Riscaldamento geotermico

Riscaldamento geotermicoIl sistema geotermico, pur prevedendo un investimento iniziale più elevato rispetto ai normali metodi di riscaldamento, è un sistema che si rivela essere più economico a lungo termine, dal momento che ha minor consumo di carburante. La geotermica è molto sensibile alla temperatura esterna e fornisce un elevato coefficiente di rendimento, perché va a ricavare energia dal sottosuolo dove la temperatura, a prescindere da quanto freddo possa fare in inverno, è costante.

In genere  è necessaria una superficie di 150 metri quadrati per riscaldare una superficie utile di 100 metri quadrati, questo con sistemi di captazione orizzontale. Se la terra che possediamo non ha queste dimensioni, è possibile scegliere un sistema di captazione verticale. In questo caso vengono aperti dei fori per il posizionamento dei sensori che possono raggiungere tra i 70 e i 100 metri di profondità.

Il sistema di riscaldamento geotermico è piuttosto a buon mercato, visto che riesce a ricavare  energia gratuita fornita proprio dal terreno su cui camminiamo. Di norma un sistema geotermico può fornire un risparmio che si aggira sul 75% rispetto ai costi energetici tradizionali come le caldaie a gasolio o gas. Un risparmio non da poco!

La geotermica è ritenuta sicura visto che non vi sono implicati liquidi infiammabili o rischi di esplosione, ne odori molesti. Il sistema è completamente sicuro.

Questo tipo di sistema non richiede nemmeno manutenzione. Poiché non vi è combustione, non c’è bisogno di una canna fumaria o di tubi di scappamento. Non è necessario sostituire neanche l’acqua visto che il sistema funziona a circuito chiuso.

La geotermica è molto efficiente in inverno, qualunque sia la temperatura esterna, perché il terreno fornisce un enorme quantità di energia che viene costantemente rinnovata dal sole e dalla pioggia. Quindi anche con temperature inferiori a 0 º C il sistema geotermico potrà fornire temperature confortevoli a costi ridotti.

Il sistema può essere installato in ogni casa, sia in case in fase di costruzione che in edifici già  esistenti. È possibile utilizzare il sistema già esistente, come i termosifoni, per il riscaldamento dell’acqua ad una temperatura di 45 º C. Nel caso di uso di termosifoni già esistenti non sarà possibile raffreddare l’edificio in estate.

Impianto geotermico

Impianto geotermicoGli impianti geotermici usano come fonte di energia il calore interno della terra.

Oltre a utilizzare l’energia geotermica per produrre elettricità essa può essere utilizzata anche per riscaldare gli edifici. Ci sono due categorie di impianti geotermici: sistemi a ciclo chiuso, sistemi ad anello aperto.

Il sistema a ciclo chiuso estrae il vapore caldo dalla terra e lo fa circolare attraverso l’edificio mediante delle tuberie, dopodiché esso ritorna alla terra. Quando il vapore circola per tutta la periferia dell’edificio trasferisce il suo calore all’edificio stesso. Ci sono tre tipi fondamentali di sistemi a ciclo chiuso: sistema a captazione verticale (i tubi sono sepolti verticalmente e trasportano il liquido che aziona la pompa geotermica), sistema a captazione orizzontale (i tubi sono sepolti orizzontalmente a una profondità di 4-6 metri e trasportano il liquido spinto da una pompa), sistema idrico ad anello (uguale agli altri due, ma usa anche un serbatoio d’acqua di deposito così da scambiare il calore quando i vapori sono molto caldi).

In un sistema geotermico è necessario utilizzare una pompa di calore geotermica. L’acqua circola in tubi interrati in un ciclo continuo. Queste pompe di calore possono essere utilizzate sia per il riscaldamento che per il raffreddamento. Quando si vuole riscaldare l’ambiente, il calore della terra viene trasferito tramite i tubi nel fluido circolante al loro interno, che poi viene trasferito all’edificio. Invece quando la pompa di calore è utilizzata per raffreddare, il fluido che circola continuamente nei tubi assorbe il calore dell’edificio e lo trasferisce al calore geotermico della terra.

I vantaggi degli impianti geotermici sono molteplici. I nuovi impianti geotermici emettono pochissimo CO2, e anche le emissioni di anidride solforosa e diossido di azoto sono molto inferiori alla norma. Inoltre la loro realizzazione non richiede grandi appezzamenti di terreno. Gli impianti geotermici sono progettati per funzionare 24 ore al giorno, e per tutto l’anno. Inoltre continuano a funzionare anche con interruzioni di energia elettrica. Sono molto flessibili, possono essere facilmente ampliati per aumentare la domanda di energia elettrica. Inoltre l’energia geotermica è facilmente accessibile alle aree remote dove non è economicamente conveniente trasportare energia elettrica nella maniera convenzionale.

Gradiente geotermico

Gradiente geotermicoIl gradiente geotermico indica il cambiamento che subisce la temperatura aumentando la profondità al disotto della crosta terrestre. Si indica in gradi celsius ogni 100 metri di profondità.

Ad esempio, un gradiente geotermico di 0,03 ° C/m indica che ogni metro di discesa vi è un aumento di 0,03 ºC di temperatura.

Il gradiente geotermico ci dà un’idea della variazione del calore interno della Terra.

Il gradiente geotermico non è costante in quanto dipende dalle caratteristiche fisiche che presentano i diversi materiale in ogni punto all’interno del pianeta. Quindi tale indice ci dà un’idea  delle condizioni geologiche locali, alcuni delle quali sono: il rapporto tra pressione e temperatura, la composizione chimica del terreno e le reazioni che si verificano al suo interno, nonché l’esistenza di materiale radioattivo o la presenza di moti convettivi come l’attrito…

Nella crosta il gradiente geotermico medio è di 30 °C/km, con un aumento di 1 ºC ogni 30 metri di discesa. I valori normali sono compresi tra 10 e 60 °C/km, ma sono stati misurati anche gradienti di 200 °C/km.

L’uso del gradiente geotermico come fonte di energia geotermica è una delle possibili soluzioni che sono state proposte per evitare la crisi energetica che si prevede avrà luogo per il possibile esaurimento di fonti deperibili come il petrolio o altri combustibili fossili.  Il dibattito in questione infatti si basa su una teoria che prevede che la produzione del petrolio arriverà a un picco massimo e poi subirà un calo vertiginoso. Il problema sollevato da molti scienziati e petrolieri non è se ci sarà o meno un picco del petrolio, ma quando accadrà, poiché è evidente che il petrolio è una fonte non rinnovabile e arriverà il giorno in cui non ci sarà più modo di estrarlo. Motivo in più questo, per cercare di spostare al più presto e in misura sempre maggiore la produzione energetica verso fonti alternative e rinnovabili.

Geotermia a bassa entalpia

Geotermia a bassa entalpiaLa geotermia indica la fonte di calore naturale del sottosuolo della terra. L’entalpia invece indica la quantità di energia che un sistema termodinamico scambia con l’ambiente esterno. Infatti il termine entalpia significa letteralmente “portare calore all’interno”.

Quindi il termine geotermia a bassa entalpia indica un sistema di climatizzazione (riscaldamento o raffreddamento) che utilizza la grande inerzia termica del terreno, il quale, a circa tre metri di profondità ha una temperatura costante fra 10 e 16 °C a seconda della latitudine del luogo.

La climatizzazione geotermica non deve essere confusa con l’energia geotermica, che necessita di una temperatura del sottosuolo parecchio più alta, associata di solito a un’attività vulcanica.

Ci sono due sistemi di climatizzazione geotermica: ad alta entalpia (con caldaia) e a bassa entalpia (senza caldaia).

Il sistema geotermico a bassa entalpia è il più semplice ed economico in quanto il costo energetico è inferiore rispetto a quello ad alta entalpia. La temperatura del suolo varia molto meno di quella dell’ambiente. Si può estrarre questo calore o questo freddo semplicemente mediante un pompaggio di liquidi. Il liquido è mantenuto ad una temperatura che è apparentemente mite d’inverno e fresca d’estate, anche se in realtà la temperatura del suolo è immutata, ma è quella dell’ambiente che varia. Questo sistema evita la complessità e i costi di una caldaia, inoltre il costo di una pompa per l’acqua è minimo.

E’ difficile determinare in quale misura la geotermia riduce il costo del riscaldamento, in quanto questo dipende da molti fattori quali il tipo di edificio, il suo utilizzo, il clima del luogo, le dimensioni o le modalità d’installazione. Comunque il risparmio può oscillare intorno al 40-60 % rispetto ai costi dovuti ad una tradizionale caldaia.

Il principale inconveniente della geotermia è il suo elevato costo di installazione. Comunque la convenienza sta nel fatto che il geotermico elimina la necessità di una seconda installazione di aria condizionata, ed elargisce sovvenzioni e contributi agli aventi diritto, visto che tale energia è rinnovabile e spesso sovvenzionata. In generale si può dire che la sua convenienza deriva anche dal tipo di utilizzo che se ne fa e anche dagli anni di utilizzo. I vantaggi sono anche un minore consumo energetico, meno emissioni di anidride carbonica, maggiore durabilità, silenziosità, migliore estetica e più  benefici per la salute.

Costo impianto geotermico

Costo impianto geotermicoIl costo di un sistema geotermico domestico può variare dai 10.000 ai 25.000 € se si tratta di un’abitazione mono familiare di circa 100-150 metri quadrati. Questo costo non include il sistema di distribuzione del calore all’interno dell’abitazione, come i termosifoni.

Il costo di un impianto geotermico varia a seconda del fabbisogno di energia termica dell’utenza, a seconda del tipo di costruzione, e anche del tipo di sottosuolo del caso. Infatti occorre conoscere il carico termico dell’edificio, o quanto calore occorre per riscaldarlo adeguatamente, ciò dipende dai materiali che sono stati usati per costruirlo e isolarlo, dalle altezze dei locali, dalle finestrature…ecc.

Nei costi vanno inclusi anche il prezzo per effettuare le indagini geologiche, il costo delle perforazioni ad una profondità di almeno 100-150 metri quadrati, il sistema di accumulo, le sonde geotermiche, la pompa di calore (costa più o meno quanto una caldaia). Va anche considerato il costo di un impianto di riscaldamento come i pannelli radianti o ventil-convettori, richiesti nei casi in cui il  sistema sia a pompe di calore.

Si calcola mediamente che una famiglia di 4-5 persone per produrre acqua calda per riscaldamento, acqua calda per usi sanitari spenda solo 800 euro col sistema geotermico, contro i 2000 euro del riscaldamento a metano, i 4000 del gasolio, e i 5000 del GPL.

Il tempo di ammortamento dell’impianto dipende da che tipo di riscaldamento usavamo prima e dal fatto che l’impianto venga adoperato anche per rinfrescare gli ambienti d’estate.

Calcolando che un impianto di riscaldamento con normali combustibili costi più o meno 12.000 euro, e invece uno geotermico sui 20.000, dando un risparmio annuo di 1300, l’ammortamento dell’impianto sarebbe intorno ai 6 anni, ma può essere ripagato in molti casi anche dopo soli 4 anni. Inoltre ricordiamo che la manutenzione è quasi nulla, e la vita di un impianto geotermico è solitamente doppia rispetto a un normale impianto. Nel 2008 la finanziaria aveva stabilito anche un incentivo per gli impianti realizzati in ristrutturazioni, pari al 55% dell’investimento.

Centrale geotermica

Centrale GeotermicaUn impianto geotermico è un impianto in cui si ottiene energia elettrica dal calore interno della Terra. Queste centrali sono molto simili alle centrali termiche, l’unica differenza è che non bruciano nulla per riscaldare l’acqua. Le centrali geotermiche  sono costruite prevalentemente in Nuova Zelanda, Stati Uniti e Islanda. In Islanda addirittura l’85% delle abitazioni viene scaldato da tali centrali. L’Italia vanta la più grande centrale geotermica al mondo, si trova sul monte Amiata e fornisce energia all’intero circondario.

Per far funzionare una centrale geotermica si canalizza vapore acqueo ad alte temperature (fino a 600 º C) da sotto terra alla centrale. Si utilizzano numerose tubazioni. Il vapore acqueo è in alta pressione dentro ai tubi, tale pressione viene utilizzata per azionare una turbina collegata al generatore. Ruotando, la turbina produce energia elettrica. L’energia viaggia dal generatore al trasformatore, questo aumenta la tensione elettrica. Quindi, una volta prodotta energia elettrica, essa viene trasportata fino ai relativi centri di consumo.

In una centrale geotermica è presente anche un sistema di raffreddamento che consente di riprendere il ciclo, quindi il vapore acqueo condensato può essere riutilizzato. L’acqua è condensata in una zona della centrale mantenuta a bassa temperatura mediante una rete di tubazioni che raffreddano il condensatore. Quando l’acqua di raffreddamento viene riscaldata, viene indirizzata alle torri di raffreddamento, dove viene ulteriormente raffreddata a contatto dell’aria fredda. Questo ciclo è continuamente ripetuto per produrre energia.

I vantaggi delle centrali geotermiche sono svariati. Esse infatti producono energia da una fonte rinnovabile, visto che l’energia geotermica è inestinguibile e molto abbondante in tutto il pianeta. L’energia prodotta è costante per l’intera durata del giorno. E’ un energia pulita e economica. Non dipende da componenti fossili, quindi non produce scarti inquinanti. L’unico svantaggio delle centrali geotermiche è quello di esser abbastanza costose e di provocare un impatto visivo imponente.

Solare termodinamico

Solare termodinamicoGli impianti solari termodinamici – altrimenti noti come impianti solari a concentrazione – sono uno speciale tipo d’impianto solare capace di operare la trasformazione dell’energia termica sprigionata dal sole in energia elettrica, mediante l’impiego delle attrezzature tipiche di una centrali termoelettrica: le turbine a vapore e gli alternatori. Tali macchinari – le cui prime applicazioni sono, in genere, ricondotte, niente meno, che agli specchi ustori di Archimede – anche grazie all’intervento di una speciale pompa, di un condensatore e di una caldaia, innescano il cosiddetto ciclo Rankine, un ciclo termodinamico, capace di sviluppare calore a temperature estremamente elevate (anche oltre i 600 °C). Oltre alle altissime temperatura, questo tipo di tecnologia offre un’ulteriore marcia in più rispetto al solare ed al fotovoltaico: la possibilità di accumulare il calore in appositi serbatoi così che possa darsi seguito alla produzione di energia elettrica anche durante la notte o con il cielo coperto. Simili circostanze valgono a rendere tale specie di tecnologia energetica particolarmente adatta alle applicazioni industriali.

Si danno, in tal senso, due principali tipi d’impianti solari termodinamici: gli impianti a collettori parabolici lineari, formati da specchi parabolici che ruotano intorno ad un unico asse e riflettono la radiazione solare concentrandola su un tubo preposto alla circolazione di un fluido termovettore. Il fluido  assorbe, in tal modo, l’energia termica prodotta dal sole e la preserva in un apposito serbatoio di accumulo, al fine di renderla disponibile durante le ore notturne o quando, comunque, la luce del sole scarseggi.  Il secondo tipo d’impianto, detto a torre centrale, si avvale anch’esso di un sistema di specchi riflettenti che tuttavia, lungi dall’essere allineati su un solo asse, sono, in tal caso, indipendenti al fine di meglio inseguire la luce solare. Alla centro della struttura, tuttavia,  in cima ad una torre (da cui il nome dell’impianto), è posto  un ricevitore fisso che ha la funzione di concentrare le radiazioni solari e dirigerle verso il sistema di specchi.

Solare termico

Solare termicoSi tratta, al pari del fotovoltaico, d’una tecnologia per la produzione energetica fondata sull’impiego delle radiazioni solari. A differenza del fotovoltaico, tuttavia, il solare termico non opera mediante  la conversione dell’energia solare in energia elettrica, limitandosi, piuttosto, a conseguire il semplice riscaldamento di un liquido o di un gas, detto fluido termovettore (acqua, in genere, ma non solo) da impiegare, in genere, negli impianti sanitari e di riscaldamento. Il sistema di produzione energetica, pertanto, è estremamente semplice e consta di lastre trasparenti, poggiate su lastre di vetro scuro, che catturano e filtrano le radiazioni – i pannelli solari, altrimenti noti come collettori – comunicandole, quindi, ad una fitta tubatura su cui circola il fluido da riscaldare. Per fare in modo che il fluido scaldato di giorno possa essere impiegato anche la notte, il sistema è dotato di un apposito serbatoio d’accumulo. Il passaggio del fluido dal collettore al serbatoio può avvenire in maniera naturale, per effetto dell’espansione che consegue al riscaldamento e che porta il fluido a risalire verso il serbatoio, o mediante l’impiego di un’apposita pompa. Si parlerà, nel primo caso, “d’impianti a circolazione naturale” e nel secondo “d’impianti a circolazione forzata”. Il fluido riscaldato dal collettore, può, poi, essere il medesimo fluido destinato al consumo finale, così come accade, ad esempio, in genere, per gli impianti di riscaldamento dell’acqua impiegati nelle residenze di villeggiatura, o negli stabilimenti balneari, nei campeggi, o per le piscine scoperte – si tratta d’impianti estremamente economici e che richiedono poca manutenzione; oppure può trattarsi di un fluido altro, destinato a restare in perpetua circolazione e a garantire il riscaldamento del fluido impiegato nell’utilizzazione finale mediante un apposito dispositivo detto scambiatore. Tale ultimo sistema, pur essendo, evidentemente più oneroso del primo, garantisce tuttavia una migliore resa in ogni stagione ed impedisce  inutili dispersioni di calore.

Il ricorso all’energia solare termica, nell’ultimo decennio, ha registrato un incremento del 30%. Si tratta infatti, d’una soluzione ecologica ed estremamente economica che può portare, nell’arco di pochi anni, ad un abbattimento dei costi per la produzione di acqua calda a nucleo familiare di oltre il 60%, con punte che superano l’80% nelle zone dove la concentrazione delle radiazioni solari è più alta e continuata nel tempo.

Pompa di calore

Pompa di caloreLa pompa di calore sta alle case degli italiani oggi come un tempo stava il riscaldamento a metano. Odiata da quanti, per un verso, ne denunciano le gravi ripercussioni sulla salute e sul portafogli, altrettanto amata, per altro verso, da quanti, in genere sprovvisti di impianto di riscaldamento, ne declamano, all’opposto, le alte doti in termini di efficienza e di risparmio, è comunque difficile, ammettiamolo pure, immaginare la nostra vita senza. E facendo una panoramica sulle facciate dei palazzi delle nostre città, scorgere ancora qualche balcone che non sia decorato dai compressori parallelepipedi bianco sporco è cosa più unica che rara. Ma che cos’è, esattamente, una pompa di calore?

É bene precisare che nel linguaggio comune si è soliti identificare la pompa di calore con il condizionatore d’aria fredda. Si tratta, in realtà, di due funzioni distinte, che possono essere abbinate, così come di norma accade nelle macchine presenti sul mercato. Se il condizionatore, infatti, in senso proprio, è un dispositivo termico che opera trasferendo calore da una sorgente calda ad una fredda, la pompa di calore fonda il proprio funzionamento sul principio uguale ed opposto del trasferimento del calore dalla sorgente fredda a quella calda. Nell’un caso il risultato, banalizzando al massimo, sarà la produzione di aria calda, mentre nell’altro, com’è noto, l’aria prodotta dal condizionatore avrà una temperatura bassa. Chiarito ciò, si tenga comunque conto che quando si parla di pompa di calore, latu sensu, ci s’intende riferire ad una macchina che disponga di entrambe le funzioni: il riscaldamento e la refrigerazione dell’aria circostante.  Ciascuna macchina dispone di quattro parti essenziali al proprio funzionamento:

–          Il compressore, che ha la funzione di comprimere un liquido frigorigeno al fine di aumentarne la temperatura (il liquido viene trasformato in vapore caldo);

–          Il condensatore, mediante cui il vapore previamente prodotto viene riportato allo stato liquido ed una certa quantità di calore viene ceduta all’esterno (in determinate applicazioni, il calore viene impiegato negli impianti di riscaldamento);

–          La valvola di espansione, che ha la funzione di raffreddare nuovamente il liquido frigorigeno

–          L’evaporatore, infine, che ha la funzione di far evaporare completamente il liquido mediante l’apporto di un certo quantitativo di calore prelevato dall’esterno.

In tal modo il compressore fornisce energia al fluido frigorigeno, il quale, a sua volta, assorbe il calore nell’evaporatore, e lo cede per mezzo del condensatore, al fluido da riscaldare (aria o acqua).

Energia solare termica

Energia solare termicaCom’è noto, il sole rappresenta una della maggiori scommesse su cui i grandi paesi industrializzati stanno investendo negli ultimi anni, in concomitanza con gli effetti di una crisi economica globale intrinsecamente legata, tra le altre cose, al progressivo esaurimento dei combustibili fossili, a fronte di un esponenziale innalzamento del fabbisogno, con conseguente aumento, come mercato vuole, del prezzo alla vendita delle materie prime.

Grazie alla semplicità del principio di funzionamento, tra le diverse tecnologie fondate sull’impiego della luce solare, il solare termico è quello che ha avuto, probabilmente, la più ampia e diffusa applicazione, con un incremento del 30% solo nell’ultimo decennio ed un’estensione delle proprie applicazioni ben oltre i confini dell’uso domestico. L’energia solare termica, nella sua versione più essenziale, opera mediante un sistema a collettori solari – meglio noti come pannelli solari – lastre trasparenti poggiate su lastre scure e filtranti, che hanno la funzione di catturare la radiazione solare e di trasmetterla, attraverso una speciale piastra di rame, ad un complesso sistema di tubi su cui circola, un fluido detto termovettore (aria, acqua, altro). É  chiaro che non essendoci per forza una coincidenza tra le ore di produzione delle radiazioni solari e quelle di consumo del fluido riscaldato, è necessario preservarne, in qualche modo, la temperatura. Esiste, a tal fine, un apposito contenitore volto alla conservazione del fluido termovettore prodotto di giorno, così che se ne possa garantire l’uso anche nelle ore notturne: il serbatoio d’accumulo. Ora, è possibile che il flusso riscaldato dal collettore sia lo stesso impiegato nel circuito finale d’utilizzo (si parlerà in tal caso di circuito aperto) o che questo venga, piuttosto, a  sua volta impiegato per riscaldare il fluido finale mediante un apparecchio detto scambiatore (circuiti chiusi). A seconda, poi, del modo in cui ha luogo la trasmissione del fluido dal collettore al serbatoio si distinguono due ulteriori tipi d’impianti solari termici: a circolazione naturale, che sfruttano il moto convettivo provocato dal riscaldamento, che induce il fluido a salire verso il serbatoio di accumulo; e a circolazione forzata, ove il passaggio al serbatoio sia garantito, invece, dall’impiego di una pompa di trasmissione.