Il calore della Terra: una risorsa da valorizzare Il caso Ikea e le applicazioni più avanzate della geotermia "Mappatura delle caratteristiche del sottosuolo in relazione al possibile sfruttamento mediante l'accoppiata Sonda geotermica e Pompa di calore." Sergio Chiesa sergio.chiesa@idpa.cnr.it Marco Pagani marco.pagani@idpa.cnr.it CNR -IDPA http://www.cnr.it Parma 6 febbraio 2009
Nella presentazione mi riferirò principalmente ai sistemi a circuito chiuso verticale. Non entrerò nella descrizione delle sonde geotermiche in quanto, dal programma, questo argomento è trattato dettagliatamente in alcuni altri interventi. Tratterò prima gli aspetti relativi alla delimitazione di aree a differente potenzialità rispetto all utilizzo a fini di climatizzazione. Un altro importante aspetto riguarda la delimitazione di aree da escludere per la presenza di infrastrutture sotterranee, di captazioni a scopo idropotabile, per per altri possibili vincoli.
La sonda geotermica è uno scambiatore di calore che, sfruttando la capacità del terreno di mantenere una temperatura quasi costante durante tutto l'anno, permette di migliorare il rendimento della pompa di calore soprattutto se utilizzata per la climatizzazione di edifici. È quindi installabile in qualsiasi posto!?
Si ma è meglio informarsi Grande importanza ha la stratigrafia del sottosuolo per la valutazione dell efficienza del sistema geotermico: la capacità di scambiare calore col terreno, da parte di una sonda geotermica, è legata alle caratteristiche del terreno stesso, in particolare alla sua capacità di condurre il calore, oltre che alle caratteristiche della sonda (diametro, materiali ecc.).
da Mantovani 2008
La conoscenza delle caratteristiche del sottosuolo Loro influenza nel determinare l efficienza della sonda Loro importanza nella valutazione degli impatti ambientali Abbiamo schematizzato un limitato numero di ambiti con condizioni abbastanza differenti in grado di rappresentare situazioni ad ampia diffusione. -Materiali con granulometria e porosità elevata prevalente ( alte pianure alluvionali, terrazzi alluvionali, conoidi, fasce detritiche, depositi piroclastici ecc.) -Materiali con granulometria e porosità bassa prevalente (pianure alluvionali, depositi glaciali ecc.) -Materiali molto fini e porosità bassissima (pianure alluvionali distali, depositi lacustri, tufi vulcanici.) -Rocce porose (conglomerati, arenarie, brecce, rocce fratturate, carsificate, ignimbriti recenti) -Rocce compatte A queste categorie si devono aggiungere quelle derivate per la presenza parziale o totale della falda idrica
Tipo di materiale Conduttività termica [W/(m K)] Potenza specifica assorbita (W/m) (F sonda = 13 cm) Rocce incoerenti secche <1,5 20 Ghiaia o sabbia (secche) 0,4 <20 Argilla, limo (umidi) 1,7 30-40 Rocce sature di acqua 1,5-3,0 50-65 Arenarie e conglomarati 2,3 55-65 Calcare massiccio 2,8 45-60 Gneiss 2,9 60-70 Basalto 1,7 35-55 Granito 3,4 55-65
da Mantovani 2008
Alcuni esempi di zonazione geotermica di un territorio Ondreka et al. hanno realizzato una mappatura del potenziale geotermico di alcune aree della Germania sud-occidentale ai fini dello sfruttamento della risorsa geotermica a bassa entalpia. Le carte del potenziale geotermico prodotte si basano sulle seguenti informazioni: -Modello digitale del terreno -Mappa geologica (carte geologiche scala 1:25000) con indicazione degli spessori delle formazioni. -Mappa idrogeologica (mappa della base dell orizzonte ghiaioso contenente la falda e mappa della profondità media della tavola d acqua) -Dati sulle perforazioni (le informazioni puntuali reperite sono stati impiegate per correggere localmente le indicazioni di massima sugli spessori delle formazioni) -Dati di letteratura (norme VDI utilizzate per definire i valori di calore specifico estraibili in relazione alle caratteristiche litologiche del materiale)
Mappe del potenziale geotermico riferite a profondità di 50 e 100m rispettivamente) per la parte superiore della valle del Reno.
Galgaro propone una carta dell idoneità al geoscambio per la regione Veneto basata sulle seguenti mappe tematiche di base: - -Mappa delle caratteristiche termiche dei materiali - -Mappa della temperatura della falda - -Mappa della profondità della falda - -Mappa delle proprietà granulometriche-tessiturali e idrauliche. Per una efficace gestione di tutti questi aspetti si ricorre ai Sistemi Informativi Territoriali SIT
Esempio SIT Web-page del GIS dedicato all utilizzo della risorsa geotermica nel cantone di Zurigo (Svizzera)
Esempio SIT Web-page del GIS dedicato all utilizzo della risorsa geotermica nel cantone di Zurigo (Svizzera)
Siccome il numero, la variabilità e la complessità dei parametri in gioco rende difficile determinare in modo teorico l effettiva prestazione della sonda in fase realizzativa si può utilizzare il test per lo studio della risposta termica del terreno (TRT) è una metodologia d indagine diretta attraverso cui è possibile determinare le principali caratteristiche termiche del sistema di scambio, quest ultimo inteso come l insieme della tubatura, del materiale utilizzato per cementare il foro e del terreno in cui il foro è stato eseguito.
da Mantovani 2008
Nel dibattito sulla scelta della/e risorse energetiche frequentemente non viene analizzato a fondo il concetto della sostenibilità Concetto che riguarda: La disponibilità della risorsa L eventuale rinnovabilità L impatto ambientale ecc.
Della sostenibilità gli svizzeri hanno fatto, da anni, l argomento principale per la diffusione di questa forma di risorsa: 1) La geotermia è una sorgente d'energia indigena e rispettosa dell'ambiente; non rilascia nell'atmosfera né sostanze inquinanti né biossido di carbonio, rimpiazzando così in maniera ideale gli agenti energetici fossili. 2) La geotermia è permanentemente disponibile; non dipende da condizioni climatiche, stagionali o dalle ore della giornata. 3) Inesauribile alla dimensione dell'era umana, la geotermia fa parte delle energie rinnovabili, quindi "durature": i bisogni dell'attuale generazione possono essere soddisfatti senza compromettere quelli delle generazioni future. 4) La Svizzera dispone di condizioni favorevoli per lo sfruttamento della geotermia. esistono soluzioni testate sia per ville ed immobili, che per insiemi d'abitazioni ed interi quartieri. 5) Le installazioni geotermiche sono appena percettibili in superficie; esse richiedono un minimo spazio attorno alla perforazione.
Quali aspetti ambientali possono essere modificati dalla diffusione massiva delle sonde geotermiche?
La situazione attuale Esiste un abbondante bibliografia che affronta vari aspetti relativi a: - Quantità di energia estraibile nei vari contesti litologici ed idrogeologici - Variazioni stagionali della stessa - Mappatura delle aree a differente potenzialità -Prescrizioni relative alle modalità di perforazione ed installazione delle sonde geotermiche - Interazione tra sonde nel caso di campi di sonde - Prestazioni di sonde innovative in termini di materiali e altri accorgimenti In Italia, manca, salvo rare eccezioni, una normativa chiara e coerente per le sonde geotermiche in generale e per le differenti tipologie di impianto.
Il quadro normativo Al livello nazionale il quadro normativo è molto frammentato: spesso le competenze sono provinciali. A livello Europeo esistono paesi con normative avanzate (Germania, Svizzera e Svezia). Spesso le competenze sono a scala regionale (es. Landers) La frammentazione della normativa è probabilmente uno dei freni alla diffusione.
L esempio della Regione Lombardia: incoerenza tra due documenti ufficiali. Da una parte nel Documento di Programmazione Economica e Finanziaria Regionale 2007-2009 si prevede che l utilizzo delle grandi potenzialità geotermiche a bassa entalpia del sottosuolo lombardo per il riscaldamento, il condizionamento estivo e la catena del freddo commerciale sia favorito con interventi di semplificazione normativa e di sostegno. Dall altra nel Regolamento regionale 24 marzo 2006, n. 2, Disciplina dell uso delle acque superficiali e sotterranee dell utilizzo della acque ad uso domestico, del risparmio idrico e del riutilizzo dell acqua. Esiste una clausola che prevede l applicazione di un canone annuo (80 ) nel caso la sonda geotermica intercetti una falda.
La prospettiva: normativa Nuovi edifici hanno una richiesta di energia termica molto bassa (in alcuni casi quasi nulla) (es. Ruud, 2008). La prospettiva è quella di un largo impiego della risorsa geotermica a bassa entalpia soprattutto in edifici già realizzati (quindi in aree urbane) e in edifici con particolari caratteristiche/esigenze. E quindi importante costruire un quadro di conoscenza e normativo che permetta di sfruttare appieno la risorsa geotermica nel tempo. È FONDAMENTALE CHE LE NORME CHE DOVRANNO ESSERE INTRODOTTE NE TENGANO CONTO:
In ambito europeo, gli standard ed i codici in campo geotermico si possono raggruppare nelle seguenti categorie (Sanner, 2008): 1. Standard tecnici per l efficienza la sicurezza e la durata degli impianti 2. Standard tecnici per la protezione ambientale relativa alle tecniche di perforazione e di posa degli scambiatori. 3. Norme e linee guida per il rilascio di concessioni per lo sfruttamento della risorsa geotermica. 4. Certificazione di abilità e qualità dell installatore (e perforatore).
La prospettiva: monitoraggio Lo studio dell interazione tra sonde e tra diversi campi sonda è stato completato in larga parte con simulazioni di tipo numerico. Misure sperimentali vengono svolte (solo per grandi installazioni) per la determinazione dei parametri di progetto. Di fondamentale importanza avere un monitoraggio con prospettive temporali più ampie (magari) in diversi contesti geologici.
Raccomandazione Sarebbe auspicabile che nelle normative riguardanti la realizzazione delle sonde si prevedesse l obbligatorietà della verifica dell efficienza dello scambio termico a sonda realizzata in modo di garantire la quantità di energia estraibile e la congruità con l impianto di climatizzazione Integrazione di pompe di calore geotermiche con altre fonti di energia rinnovabili