Le fonti energetiche rinnovabili per il fabbisogno termico degli edifici

Monte San Pietro, 8 giugno 2011
LE FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI
PER IL FABBISOGNO TERMICO
DEGLI EDIFICI
Incontro di sensibilizzazione dello Sportello Risparmio Energetico
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
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.
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.
Il calore contenuto nella Terra
può affiorare sulla crosta
terrestre per anomalie
geologiche o vulcanologiche.
Geotermia a bassa entalpia.
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.
Geotermia a bassa entalpia.
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 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.
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.
Geotermia a bassa entalpia.
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.
Geotermia a bassa entalpia.
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.
Geotermia a bassa entalpia.
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
32-40 mm. inseriti all’interno di una
perforazione di diametro 140-152 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
conducibilità termica e impermeabilità)‫‏‬
Geotermia a bassa entalpia.
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 120-150m2 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.
Geotermia a bassa entalpia.
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
Geotermia a bassa entalpia.
Lo schema di funzionamento dell’impianto
Geotermia a bassa entalpia.
Lo schema di funzionamento dell’impianto - integrazione con
pannello solare termico
pannello solare termico
collettore distribuzione ai terminali radianti
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
Geotermia a bassa entalpia.
Lo schema di funzionamento dell’impianto - riscaldamento
INVERNO
collettore distribuzione ai terminali radianti
pannello solare termico
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
da il
riscaldamento
fluido di circolazione
acqua, o a 0° se è additivata con glicole) e risale ad una
scende attraverso la
sonda didal
mandata ad
profondità di 4-5° superiore, dopo avere estratto calore
una temperatura
inferiore a quella del
terreno per conduzione.
terreno (per esempio
La pompa di calore è in grado di trasferire il calore estratto
a 3-4° se è dal
costituito
solo da acqua, o a 0°
terreno all’impianto di distribuzione facendo uscire acqua
ad una
se è additivata
con
glicole) e risale ad
temperatura di 30-32° (nel caso dei pannelli radianti);unal’acqua
di
profondità di 4-5°
superiore, dopo avere
sonde
ritorno
dall’impianto rientra nella pompa di calore ad una
estratto calore dal
geotermiche
terreno per
temperatura
di 4-5° inferiori, dopo avere ceduto calore
conduzione.
boiler
all’ambiente.
pompa di calore
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 30-32° (nel caso dei pannelli radianti); l’acqua
di ritorno
dall’impianto rientra nella pompa di calore ad una
accumulo
termico
temperatura di 4-5° inferiori, dopo avere ceduto calore all’ambiente.
Geotermia a bassa entalpia.
Lo schema di funzionamento dell’impianto – acqua calda sanitaria
ACQUA CALDA SANITARIA
collettore distribuzione ai terminali radianti
pannello solare termico
In modalità riscaldamento il fluido di circolazione scende
La pompa di calore
geotermica puòa
attraverso la sonda di mandata ad una temperatura inferiore
sfruttare il calore
quella del terreno (per esempio a 3-4° se è costituito solo
da
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
caso, essendo
maggiore la
terreno per conduzione.
temperatura dell’acqua
da produrredal
,
La pompa di calore è in grado di trasferire il calore estratto
l’efficienza della pompa
terreno all’impianto di distribuzione facendo uscire acqua
ad
una
tende ad
abbassarsi
leggermente.
temperatura di 30-32° (nel caso dei pannelli radianti); l’acqua di
E’ pertanto opportuno
sonde
valutare sempre la
ritorno
dall’impianto rientra nella pompa di calore ad una
possibilità di produrre
geotermiche
temperatura di 4-5° inferiori, dopo avere ceduto calore
l’acqua calda sanitaria
con un’altra fonte
boiler
all’ambiente.
pompa di calore
energetica pulita
accumulo termico
costituita dai pannelli
solari, integrata con
l’impianto geotermico.
Geotermia a bassa entalpia.
Lo schema di funzionamento dell’impianto - raffrescamento
Il raffrescamento
attivo
(active cooling o
direct cooling)
ESTATE
collettore distribuzione ai terminali radianti
pannello solare termico
Il raffrescamento
In modalità riscaldamento il fluido di circolazione scende
naturale
attraverso la sonda di mandata ad una temperatura inferiore
a
(natural cooling,
free cooling o
quella del terreno (per esempio a 3-4° se è costituito solo
da
geocooling)
acqua, o a 0° se è additivata con glicole) e risale ad una
Si tratta di una
particolaredal
applicazione,
profondità di 4-5° superiore, dopo avere estratto calore
che permette un effetto
di climatizzazione estiva
terreno per conduzione.
semplicemente facendo
La pompa di calore è in grado di trasferire il calore estratto
dal dei
circolare all’interno
pannelli radianti l’acqua
terreno all’impianto di distribuzione facendo uscire acqua
una
di ritorno ad
dalle sonde
geotermiche verticali.
temperatura di 30-32° (nel caso dei pannelli radianti);
l’acqua di
E’ necessaria la
predisposizione specifica
ritorno dall’impianto rientra nella pompa di calore ad una
della pompa di calore.
Il natural cooling è il
temperatura di 4-5° inferiori, dopo avere ceduto calore
sistema di
boiler
all’ambiente.
condizionamento più
pompa di calore
Utilizza la pompa
di calore anche in
estate. Il fluido di
circolazione deve
scendere
attraverso la
sonda di mandata
ad una
temperatura
superiore a quella
del terreno (per
esempio a 2530°) e risale ad
una profondità di
4-5° inferiore,
dopo averesonde
“ceduto”
calore al
geotermiche
terreno.
Quando esce
dalla pompa
l’acqua
raffrescata entra
in circolo nel
sistema dei
terminali
economico ed ecologico.
In ambedue i casi, il raffrescamento
va abbinato
alla deumidificazione degli ambienti.
accumulo
termico
Geotermia a bassa entalpia.
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
Geotermia a bassa entalpia.
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
ghiaie secche, grandi sistemi carsici, zone di tutela pozzi potabili)‫‏‬
 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< 40-45°). 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.
Geotermia a bassa entalpia.
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 25.000 €.
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
Geotermia a bassa entalpia.
Tempi di ammortamento – bolletta energetica annuale.
Tempi di ammortamento
Bolletta energetica annuale
(su ipotesi abitazione da 150 mq)
Risc.to geotermico/raffrescamento passivo: 800 €/anno
Risc.to a metano/condizionamento tradizionale: 2.100 €/anno
Risc.to a GPL/condizionamento tradizionale: 4.500 €/anno
Risc.to a gasolio/condizionamento tradizionale: 3.800 €/anno
Costi Impianto a Metano
Caldaia a condensazione: 4.000 €
Canna fumaria: 2.000 €
Gruppo frigo: 4.000 €
Regolazioni: 2.000 €
Sommano:
12.000 €
Costi Impianto Geotermico
Sommano: 25.000 €
Extracosto rispetto a Impianto a Metano: 15.000 €
Risparmio annuo gestione: €(2.100-800) :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.
Geotermia a bassa entalpia.
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.
Geotermia a bassa entalpia.
GRAZIE DELL’ATTENZIONE