% di quelle di una caldaia a condensazione a gas. Questi dati si basano su una stima effettuata sul mix energetico bavarese e possono essere applicate al caso svizzero in maniera quasi equivalente. Ad esempio: se nel caso del riscaldamento a gasolio le emissioni di CO 2 ammontano a kg di CO 2 equivalente per kilowattora, nel caso di un impianto a pompa di calore è possibile ridurle fino a 560 kg. In media, ogni singola pompa di calore permette di risparmiare ogni anno 2 tonnellate di CO 2 equivalente. Attraverso la sottrazione di calore, il sottosuolo vicino alla sonda geotermica verticale si raffredda leggermente. Dopo qualche anno si afferma un nuovo equilibrio quasi costante, a un livello di temperatura più basso. La portata di tale raffreddamento dipende dalla profondità della sonda geotermica verticale e può essere determinata in fase preliminare. Per prevenire un completo raffreddamento del sottosuolo è necessario che le sonde geotermiche verticali non siano posizionate troppo vicine le une alle altre. In estate, le sonde geotermiche verticali permettono inoltre di immagazzinare provvisoriamente nel terreno il calore eccessivo degli ambienti o quello prodotto da impianti solari termici. La protezione delle zone freatiche destinate alla produzione di acqua potabile ha la massima priorità. Se le perforazioni non sono eseguite a regola d arte, non è possibile escludere un rischio d inquinamento delle acque sotterranee. Per questo motivo, l installazione di sonde geotermiche verticali in queste zone è proibita (cfr. «Autorizzazione»). Promozione: informarsi assolutamente Per la costruzione di una sonda geotermica verticale non è previsto alcun incentivo a livello federale. Per contro alcuni Cantoni e Comuni promuovono tali impianti. Nella maggior parte dei casi viene messo a disposizione un sussidio per la pompa di calore. Vi invitiamo ad informarvi presso un servizio d informazione sull energia o di consultare i relativi siti internet: Servizi cantonali dell energia e centri regionali di consulenza energetica: ch/dossiers/00677/index.html?lang=de Ufficio federale dell energia admin.ch/dienstleistungen/05822/index. html?lang=it

3 Tutto sulle sonde geotermiche verticali 3 Svizzera Energia: ch/it-ch/home.aspx Impatto economico: costi di esercizio ridotti Normalemente, è la profondità di perforazione a determinare i costi. In zone geologicamente difficili è possibile che insorgano costi aggiuntivi dovuti a misure tecniche supplementari o a perizie geologiche. Normalmente, i costi di una singola sonda si aggirano tra i 60 e i 90 franchi per ogni metro lineare di trivellazione e di sonda. Oltre alla perforazione, anche la pompa di calore e i suoi raccordi in superficie comportano dei costi. Costi d investimento: esempio di spesa per una sonda geotermica verticale per un abitazione monofamiliare di nuova costruzione sull Altopiano svizzero, produzione di acqua calda inclusa: Caratteristiche tecniche Superficie abitabile da riscaldare 160 m2 Potenza di riscaldamento, produzione di acqua calda inclusa 5 kw (100 %) Potenza della sonda geotermica verticale 3.9 kw (78 %) Potenza della pompa di calore 1.1 kw (22 %) Profondità della perforazione 100 m Costi d investimento (CHF) Perforazione e sonda geotermica verticale Pompa di calore Installazione, materiale, sistema di regolazione e produzione di acqua calda Totale ~ CHF ~ CHF ~ CHF ~ CHF Costi di esercizio: i costi di esercizio sono determinati dalla pompa di calore e dal suo consumo di energia In generale i costi d investimento sono maggiori rispetto a quelli per un riscaldamento a gasolio o a gas. Al contrario i costi di esercizio sono più ridotti. Ne consegue che, a medio termine, un impianto a sonde geotermiche verticali è redditizio. Ogni im- pianto è diverso. Nel quadro di una valutazione dei costi d investimento e di esercizio occorre considerare anche la superficie di riferimento energetica e le stime sul fabbisogno per il riscaldamento e per l acqua calda. Pianificazione e installazione: esecuzione a regola d arte A seconda del fabbisogno per il riscaldamento e della natura del sottosuolo, l installatore di impianti termici o il pianificatore definiscono la lunghezza necessaria della sonda. Una corretta profondità è essenziale per garantire un perfetto funzionamento. Questo parametro dovrebbe essere fissato secondo le norme della Società svizzera degli ingegneri e degli architetti (SIA). Poiché al momento della richiesta di autorizzazione (cfr. sotto) la profondità di perforazione deve essere nota, è prima necessaria una pianificazione degli impianti. In mancanza di dati sufficienti sul sottosuolo, dovrebbe essere consultato un geologo o un idrogeologo. La perforazione necessaria per l installazione può raggiungere profondità che vanno dai 50 ai 500 metri. Il diametro della perforazione può arrivare a 160 millimetri. Dopo che le tubazioni sono state inserite, lo spazio tra queste e il terreno viene completamente riempito dal basso verso l alto con una miscela di cemento e bentonite (argilla naturale). Solo un esecuzione a regola d arte garantisce un buon contatto termico tra la sonda geotermica verticale e il sottosuolo. Le imprese specializzate si occupano di questi lavori nel rispetto di determinati criteri di qualità. L Associazione professionale svizzera delle pompe di calore (APP) certifica le aziende che soddisfano le condizioni corrispondenti. Una panoramica delle aziende certificate in Svizzera è disponibile qui: portale-degli-indirizzi.html Finora erano disponibili soltanto certificati per le pompe di calore, ma non per l efficiente interazione di tutte le singole componenti e la giusta installazione. Il nuovo certificato «Pompe di calore-modulo di sistema» tiene conto di questa interazione ottimale. Ulteriori informazioni sul tema sono disponibili qui: Pompe di calore-modulo di sistema: Waermepumpen-System-Modul-4

4 Tutto sulle sonde geotermiche verticali 4 Procedura di autorizzazione: diversa da Cantone a Cantone La protezione delle zone freatiche destinate all utilizzo come riserve di acqua potabile è il principale criterio per l ammissibilità delle sonde geotermiche verticali In alcune regioni, come ad esempio a ridosso dei confini settentrionali della Svizzera, l utilizzo di tali sonde può essere limitato anche da strati geologici di anidrite e gesso, carsismo, giacimenti di gas naturale o artesianismo delle falde acquifere (acqua che sgorga in pressione alla superficie). Se le acque sotterranee non vengono toccate e non sono presenti problemi dal punto di vista geologico, normalmente le sonde geotermiche verticali sono autorizzate. Su internet sono reperibili carte cantonali che illustrano dove è possibile installare tali sonde e, eventualmente, a quali condizioni. Quasi tutti i Cantoni dispongono di tali carte. Qualora la perforazione non sia permessa, è possibile verificare la fattibilità di altri sistemi (ad es. canestro geotermico, collettore orizzontale, sonde geotermiche realizzate mediante perforazioni inclinate, note anche come GRD, Geothermal Radial Drilling). Prima della perforazione occorre richiedere un autorizzazione. La procedura di autorizzazione varia da Cantone a Cantone. La base per la procedura cantonale è costituita dalla guida d applicazione «Sfruttamento del calore del suolo e del sottosuolo» (solamente in francese e tedesco), pubblicata dall Ufficio federale dell ambiente (UFAM) e destinata alle autorità e agli specialisti. Sono necessarie almeno una licenza di costruzione comunale e un autorizzazione di perforazione cantonale. L eventuale altra documentazione necessaria per l impianto verrà consegnata assieme a queste. Poiché le procedure di autorizzazione, i criteri di ammissione e l eventuale altra documentazione (perizie, ecc.) si differenziano da Cantone a Cantone, è consigliabile informarsi in precedenza sul sito web del rispettivo Cantone. Solitamente i Cantoni forniscono una panoramica della procedura sulla pagina dell Ufficio competente per l «Ambiente». Molti hanno anche pubblicato guide metodologiche per la procedura di autorizzazione e/o promemoria. Sonde geotermiche verticali possibili anche in caso di rinnovamento di un edificio Anche nel caso del rinnovamento di un edificio vale la pena considerare la possibilità di installare una sonda geotermica verticale. Inizialmente sviluppate per riscaldamenti a basse temperature (riscaldamenti a pavimento), oggi alcune pompe di calore sono in grado di produrre una temperatura tra i 50 ai 60 C, permettendo di riscaldare abitazioni dotate di radiatori con un elevato grado di efficienza. Al fine di ridurre l intero fabbisogno energetico di un edificio e di dimensionare correttamente la sonda geotermica verticale e la pompa di calore, è consigliabile effettuare un risanamento energetico (parziale) dell edificio. Solo in seguito a tutti i risanamenti energetici è possibile pianificare il nuovo riscaldamento sulla base del nuovo fabbisogno calorifico ridotto. Per un abitazione che necessita di essere ristrutturata, in seguito ad una valutazione dello stato energetico dell edificio installare una sonda geotermica verticale è economicamente sostenibile. Vantaggi Energia rinnovabile Riscaldare e/o raffrescare con la stessa sonda e lo stesso impianto Richiede uno spazio ridotto per l installazione in superficie Tempi di perforazione ridotti (1-2 giorni) Nessun impatto visivo in superficie: la sonda geotermica verticale si trova nel sottosuolo Risparmio di spazio attraverso l eliminazione del riscaldamento a gasolio o a gas Nessun camino richiesto Elevate affidabilità e durata di vita Elevato grado di efficienza grazie al sottosuolo caldo tutto l anno; quanto maggiore è la temperatura della fonte di calore e quanto minore è quella di utilizzo (da parte del riscaldamento), tanto migliore è l efficienza dell impianto, motivo per cui l efficienza media annuale delle sonde geotermiche verticali è maggiore rispetto a quella dei collettori orizzontali o dei canestri geotermici. I vantaggi sono particolarmente elevati rispetto alle pompe di calore aria-acqua, dal momento che in inverno l aria esterna è fredda e la pompa di calore deve dunque lavorare molto di più

5 Tutto sulle sonde geotermiche verticali 5 Redditizie a medio termine, perché normalmente i costi d investimento vengono ammortizzati dopo alcuni anni; il periodo d ammortamento è influenzato dai prezzi dell energia elettrica Praticamente nessuna emissione di CO 2 e di polveri fini Svantaggi Non realizzabile ovunque per motivi di protezione delle acque sotterranee e di natura particolare della geologia locale (anidrite e gesso) Raffreddamento indesiderato del sottosuolo qualora le sonde geotermiche verticali siano state posizionate troppo vicine le une alle altre Costi d investimento più elevati rispetto al riscaldamento a gasolio o a gas Un esecuzione non realizzata a regola d arte può determinare un funzionamento inefficiente o guasti Eventuali costi aggiuntivi dovuti ad una carenza delle competenze del personale addetto alla perforazione e ad un attrezzatura tecnica insufficiente