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Geotermia

Il calore della Terra è una fonte di energia naturale che da sempre accompagna la storia del pianeta. La temperatura del suolo aumenta man mano che si scende in profondità, in media ogni 100 metri la temperatura delle rocce cresce di +3°C. In alcune particolari zone questa caratteristica naturale del pianeta si accentua con temperature nel sottosuolo leggermente più alte della media, ad esempio a causa di fenomeni vulcanici o tettonici. In queste zone calde l'energia può essere facilmente recuperata anche a basse profondità tramite la geotermia. I vapori provenienti dalle sorgenti d'acqua nel sottosuolo sono convogliati verso apposite turbine adibite alla produzione di energia elettrica. Il calore sprigionato dai vapori può anche essere riutilizzato per il riscaldamento, le coltivazioni in serra e il termalismo.

Il Principio geotermico

Il principio di funzionamento della geotermia è molto semplice: il calore presente nel sottosuolo è prelevato tramite delle sonde e convogliato in superficie, dove è trasmesso a un sistema di riscaldamento che utilizza una pompa di calore.
L'efficienza del sistema è molto alta: 1Kw di energia elettrica necessaria per far funzionare il compressore della pompa di calore restituisce 4Kw d'energia termica.
La particolarità di poter ottenere sia il riscaldamento sia il raffrescamento dei locali, così come l'acqua calda sanitaria, rende il sistema geotermico notevolmente vantaggioso.
Alla base del principio di funzionamento di un sistema Geotermico a Bassa Entalpia c'è il Ciclo Termodinamico di seguito illustrato.

Tale ciclo, che avviene mediante la Pompa di Calore Geotermica, permette di estrarre calore da una sorgente "fredda" e di cederlo a una più "calda".
Schematicamente in questo sistema distinguiamo:

  1. l' evaporatore : assorbe calore dalla sorgente fredda e fa evaporare il fluido refrigerante;
  2. un compressore : comprime il gas elevandone la temperatura T e la pressione P;
  3. un condensatore : riporta il fluido da vapore a liquido cedendo quindi calore;
  4. una valvola di espansione : abbassa la P e T del fluido refrigerante chiudendo il ciclo.

Lo scambio di calore con la sorgente fredda può avvenire tramite salamoia, acqua ad aria. In inverno il calore estratto alla sorgente fredda è trasferito alla pompa di calore che, con elevata efficienza, produce calore per l'impianto di riscaldamento ad una temperatura massima di 65°C.
Circa il 75% dei kW termici prodotti provengono dal terreno, mentre solo il 25% proviene dall'assorbimento elettrico: possiamo quindi parlare di geotermia.
D'estate, attraverso la valvola d'inversione di ciclo, la Pompa di Calore sottrae calore all'ambiente interno dell'immobile, raffrescandolo.
I sistemi geotermici con pompe di calore sono più efficienti, più rispettosi dell'ambiente e più performanti di qualunque altro sistema di condizionamento e riscaldamento.

La geotermia a bassa entalpia

Una delle applicazioni di recente sviluppo della geotermia è quella per applicazioni domestiche, nelle quali il calore nel sottosuolo viene sfruttato per riscaldare o raffrescare i locali degli appartamenti o per produrre acqua sanitaria.
In questo caso si parla di geotermia a bassa entalpia, andando a sfruttare il calore latente del sottosuolo prelevato ad una profondità di poco oltre i 100m.
Questa tecnologia permette di alimentari sistemi termici di piccole dimensioni (pompe di calore), per applicazioni in impianti condominiali o residenziali. Questi impianti possono essere realizzati ovunque.

Sistemi geotermici

Sistema Geotermico Salamoia/Acqua

Nel sottosuolo c'è una fonte di calore che rimane a temperatura praticamente costante tutto l'anno, e che può essere quindi utilizzata come sorgente di calore infinita.
Viene praticato un foro in profondità nel terreno e viene inserita una o più sonde geotermiche costituita da tubi in PVC: tramite il ricircolo del fluido refrigerante in profondità viene assorbito calore.
Per una potenza calorica di 10 kW sono necessarie, a seconda delle caratteristiche del terreno, una o più sonde inserite ad una profondità da 100 metri. L'impianto occupa poco spazio e può essere installato anche su piccoli terreni, e il lavoro di ripristino dopo avere effettuato la perforazione è minimo.

Sistema Geotermico Acqua/Acqua

L'acqua sotterranea è la fonte ideale di calore in quanto mantiene una temperatura all'incirca costante tutto l'anno e garantisce, fornendo una temperatura maggiore di partenza, un'efficienza energetica maggiore del sistema salamoia / acqua.
L'acqua viene prelevata da un pozzo ed fatta by-passare all'interno dello scambiatore il calore; successivamente l'acqua viene riconvogliata nel terreno tramite un pozzetto di drenaggio. Per una potenza calorica di 10 Kilowatt sono necessari da 1500 a 1800 litri / ora di acqua sotterranea.

Sistema Geotermico Aria/Acqua

L'aria come sorgente fredda ha il vantaggio di essere disponibile ovunque; la particolarità di questo sistema è che la potenza resa dalla pompa di calore diminuisce con la temperatura dell'ambiente esterno.
Le pompe di calore più efficienti garantiscono in ogni caso un funzionamento efficace dal punto di vista energetico fino a temperature dell'ordine di -15/-20 gradi centigradi.
Diverso, e più vantaggioso, è l'impiego come sorgente fredda dell'aria interna viziata (aria estratta), che comunque dovrebbe essere rinnovata, e, normalmente, porterebbe quindi via con sé una quota di energia termica che andrebbe perduta.
Lo scambio termico con l'aria viziata estratta dai locali può apportare importanti quantità di calore, permettendo alla pompa di calore di lavorare con ottime prestazioni durante tutto l'anno.
In queste unità sono integrabili scambiatori di recupero diretto del calore, sistemi per la regolazione del ricambio automatico dell'aria in caso di afflusso di persone, dispositivi di trattamento dell'umidità, eccetera.
Questi sistemi sono generalmente installati in ristoranti, sale conferenze, cinema, alberghi, palestre, eccetera.

Le principali applicazioni del vapore naturale proveniente dal sottosuolo sono:

  • la generazione di energia elettrica tramite turbine;
  • il teleriscaldamento; in questo caso il calore geotermico viene incanalato in un sistema di tubature per servire attività locali di teleriscaldamento.

Per alimentare la produzione del vapore acqueo dal sottosuolo e mantenerlo costante (senza sbalzi o picchi) si immette acqua fredda in profondità. In questo modo gli impianti a turbina possono lavorare a pieno regime e produrre calore con continuità.
La geotermia è una fonte energetica alternativa e marginale, sfruttabile soltanto in alcuni limitati contesti territoriali. Resta in ogni caso una potenzialità energetica da sfruttare laddove possibile.
In Italia la produzione di energia elettrica dalla geotermia è fortemente concentrata in Toscana (Larderello, Monte Amiata).

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