La geotermia a bassa temperatura in Svizzera

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1 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito La geotermia a bassa temperatura in Svizzera L energia geotermica è stoccata al di sotto della superficie solida della Terra sotto forma di calore VDI Richtlinien 4640 Daniel Pahud SUPSI DACD ISAAC

2 L energia geotermica in Svizzera Risorse a poca profondità sonde geotermiche fasci di tubi orizzontali captazione della falda freatica pali energetici bassa entalpia X X X X Risorse a grande profondità sonde geotermiche profonde acquifero profondo acqua di galleria hot dry rock X applicazioni geotermiche

3 Sonde geotermiche Lunghezza: m Riscaldamento, acqua calda, raffreddamento Dimensionamento: geologia locale, tipo di terreno acqua sotterranea uso, tipo di sistema ecc. Per il riscaldamento: W/m applicazioni geotermiche

4 Campo di sonde geotermiche applicazioni geotermiche

5 Collettori orizzontali Tubi interrati fino a 3 m di profondità Riscaldamento, acqua calda, raffreddamento Influenza della meteo, richiede grandi superfici => sempre meno impiegato Per il riscaldamento: W/m 2 applicazioni geotermiche

6 Captazione della falda freatica Permeabilità sufficientemente elevata Riscaldamento, acqua calda, raffreddamento Acqua di falda 8 12 C, costante durante tutto l anno Sistema a 1 o 2 perforazioni applicazioni geotermiche

7 Pali energetici Centro scolastico a Fully (VS) Pali di fondazione con scambiatori di calore Riscaldamento, acqua calda, raffreddamento Spesso simili allo stoccaggio stagionale di calore nel terreno Per il riscaldamento: W/m applicazioni geotermiche

8 Acqua di galleria Effetto di drenaggio di un massiccio roccioso Riscaldamento di edifici tramite una pompa di calore Temperatura fino a 30 C Istallazione in Ticino: Mappo-Morettina, San Gottardo, ecc. Potenziale importante con Alptransit applicazioni geotermiche

9 Energia geotermica in Svizzera Contributo delle diverse fonti d energia geotermica (senza prendere in considerazione quella utilizzata per i centri termali) Sistema Sonde geotermiche Collettori orizzontali Captazione della falda freatica Pali energetici Sonde geotermiche profonde Acquifero profondo Acqua di galleria Totale *) riscaldamento 12 GWh; raffreddamento 3 GWh Produzione annuale (GWh) *) (fonte Geowatt, 2004) applicazioni geotermiche

10 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Il successo della geotermia a bassa temperatura passa attraverso la tecnologia delle pompe di calore

11 ( Fonte: Gruppo promozionale per le pompe di calore Vendita pompa di calore in Svizzera situazione in Svizzera

12 Ripartizione per tipo di pompa di calore nel % 42% 55% Aria-acqua Salamoia-acqua Acqua-acqua situazione in Svizzera

13 Andamento delle perforazioni di sonde annuali Lunghezza totale delle perforazioni di sonde geotermiche annuali (km) Total 700 Ristrutturazioni % 36% situazione in Svizzera

14 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Come spiegare un tale successo? situazione in Svizzera

15 Case nuove nel 2006: 4 su 5 hanno una pompa di calore (potenza < 20 kw) 2006: PdC per edifici nuovi: (80%) PdC per ristrutturazioni: (20%) ( Fonte: Gruppo promozionale per le pompe di calore situazione in Svizzera

16 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito sensibilità del committente per l ambiente situazione in Svizzera

17 Motivazione del committente per scegliere una pompa di calore Quale è stato il motivo che l ha spinta a prendere in considerazione la pompa Motivazioni per l'istallazione di una pompa di calore di calore? 0% 20% 40% 60% 80% 100% La protezione dell'ambiente Il guadagno di spazio La stabilità del costo dell'energia Per l'immagine / pubblicità Altro Dopo il Prima del 1988 immagine e diffusione della pompa di calore in Ticino

18 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito standard di costruzione elevato situazione in Svizzera

19 Standard costruttivi Spessori dello strato isolante legge Costruzione convenzionale Casa Minergie Passivhaus e Minergie-P isolamento isolamento isolamento Consumo di energia per il riscaldamento 70 kwh/m 2 7 litri di olio al m 2 Consumo di energia per il riscaldamento 30 kwh/m 2 3 litri di olio al m 2 Consumo di energia per il riscaldamento 10 kwh/m 2 1 litro di olio al m 2 Costruire ecologico significa isolare di più: tre standard d isolamento a confronto

20 Riscaldamento a temperatura (molto) bassa permette di migliorare le prestazioni di un impianto con pompa di calore 7 COP Temperatura uscita condensatore 35 C 40 C 45 C 50 C 55 C Temperatura entrata evaporatore C

21 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito maturazione della tecnologia legata alle pompe di calore situazione in Svizzera

22 Maturazione tecnologica Vendita annuale di PdC Artigianato Industria situazione in Svizzera

23 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito sviluppo garanzia - qualità situazione in Svizzera

24 Tappe dell assicurazione qualità situazione in Svizzera

25 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Fattori di successo sensibilità all ambiente informazione integrazione ottimale negli edifici a basso consumo energetico maturazione tecnologica standardizzazione qualità affidabilità situazione in Svizzera

26 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Dimensionare una sonda geotermica

27 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Dimensionamento di una sonda geotermica Piccole installazioni di riscaldamento < kw P fabbisogno => P estrazione => H sonda H chiave di dimensionamento => potenza specifica d estrazione q estrazione (W/m) - 50 W/m?! (geologia: λ>1.5w/mk, 1 sonda, pianura 10 C, meno di 2 400h/an) - VDI 4640 (2001) - Documentazioni SIA D025, SIA D ecc.

28 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Dimensionare un campo di sonde geotermiche

29 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Problematica del dimensionamento geologia e idrogeologia locale - prova di risposta geotermica fabbisogni termici da soddisfare (potenze e energie di riscaldamento e di raffreddamento) - simulazioni dinamiche del edificio livelli di temperatura delle distribuzioni di riscaldamento e di raffreddamento numero, posizione e lunghezza delle sonde geotermiche possibile; scambi termici sotto lo zoccolo dell edificio se le sonde sono posizionate sotto l edificio (isolamento necessario o meno); concetto di sistema (schema di principio) per soddisfare i fabbisogni d energia integrando al meglio le sonde geotermiche.

30 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Condizioni vincolanti sull impianto temperatura minima permessa del fluido che circola nelle sonde (0 C se le sonde sono posizionate sotto l edificio o maggiore se viene utilizzata acqua senza antigelo) temperatura massima permessa o possibile nelle sonde (con il geocooling, la temperatura massima possibile è condizionata dalla temperatura di partenza nella distribuzione del freddo) => vantaggio di un impianto bivalente Concetto di grandi impianti

31 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Regole di dimensionamento Impianti di grandezza importante chiavi di dimensionamento => potenza specificata d estrazione q est (W/m) => potenza specificata d iniezione q ini (W/m) => energia termica annuale estratta E est (kwh/m.an) => energia termica annuale iniettata E inj (kwh/m.an) => ratio iniettato su estratto η terreno = E ini /E est Realizzazioni documentati e analizzati => ordine di grandezza Concetto di grandi impianti

32 Effetti a lungo termine Mean fluid temperature in the piles C Simulated, Darcy ~ 1 m/day Simulated, Darcy ~ 0.1 m/day Measured Date Concetto di grandi impianti

33 Dock Midfield dell aeroporto di Zurigo Progettazione del sistema con i pali energetici Prova di risposta geotermica per stabilire in situ i valori di: - conduttività termica media del terreno - temperatura iniziale del terreno Simulazioni dinamiche dell edificio per determinare: - andamento fabbisogno riscaldamento - andamento fabbisogno raffreddamento Simulazioni dinamiche del sistema con i pali energetici PILESIM System border Puissance thermique [kw] Ground layer 1 Ground layer Energie de chauffage: 2'720 MWh/a Energie de refroidissement: 1'240 MWh/a Mois de l'année Heated / cooled building Heat distribution Auxiliary heating Cold distribution Auxiliary cooling Cellar Heat pump Cooling machine Energy piles Ground layer 3

34 Dock Midfield: bilancio energetico del sistema Energia MWh ott. nov. Rilievi dal al COP PdC: 4.5 Tcond: 39 C Tevap: 8.3 C Efficienza geocooling: 61 dic. gen. feb. mar. Riscaldamento: 3'020 MWh risc. a distanza: 810 MWh pompa di calore: 2'210 MWh apr. Raffreddamento: 1'160 MWh freddo per risc.: 370 MWh geocooling: 620 MWh macchina del freddo: 180 MWh mag. giu. lug. ago. set. Efficienza globale del sistema: 5.1

35 Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Costruzioni e Design Istituto Sostenibilità Applicata Costruito Alcuni fonte di informazione Società Svizzera per la Geotermia informazione generale sulla geotermia Gruppo Svizzero per la promozione delle pompe di calore Programma geotermia dell Ufficio Federale dell Energia Istituto di Sostenibilità Applicata all Costruito rapporti di ricerca applicata sulla geotermia