POMPE DI CALORE GEOTERMICHE E FONTI RINNOVABILI A BASSA ENTALPIA Provincia di Pisa Comune di Pisa Anno 2006-2007 USO RAGIONATO DELL’ENERGIA E DELL’ACQUA “ENERGIE RINNOVABILI ED EFFICIENZA ENERGETICA” POMPE DI CALORE GEOTERMICHE E FONTI RINNOVABILI A BASSA ENTALPIA Giuseppe Ghezzi, Rotary Club Pisa LARDERELLO – 21 e 22 MARZO 2007

LA POMPA DI CALORE È UN DISPOSITIVO CHE CONSENTE DI INNALZARE IL LIVELLO DI TEMPERATURA DELL’ENERGIA TERMICA PRELEVATA DA UNA SORGENTE LA CUI TEMPERATURA NON NE CONSENTA UN UTILE IMPIEGO

Il COP (Coefficient of Performance) PER QUESTO FUNZIONAMENTO È NECESSARIA LA FORNITURA DI UN’ADEGUATA QUANTITÀ DI ENERGIA DI MIGLIORE QUALITÀ, QUASI SEMPRE ENERGIA ELETTRICA Il COP (Coefficient of Performance) è il rapporto fra l’energia termica prodotta dalla macchina (Qu) e l’energia pregiata necessaria per assicurarne il funzionamento (L)

FONTI PER IL FUNZIONAMENTO DELLE POMPE DI CALORE: ARIA ESTERNA ACQUA TERRENO A PARITA’ DI TEMPERATURA, RISPETTO ALL’ARIA, L’ACQUA PRESENTA CARATTERISTICHE DI SCAMBIO TERMICO MIGLIORI ED UNA MAGGIORE CAPACITA’ TERMICA

Fonti della risorsa sotterranea: ACQUE SOTTERRANEE Fonti della risorsa sotterranea: Acqua di falda con temperatura normale Acqua di falda a bassa entalpia  COP migliore a parità di Q Esempio di funzionamento estivo (Fig. 1): due pozzi, posti ad una distanza di circa 150 m, che forniscono fino a 60 m3/h di acqua. In Italia il caso più interessante è quello dell’AEM di Milano che utilizza la falda multistrato alluvionale per teleriscaldamento invernale e raffreddamento estivo

ACQUE SOTTERRANEE Fig. 1 - Schema d'impianto (funzionamento estivo) del sistema UTES del Groene Hart Hospital di Gouda, Olanda

Fonti della risorsa superficiale: ACQUE SUPERFICIALI Fonti della risorsa superficiale: Fiume, torrente, roggia Lago, mare Principio base: raffreddare l’acqua di 3° C e ottenere le temperature di progetto mediante la pompa di calore. Esempi di utilizzo di acque superficiali Estero: molto diffuso (paesi scandinavi con acqua di mare) Italia: il metodo è di recente introduzione. Attualmente in esercizio: Bergamo, dove con l’acqua di una roggia è stato realizzato un impianto di teleriscaldamento a pompe di calore (e raffreddamento estivo) che serve buona parte della città.

TERRENO A qualche metro di profondità la temperatura del terreno si stabilizza ad un valore prossimo alla media annuale della temperatura dell’aria. A profondità maggiori entra in gioco l’energia termica endogena: oltre i 30 metri di profondità si riscontra in media un incremento di temperatura di circa 1 °C ogni 30 m.

TERRENO Nel caso del terreno, come sorgente per la pompa di calore, il sistema si realizza interrando un tubo o più tubi di adeguata lunghezza. Lo scambio termico può essere: indiretto, con l’evaporatore della macchina mediante la circolazione di un liquido; diretto, realizzando l’evaporatore entro i tubi interrati. Le tecniche dei tubi a terreno si dividono in due categorie: a tubi orizzontali a tubi verticali

TERRENO I sistemi a tubi orizzontali vengono interrati generalmente a piccola profondità (0.8 – 1.5 m) ed hanno perciò bisogno di un’ampia superficie sgombra da edifici. I sistemi a tubi verticali utilizzano una o più perforazioni con profondità variabili da valori minimi di 10 m a qualche centinaio di metri (Fig. 2). La superficie di pianta richiesta è molto più ridotta del caso precedente. In casi di fondazioni profonde, gli stessi pali di fondazione dell’edificio possono svolgere la funzione dei pozzi.

FONTI RINNOVABILI GEOTERMICHE A BASSA ENTALPIA Il sottosuolo del nostro Paese è ricco di acque termali che danno luogo a numerose manifestazioni spontanee di acque calde che formano la famiglia dei fluidi a bassa entalpia. Si tratta di sorgenti la cui temperatura all’emergenza è solitamente inferiore a 100 °C ma superiore alla temperatura media dell’aria del sito di emergenza, che varia da luogo a luogo. La teoria attualmente più accreditata sull’origine delle acque termali si basa su uno schema messo a punto una cinquantina di anni addietro, grazie al supporto degli isotopi dell’idrogeno e dell’ossigeno presenti nell’acqua.

L’innesco di una circolazione a bassa entalpia si spiega quindi con lo stesso principio che origina la formazione del vapore endogeno: cambia solo la profondità di circolazione che, nel caso delle sorgenti termali, è solitamente più superficiale.

Lo schema classico è quello di un circuito che si innesca con l’infiltrazione delle acque di pioggia nelle formazioni permeabili che affiorano generalmente sui rilievi: le acque infiltrate sono costrette a seguire la geometria delle formazioni permeabili che, per cause geologiche (pieghe e faglie), possono scendere fino a diverse centinaia, talora anche qualche migliaio di metri sotto il piano campagna.

In Fig. 3 si riporta lo schema di alimentazione del bacino termale euganeo (Abano, Montegrotto, Battaglia), che presenta le seguenti caratteristiche: a) una infiltrazione localizzata in una fascia a quota media di 1500 metri, definita grazie ai dati del deuterio; b) una circolazione profonda che raggiunge qualche migliaio di metri e che consente all’acqua di acquisire una elevata temperatura; c) una permanenza nel sottosuolo di almeno alcuni decenni,valutati in base ai dati di analisi del tritio; d) una fase di risalita veloce, che consente la conservazione di buona parte della temperatura acquisita nella discesa.