Le pompe di calore alimentate geotermicamente sono dispositivi dall’alto potenziale, rispetto ai possibili risparmi sui consumi di energia primaria e per la componente di energia da fonte rinnovabile che viene riconosciuta a tale tecnologia. Per rendere effettivi questi vantaggi occorre una progettazione dell’intero sistema di scambio termico tra la sorgente (il terreno) e la pompa di calore, che sia ottimizzata per mantenere elevati i valori del COP atteso ed evitare così un eccessivo e infausto sfruttamento della sorgente termica.

Gli scambiatori a terreno verticali sono solitamente realizzati con tubi a U o a doppia U con una superficie orizzontale di occupazione del campo geotermico generalmente limitata. Questo necessita di profondità di perforazione – sino a 100-150 metri – a volte difficili da raggiungere a causa della presenza di falde superficiali e dei costi elevati. Una soluzione alternativa è costituita da una conformazione elicoidale, avvolta attorno a un elemento diritto di discesa del fluido termovettore, con la struttura ad elica utilizzata per la risalita.

RSE ha svolto studi sulle geometrie alternative e sul confronto delle relative prestazioni tecno-economiche in raffronto con le geometrie più convenzionali. Il lavoro è stato svolto in stretta collaborazione con l’Università di Padova – con il gruppo coordinato da Angelo Zarrella e Michele De Carli – ateneo che vanta un’esperienza pluriennale nel settore.

I risultati delle ricerche sono stati recentemente pubblicati su Applied Energy nell’articolo: “Analysis of short helical and double U-tube borehole heat exchangers: A simulation-based comparison”, scritto da Antonio Capozza insieme ai collaboratori universitari,che ha ricevuto un alto fattore di impatto (IF=4,78).
Dagli studi effettuati emerge come caso tipico di PdC geotermica, quello di una villetta bifamiliare – localizzata in zona climatica di Venezia – con potenze di picco di riscaldamento e raffreddamento di 7 kW circa (rispettivamente) ed energie termiche e frigorifere annue di circa 7.000 kWh.

Per poter soddisfare tali esigenze energetiche occorre uno scambiatore a doppia U di lunghezza totale di circa 180 metri, ripartita ad esempio su due sonde profonde 90 metri. Tale lunghezza si può ridurre di oltre il 30 per cento utilizzando scambiatori di tipo elicoidale, a parità di prestazioni delle pompa di calore. La geometria elicoidale consente quindi una maggiore efficacia nello scambio termico, profondità di scavo assai più contenute – da 10 a 30 metri – e maggiore facilità di posa in opera.

Questo comporta un minore costo del campo sonde, a parità di potenza installata. Per contro, il campo geotermico richiede una maggiore superficie di occupazione orizzontale, necessaria per mantenere adeguatamente distanti le sonde e ridurre così i fenomeni di interazione tra le sonde e di deriva termica prodotta da un eccessivo sfruttamento termico del suolo.

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