STOCCAGGIO TERMICO NEL SOTTOSUOLO Sistema geotermico-elioassistito per la climatizzazione della sede del Parco Nazionale del Gargano

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1 STOCCAGGIO TERMICO NEL SOTTOSUOLO Sistema geotermico-elioassistito per la climatizzazione della sede del Parco Nazionale del Gargano Monte Sant Angelo (Foggia) Antonio Galgaro Università di Padova Dipartimento di Geoscienze Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto Geoscienze e Georisorse - Padova Istituto Ricerca sulle Acque (Bari) Dipartimento Terra e Ambiente

2 30 C VARIAZIONE DELLA TEMPERATURA NEL SOTTOSUOLO Z= 0.5 m Z= 2.5 m Z= Z= m m 15 Z= 5.0 m 0 Time

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4 METODI DI ACCUMULO DEL CALORE

5 Le condizioni climatiche e geologiche in Europa sono molto variabili 2-8 C 8-14 C Anche le condizioni economiche e le modalità costruttive sono molto diverse Raffrescamento dominante C C Fonte: Sanner - European Geothermal Energy Council

6 Sistemi di accumulo termico stagionale nel sottosuolo Underground thermal energy storage (UTES)

7 Sistema di accumulo in serbatoio isolato,. Source: Fisch et al. (1998, Solar Energy 63: ,

8 8 Informazioni necessarie Dati Climatici Dati sull utilizzazione Caratteristiche elementi strutturali Caratteristiche impianto di produzione e distribuzione Calcolo del fabbisogno energetico Lato edificio Contributo fonti rinnovabili Calcolo del fabbisogno di energia primaria Lato impianto Calcolo degli indici di prestazione energetica del sistema edificioimpianto

9 Sistema di accumulo termico in un volume di scavo con ghiaia satura Pfiel and Koch (2000, Pfeil, M. and Koch, H. (2000, Solar Energy 69: ,

10 REQUISITI DEL SISTEMA DI STOCCAGGIO TERMICO : ELEVATA CAPACITÀ DI IMMAGAZZINAMENTO (ELEVATA DENSITÀ ENERGETICA DI STOCCAGGIO) OTTIMALE CAPACITÀ DI TRASFERIMENTO TERMICO TRA IL FLUIDO TERMOVETTORE ED IL MATERIALE DEL BACINO DI STOCCAGGIO STABILITÀ MECCANICA E CHIMICA DEL MATERIALE CHE OSPITA LO STOCCAGGIO TERMICO UTILIZZO DI FLUDI TERMOVETTORI COMPATIBILI CON L AMBIENTE COMPLETA REVERSIBILITÀ DI CARICA-SCARICA CON NUMERO DI CICLI ILLIMITATO BASSE PERDITE TERMICHE CONTROLLO SEMPLICE ANALISI DI IDONEITÀ GEOLOGICO-AMBIENTALE; TEMPERATURA MEDIA ANNUA ARIA E GRADI GIORNO RADIAZIONE SOLARE MENSILE E ANNUA CONDUTTIVITA TERMICA E CAPACITA TERMICA DEL SISTEMA SOTTOSUOLO PRESENZA FALDA ACQUIFERA E CARATTERISTICHE DI MOBILITA PROCESSO DI VALUTAZIONE ENERGETICO-ECONOMICA: INDIVIDUAZIONE DEGLI EDIFICI DESTINATARI IDONEITÀ O INTERVENTI DI ADEGUAMENTO VALUTAZIONE DEI FABBISOGNI MODELLAZIONE TIPO TRANSYS-FEFLOW DELLA CAPACITÀ DI STOCCAGGIO ED UTILIZZO VALUTAZIONE COSTI-BENEFICI-PAYBACK DI INTERVENTO

11 Soluzione 1 Accoppiamento Diretto Pannelli solari SCAMBIATORE SISTEMA RADIANTE Accumulo

12 Soluzione 2 Impianto con PDC Pannelli solari PDC SISTEMA RADIANTE Accumulo

13 Soluzione 3 Impianto ibrido Pannelli solari Pompa di calore CALDAIA SISTEMA RADIANTE Accumulo

14 Esempio di geometria campo sonde geotermiche per accumulo di calore nel sottosuolo

15 PROGETTO Sistema geotermico-elioassistito per la climatizzazione della sede del Parco Nazionale del Gargano Monte Sant Angelo (Foggia) Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto Geoscienze e Georisorse Istituto Ricerca sulle Acque Dipartimento Terra e Ambiente Coordinatore del progetto: Presidente Parco Naz. del Gargano Avv. Stefano Pecorella Responsabile scientifico: Antonio Galgaro Adele Manzella Gruppo di lavoro tecnico: Antonio Galgaro, Vito Felice Uricchio, Michele De Carli, Massimo Tonon, Elisa Destro, Giordano Teza, Sergio Chiesa, Eloisa Di Sipio, Aurelio Giaretta, Giuseppe Lombardo, Stefania D Arpa

16 CONDIZIONI AMBIENTALI FAVOREVOLI Temp medie annue aria Zona climatiche Irraggiamento (kwh/m2) Conducibilità termica (W/mK)

17 STATO DI FATTO 120 Carichi termici cumulati richiesti dall'edificio [kw] Ore dell'anno

18 STATO DI PROGETTO Collettori solari Caldaie integrative Fan-coil Accumulo terreno/solare Sonde geotermiche Pompa di calore Inerziale di impianto Localizzazione del sistema geotermico-solare

19 CAMPO SONDE GEOTERMICHE

20 COLLETTORI SOLARI TERMICI Sistemi solari a circolazione forzata concepiti per la produzione di grandi quantità di acqua calda sanitaria mediante scambio istantaneo in modulo esterno a piastre, alimentato da acqua di processo contenuta in accumulo termico senza serpentini.l apporto energetico solare è garantito da un campo di collettori solari a tubi sottovuoto SKY 21 CPC 58. Solar Collection m x 1.18m flat-plate glazed collectors 50% propylene glycol antifreeze Mounted on four rows of garages, with two rows of collectors per garage Azimuth south; tilt 45 Fonte: Kloben

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22 INTEGRAZIONE GEOTERMICO-SOLARE

23 RINNOVABILITA DEL SISTEMA GEOSOLARE 120 Carichi termici cumulati richiesti dall'impanto [kw] funzionamento in pompa di calore oggetto della valutazione con la simulazione dinamica integrazione delle caldaie Ore dell'annno

24 RISPARMIO ECONOMICO

25 RICLASSIFICAZIONE ENERGETICA EDIFICIO

26 Impossibile visualizzare l'immagine. DRAKE LANDING SOLAR COMMUNITY - OKOTOKS, ALBERTA, CANADA - UTILIZZO UN SISTEMA DI ACCUMULO SOLARE STAGIONALE CON SONDE GEOTERMICHE PER IL RISCALDAMENTO DI 52 CASE A SCHIERA IN UN SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO AD ALTA EFFICENZA - TALE SISTEMA CONSENTE DI COPRIRE IL 90% DELLA NECESSITÀ TERMICA (5200 GRADI GIORNO). - IL SISTEMA SOLARE È COSTITUITO DA 2293 M2 DI COLLETTORI SOLARI PIANI, CHE ACCUMULA CALORE SOLARE NEL SOTTOSUOLO PER LA STAGIONE INVERNALE - SISTEMI DI ACQUA CALDA SANITARIA SONO INSTALLATI NELLE SINGOLE ABITAZIONI CHE COPRONO IL 50% DELLA NECESSITÀ DI ACQUA CALDA DOMESTICA - TALE IMPIANTO CONSENTE DI RISPARMIARE L EMISSIONE DI 5 TONNELLATE DI CO2/ANNO PER SINGOLA UNITÀ ABITATIVA - IL SISTEMA DI ACCUMULO TERMICO NEL SOTTOSUOLO IMPIEGA CIRCA M3 DI ROCCIA E UNA GRIGLIA DI 144 SONDE GEOTERMICHE DI 20 METRI DI PROFONDITÀ A SINGOLO TUBO AD U - L ACCUMULO È CONCEPITO PER MANTENERE IL CENTRO DEL DISPOSITIVO PIÙ CALDO E LA PERIFERIA PIÙ FREDDA PER RIDURRE LE DISPERSIONI - UN ACCUMULO TERMICO TEMPORANEO DI 240 M3 È UTILIZZATO PER LA GESTIONE DEL CALORE PRODOTTO, DEL SUO UTILIZZO E STOCCAGGIO

27 Drake Landing, Alberta, Canada Estate 52 case da 150 mq 1.5 MW Cisterne per accumulo di breve durata T superiore a 80 C Sonde verticali 144 Profondità 37 m Interdistanza 80 cm Diametro campo sonde 35 m

28 Drake Landing, Alberta, Canada Inverno 52 homes Nota: No pompe di calore! Serbatoio caldo Caldaia di backup 144 sonde verticali, 37 m profondità, 35 m diametro

29 COMPONENTI DI IMPIANTO Oltre alla fonte di calore, all'accumulatore termico e all'utenza, il sistema può prevedere a seconda del tipo di applicazione l'impiego di: Accumulatore ausiliario temporaneo: Per evitare una resa molto scostante della fonte di calore è necessario installare un accumulatore ausiliario che interviene prima che il calore si accumuli nel terreno. L'accumulatore ausiliario è un componente particolarmente importante con i collettori solari, poiché evita picchi di potenza all'interno dell'impianto solare. Pompa di calore: La pompa di calore è l elemento modulante della temperatura nell'accumulatore geotermico, allineandola a quella desiderata per la rete di teleriscaldamento a corto raggio. In genere questa pompa di calore è un componente speciale che permette di sfruttare forti oscillazioni di temperatura dell'energia accumulata tnel erreno. Caldaia ausiliaria: A seconda del tipo di applicazione e della fonte energetica utilizzata può essere conveniente installare una caldaia in grado di coprire i picchi di carico. Con questo accorgimento il resto del sistema è configurabile come al solito, con la caldaia ausiliaria che si attiva solo in periodi di picco.

30 MOTIVAZIONI PER UN PREVEDIBILE SVILUPPO DI SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI CON ACCUMULO SOLARE AMPIA DISPONIBILITÀ SUL TERRITORIO NAZIONALE DI SITUAZIONI GEOLOGICHE ED AMBIENTALI FAVOREVOLI TENDENZA A UN CONSISTENTE SVILUPPO DEL TELERISCALDAMENTO PER LA NECESSITÀ DI FIDELIZZAZIONE DEL CLIENTE FINALE (ESCO) DISPONIBILITÀ DI POMPE DI CALORE CHE POSSONO EROGARE ACQUA CALDA ANCHE ALLA TEMPERATURA DI 80 C TREND DI CRESCITA DEL PREZZO DELL ENERGIA ELETTRICA INFERIORE A QUELLO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI CONTRIBUTO A FONDO PERDUTO (CREDITO D IMPOSTA) PER SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI PARI A 0,0258 EURO/kWht IN CONTO ESERCIZIO E 20,66 EURO/kWt IN CONTO CAPITALE (SOLO PER ZONE CLIMATICHE E ED F) GRAZIE PER L ATTENZIONE