geotermia - risparmio ed efficienza da fonti rinnovabili
DESCRIPTION
Il sottosuolo è un serbatoio termico dal quale estrarre calore d’inverno e al quale cederne d’estate. Tale scambio termico è possibile mediante le pompe di calore abbinate a sonde geotermiche, che assicurano un elevato grado di rendimento durante tutto l’anno con un consumo di energia elettrica limitato; è anche possibile alimentare le pompe di calore geotermiche con pannelli fotovoltaici. Lo scambio di calore con il terreno avviene tramite la sonda geotermica: il loro numero e la profondità d'installazione (da 50 a 150 metri) variano in funzione dell'energia termica richiesta. Ogni sonda è formata da una coppia di tubi in polietilene uniti a formare un circuito chiuso con un tubo di "andata" e uno di "ritorno", all'interno dei quali circola un fluido glicolato. La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un corpo a temperatura più bassa a un corpo a temperatura più alta, che rappresenta un processo inverso rispetto a quanto avviene spontaneamente in natura, dovuto al fatto che viene fornita energia elettrica alla macchina che "pompa calore". Negli ultimi anni anche in Italia il mercato delle pompe di calore ha subito un indicativo incremento: nel 2009 si stima una potenza installata di circa 230 MW termici. Il costo d’investimento per un sistema di PCG è normalmente più caro di un sistema convenzionale di climatizzazione; tuttavia, a fronte di costi d’installazione maggiori, la gestione è nettamente più economica.TRANSCRIPT
GEOSOLUTION S.r.l. – SOCIETÀ DI INGEGNERIA
Offre ai propri Committenti, pubblici e privati, un valido ausilio per il trattamento e la risoluzione delle
problematiche che, a vario titolo, interessano l’ambiente ed il territorio, dall’ambito progettuale a quello
operativo di cantiere.
Principali settori di intervento:
Sistemi di Gestione Qualità, Ambiente, Sicurezza ed Energia
Progettazione impianti trattamento acque meteoriche
Studi idrologici e di compatibilità idraulica
Bonifica siti contaminati
Screening e Valutazioni di Impatto Ambientale
Modellazione geologica - Geotecnica - Geotermia
www.geosolution.it
La sinergia di professionalità specializzate in ambiti distinti garantisce un approccio
metodologico completo, in grado di fornire esaustività e flessibilità di intervento, sia nel
campo pubblico che in quello privato
Le prestazioni di GEOSOLUTION sono mirate ad assicurare al Committente il miglior risultato
nel minor tempo, cercando di soddisfare anche le richieste più esigenti
con un servizio “tutto compreso”con un servizio “tutto compreso”
I servizi di Geosolution ricoprono i seguenti macro-settori:
Ingegneria ambientale Consulenza ambientale Geologia applicata Consulenza aziendale
GEOTERMIA
RISPARMIO ED EFFICIENZA DA FONTI RINNOVABILI
ENERGIA GEOTERMICA
Si basa sui principi della geotermia Sfruttamento del calore naturale della Terra (gradiente geotermico) dovuto
all'energia termica rilasciata in processi di decadimento nucleare di elementi
radioattivi contenuti naturalmente
Se sfruttata in maniera corretta
può essere considerata una forma di
energia alternativa e rinnovabile
radioattivi contenuti naturalmente all'interno della Terra (nucleo, mantello
e crosta terrestre)
GEOTERMIARISPARMIO ED EFFICIENZA DA FONTI RINNOVABILI
ENERGIA GEOTERMICA
ALTAENTALPIA
T > 150 °C
BASSAENTALPIA
T < 90 °C
Geotermia Geoscambio
GEOTERMIA A BASSA ENTALPIA
La geotermia a bassa entalpia sfrutta il sottosuolo come serbatoio di calore
Le moderne tecnologie consentono di trasformare l’energia termica presente nel terreno in calore
utilizzabile, in modo ecologico e senza effetti sul clima
È relativa allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal
quale estrarre calore durante la stagione invernale ed al quale cederne
durante la stagione estiva
PRINCIPIO GEOLOGICO
La temperatura del sottosuolo, oltre i 10-15 metri di profondità, si mantiene costante (zona di omotermia) durante tutto l’anno, a differenza della
temperatura della superficie e dell’aria esterna, che subiscono variazioni sia giornaliere che annuali
Nella maggior parte delle regioni
Gradiente geotermico
Nella maggior parte delle regioni italiane, indipendentemente dal tipo
di roccia, dall’assetto geologico -strutturale e dalla stratigrafia, la
temperatura della zona di omotermia è compresa tra 12 e 17 °C
Oltre i 100 metri di profondità, la
temperatura media aumenta di 3° ogni
100 metri
PRINCIPIO GEOLOGICO
Le caratteristiche litologiche, geologico - strutturali e stratigrafiche del sito rivestono un ruolo di
primaria importanza nella definizione del potenziale di geoscambio , indispensabile per il
corretto dimensionamento dell’impianto
Importanza degli aspetti geologici per l’efficienza dell’impianto
PRINCIPIO GEOLOGICO
Conducibilità termica del terreno
La conducibilità termica è la misura dell'attitudine di una
sostanza (il terreno) a trasmettere il calore
La conducibilità termica dipende dalla composizione mineralogica e dalla porosità
della roccia o terreno interessato
Ad esempio, la conducibilità termica delle rocce è generalmente superiore a quella dei terreni alluvionali e, a parità di contenuto di umidità, è maggiore in un terreno a
grana fine rispetto ad un terreno a grana grossa
PRINCIPIO GEOLOGICO
Grado di umidità del terreno
La conducibilità termica dell’acqua è circa 20 volte superiore a quella dell’aria
La presenza di moti di filtrazione La presenza di moti di filtrazione nel sottosuolo incrementa in
maniera significativa le capacità di scambio termico del sistema
A parità di condizioni è maggiore in terreni ad elevata permeabilità e minore in terreni
impermeabili
PRINCIPIO GEOLOGICO
L’importanza della falda acquifera
La presenza della falda acquifera garantisce un
contatto ottimale tra le sonde e il sottosuolo, aumentando l’efficacia dello scambio termico: ciò comporta un termico: ciò comporta un
aumento considerevole del rendimento potenziale
Favorisce inoltre il ripristino del campo termico modificato dal funzionamento delle sonde
Terreni insaturi: l’umidità naturale migliora comunque la conducibilità termica e
garantisce un sufficiente contatto tra sonda e sottosuolo
PRINCIPIO GEOLOGICO
Parametri fondamentali di una falda acquifera
Direzione
Velocità
Temperatura
Orizzonti sovrapposti
Influisce sulla geometria del campo sonde
Influiscono sulla capacità di scambio termico, sul
dimensionamento e sul rendimento dell’impianto
Necessità di evitare la contaminazione tra acquiferiOrizzonti sovrapposti
Rapporto tra ubicazione delle sonde e la direzione di
deflusso
Necessità di evitare la contaminazione tra acquiferi
Influisce sul posizionamento relativo delle sonde
(necessità di evitare fenomeni di saturazione termica)
ESTATE
PRINCIPIO TERMODINAMICO
Scambio termico
Il sistema sfrutta la possibilità di scambiare calore tra il terreno e l’interno di un edificio per mezzo di un fluido convettore
INVERNO
Il fluido preleva calore dal sistema raffrescante
dell’edificio e lo cede al terreno
Il fluido preleva calore dal terreno e lo cede al sistema
riscaldante dell’edificio
PRINCIPIO TERMODINAMICO
Il minor salto di temperatura consentito con il prelievo di calore dal sottosuolo permette un minor lavoro da parte della centrale termica tradizionale per raggiungere
Scambio termico con il terreno
un minor lavoro da parte della centrale termica tradizionale per raggiungere temperature di comfort termico all’interno dell’edificio, e un conseguente minore
consumo di combustibile. In particolari condizioni, inoltre, un impianto geotermico è in grado di coprire interamente il fabbisogno termico dell’edificio.
RISPARMIO ECONOMICO
BENEFICI AMBIENTALIBENEFICI AMBIENTALI
GROUND RESPONSE TEST
Principio della prova
Il G.R.T. è una prova in sito finalizzata alla raccolta di dati per un corretto dimensionamento dei campi di sonde geotermiche
Consiste nel misurare e registrare, in funzione del tempo, la temperatura
media del fluido presente nello scambiatore, in corrispondenza di un scambiatore, in corrispondenza di un
valore prefissato della potenza termica trasmessa al terreno. Tale attività è preceduta dalla misura, nella sonda
geotermica, della temperatura media del terreno indisturbato
GROUND RESPONSE TEST
Risultati della prova
Mediante i risultati ottenuti è possibile ricavare i valori della conducibilità termica media del terreno (W/m K). È inoltre possibile ottenere il valore del
coefficiente globale di scambio termico, per unità di lunghezza dello scambiatore (W/m), fra il fluido che scorre nello stesso ed il terreno
indisturbato, in condizioni quasi-stazionarie, cioè con variazioni molto lente della temperatura del fluido termovettore nel tempo
Il test ha una durata minima di 72 ore, e permette di misurare costantemente la potenza
scambiata dalla sonda con il terreno.
GROUND RESPONSE TEST
Dall’elaborazione delle temperature in ingresso e uscita del fluido geotermico dallo scambiatore si possono ricavare, utilizzando modelli inversi, le
caratteristiche del terreno, ma anche una serie utile di dati sperimentali sul comportamento degli scambiatori (resistenze termiche, ecc), che si rivelano
di fondamentale importanza per il dimensionamento dell’impianto
Risultati della prova
L’esecuzione di un Ground
Response Test è sempre
opportuno, ma di fatto risulta
economicamente giustificabile
solo per impianti con potenze
termiche superiori a 50 kW
(potenze medio grandi)
IMPIANTO GEOTERMICO
Componenti fondamentali
Pompa di calore
Sonde geotermiche
Macchina termica in grado di spostare calore da un corpo più
freddo ad uno più caldo a spese di energia elettrica
Tubi in polietilene posti nel sottosuolo tramite perforazione a
distruzione e attraversati da un fluido vettore. Possono essere
verticali o orizzontali
Impianto distribuzione A bassa temperatura (pavimento, soffitto, pannelli a parete)
Il sistema è a “circuito chiuso” (senza emungimento da falda ) in cui circola un fluido (acqua, oppure una miscela di acqua e anticongelante non tossico), che consente di
scambiare calore con il terreno e trasferirlo per mezzo della pompa di calore al sistema di condizionamento degli edifici
IMPIANTO GEOTERMICO
Pompa di calore
La pompa di calore è l’elemento centrale degli impianti geotermici a bassa entalpia
Con la stessa macchina (reversibile) è possibile effettuare il riscaldamento e il
raffrescamento dell’edificio
I terminali di climatizzazione più adatti per le pompe di calore geotermiche sono i pannelli
radianti: rispetto ai sistemi convenzionali lavorano a temperature più basse in
riscaldamento e più alte in raffrescamento, garantendo un maggiore
rendimento della pompa di calore
raffrescamento dell’edificio
Il trasporto del calore all’interno dell’edificio può avvenire tramite aria o liquido
IMPIANTO GEOTERMICO
Componenti della pompa di calore
Evaporatoreassorbe calore dalla sorgente fredda e fa
evaporare il fluido refrigerante
Compressorecomprime il gas elevandone
temperatura e pressione
Valvola di espansioneabbassa pressione e temperatura del fluido
refrigerante chiudendo il ciclo
temperatura e pressione
Condensatoreriporta il gas compresso a fluido
con cessione di calore
SCAMBIO TERMICO
LAVORO ELETTRICO
IMPIANTO GEOTERMICO
Sonde geotermiche verticali
La lunghezza della perforazione varia tra 70 e 200 m, in funzione della richiesta di scambiotermico del sistema edificio-impianto
Possono avere configurazione a U (due tubi, mandata e ritorno), a doppia U oppure coassiale
All’interno del perforo, lo spazio attorno alle sonde è riempito con grouting geotermico (calcestruzzo e additivi ad elevata conducibilità termica)
Indicativamente, le sonde geotermiche sono in grado di fornire unapotenza compresa tra 40 e 70 W per metro di perforazione, infunzione delle caratteristiche stratigrafiche del sottosuolo.
conducibilità termica)
Nei campi sonde la distanza tra le perforazioni varia tra 5 e 10 m.
Poco spazio necessario
Maggiore efficienza
PRO CONTRO
Costi maggiori
IMPIANTO GEOTERMICO
Sonde geotermiche orizzontali
Il circuito chiuso può essere posato orizzontalmente in una trincea, posta a profondità maggioridi quelle alla quale si può verificare il congelamento del terreno
La potenza scambiabile dipende dalla lunghezza della tubazione e dall’area occupata:indicativamente, la potenza scambiabile con il terreno è di 15-40 W/mq
I tubi sono installati a 1-3 m di profondità: maggiore è laprofondità di installazione, maggiore sarà l’inerzia termica eprofondità di installazione, maggiore sarà l’inerzia termica emigliore il rendimento della pompa di calore
Rispetto alle sonde geotermiche verticali, il rendimento dellapompa di calore è più basso, tuttavia i minori costi di installazionerendono comunque competitiva questa soluzione
Superficie necessaria
Costi inferiori
PRO CONTRO
Efficienza inferiore
IMPIANTO GEOTERMICO
Efficienza delle pompe di calore
L’efficienza di una pompa di calore viene descritta dal Coefficiente di Prestazione (Coefficient ofPerformance, COP)
Il COP di una pompa di calore è definito come ilrapporto fra il calore somministrato alla sorgente a
In generale: efficienza sistema = energia prodotta / energia impiegata
rapporto fra il calore somministrato alla sorgente atemperatura più alta e il lavoro speso
Più è alto il COP, maggiore è l’efficienza. Nelle pompe di
calore, l’unica energia impiegata è quella elettrica
(assorbita dal compressore e dalla pompa di circolazione
del fluido vettore)
IMPIANTO GEOTERMICO
Efficienza delle pompe di calore
Il rendimento di energia primaria del sistema di generazione di energia elettrica in Italia è dicirca il 40%: ciò significa che, per produrre 1 kWh elettrico, è necessario consumare 1/0.4 = 2.5kWh termici.
Il COP di una pompa di calore geotermica varia fra 3 e 6: ciò significa che, per ciascun kWhelettrico consumato, vengono prodotti da 3 a 6 kWh termici. Di conseguenza, una pompa dicalore geotermica è in grado di produrre da 3 a 6 kWh termici consumando 1 kWh elettrico
Il COP della pompa di calore dipende ingran parte dalle temperature dei duetermostati (fluido del circuito di scambio alsuolo e fluido dell’impianto diclimatizzazione): minore è la lorodifferenza, più alto è il COP
Una pompa di calore standard è in grado di
produrre acqua calda fino a 50 °C ed acqua
fredda fino a 6 °C
FATTORI ECONOMICI
Impianto tradizionale VS Impianto geotermico a PdC
Impianto tradizionale Investimento iniziale
10.000 €
Costi di gestione
1.500 €/anno + manutenzione
caldaia a condensazionee climatizzatori
Impianto geotermico con pompa di calore
Investimento iniziale
20.000 - 25.000 €
Costi di gestione irrisori
azzerati se con fotovoltaico dedicato a PdC
Impianti domestici di potenza < 30 kW
FATTORI ECONOMICI
Il rendimento di energia primaria di una pompa di calore geotermica è variabile tra il 120% e il 240%. Le migliori caldaie a condensazione
raggiungono rendimenti del 90%
Risparmi energetici ed economici
Una pompa di calore geotermica, confrontata con una
caldaia a condensazione, permette un risparmio energetico compreso
tra il 20% e il 60%
Ripartizione dei consumi energetici domestici
FATTORI ECONOMICI
Impianto tradizionale VS Impianto geotermico a PdCC
osti
25000
30000
35000
40000
45000
Impianto
tradizionale
Impianto
geotermico
€
Tempo anni
Cos
ti
0
5000
10000
15000
20000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
geotermico
L’investimento iniziale ha un
simple payback di circa 10 anni
Dopo 20 anni il risparmio
cumulato raggiunge i 15.000 €
FATTORI ECONOMICI
Vantaggi globali di un impianto geotermico
Indipendente
Ecologico
Rinnovabile
Non legato a combustibili fossili e all’andamento dei prezzi
Riduzione generale delle emissioni di CO2
Indipendente dalle condizioni climatiche locali
Fonte rinnovabile alla scala dei tempi umani
Disponibile
Globale
Indipendente dalle condizioni climatiche locali
Discreto
Applicabile in qualsiasi zona del pianeta
Minimi ingombri per l’installazione
L’adozione di un impianto geotermico permette di migliorarne la classe energetica dell’immobile, incrementando notevolmente il valore commerciale
Valorizzazione economica dell’immobile
RIFERIMENTI NORMATIVI
D.P.R. 395 del 27/05/1991 Approvazione del regolamento di attuazione della legge 9 dicembre 1986, n. 869, recante disciplina della ricerca e della coltivazione delle risorse geotermiche
D.P.R. 485 del 18/04/1994 Regolamento recante la disciplina dei procedimenti di rilascio di permesso di ricerca e concessione di coltivazione delle risorse geotermiche di interesse nazionale
NAZIONALI
nazionale
D.Lgs. 152 del 03/04/2006 Norme in materia ambientale
D.Lgs. 22 del 11/02/2010 Riassetto della normativa in materia di ricerca e coltivazione delle risorse geotermiche, a norma dell’articolo 27, comma 28, della legge 23 luglio 2009, n. 99
D.Lgs. 28 del 03/03/2011 Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE
RIFERIMENTI NORMATIVI
L.R. n. 40 del 10/10/1989 Disciplina della ricerca, coltivazione e utilizzo delle acque minerali e termali (art. 55-bis: risorse geotermiche)
D.C.R.V. n. 107 del 05/11/2009 Piano di Tutela delle Acque
REGIONE VENETO
D.G.R.V. n. 985 del 18/06/2013 Allegato A: “Ricerca e sfruttamento delle risorse geotermiche nel territorio della Regione Veneto – Prime indicazioni operative per l’applicazione della normativa vigente”
NB: Si applicano a tutto il territorio delle Regione del Veneto e
sostituiscono, ove contrastanti, le precedenti disposizioni
emanate dalla Giunta Regionale del Veneto in materia di
geotermia
RIFERIMENTI NORMATIVI
Classificazione delle risorse
geotermiche“…Sono altresì piccole utilizzazioni locali di calore geotermicole sonde geotermiche che scambiano calore conil sottosuolo senza effettuare il prelievo e la reimmissionenel sottosuolo di acque calde o fluidi geotermici.…”
D.G.R. Veneto n. 985 del 18 giugno 2013
Competenze “Il D.Lgs. 22/2010 conferisce alle Regioni territorialmentecompetenti le funzioni amministrative riguardanti le risorsegeotermiche d’interesse nazionale e locale, se nonrinvenute nel mare territoriale e nella piattaformacontinentale italiana, nonché le piccole utilizzazioni locali.”
Procedure:
Piccole utilizzazioni locali di calore
geotermico
“Le piccole utilizzazioni locali di calore geotermico ai sensidel D.Lgs. 22/2010 non sono soggette alla disciplinamineraria di cui al R.D. 29 luglio 1927, n.1443 e all'art. 826del c.c.”
RIFERIMENTI NORMATIVI
Procedure:
Piccole utilizzazioni locali di calore
geotermico
“Gli impianti di potenza inferiore a 1 MW ottenibile dal fluidogeotermico alla temperatura convenzionale dei reflui di 15gradi centigradi sono esclusi, ai sensi dell’ art. 10 comma 7del D.Lgs. 22/2010, dalle procedure regionali di verifica diassoggettabilità ambientale.”
D.G.R. Veneto n. 985 del 18 giugno 2013
“Le autorizzazioni per la realizzazione di sonde geotermiche“Le autorizzazioni per la realizzazione di sonde geotermichesono rilasciate dalle Provincie alle quali la Regione delVeneto ha delegato, con il Piano di Tutela della Acque, talecompito ai fini della protezione degli acquiferi. Le Provincieai sensi dell’art. 2 del D.Lgs. 22/2010 informanotempestivamente la Regione del rilascio di autorizzazioni otitoli abilitativi comunque denominati, di loro competenza, eprescrivono ai soggetti titolari di autorizzazione latrasmissione delle informazioni stratigrafiche e delleprincipali caratteristiche tecniche dell’impianto”
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Il materiale oggetto della presente trattazione costituisce proprietà intellettuale di Geosolution S.r.l. e come tale non potrà essere copiato, riprodotto o pubblicato, tutto od in parte, senza il consenso scritto dell’autore
(legge 22/04/1941 n. 633, art. 2575 e seg. C.C.)
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