L’energia geotermica è una fonte rinnovabile e disponibile in natura di energia. La parola deriva dal greco e significa “Calore della Terra” ed oggi è la scienza che, appunto, studia il calore contenuto nella terra e il suo trasferimento. Il fatto che questa energia arrivi dal sottosuolo fa sì che sia totalmente svincolata da fenomeni quali, ad esempio, il clima. Questo fenomeno genera molta energia e riesce a riscaldare il Pianeta, che assume temperature più o meno elevate a seconda della profondità e della composizione geologica.
L’energia geotermica è una soluzione sostenibile per la produzione di calore da utilizzare negli edifici per la climatizzazione e per la produzione di acqua calda sanitaria. È una scelta ecologica, ma anche molto conveniente. L’interesse verso questa soluzione, del resto, è decisamente in crescita, soprattutto alla luce della direzione presa dall’Europa, che prevede un futuro stop alla produzione di caldaie a gas e che orienta il mercato verso soluzioni green e alternative.
Storia e Sviluppo della Geotermia
La geotermia ha una storia lunga. Per la precisione, ci si trova a Lardarello, in provincia di Pisa, agli inizi del ‘900. Inizialmente si sfruttarono i vapori della terra, fuoriusciti a seguito di alcune perforazioni, come alternativa al carbone per il funzionamento delle macchine industriali, poi si realizzò un vero e proprio impianto per la produzione di energia elettrica.
Il potenziale, però è alto. Secondo l’Enel, l’Unione Geotermica Italiana stima di circa 6 terawattora di energia ricavata all’anno, con una potenza installata che supera di poco il gigwatt. Ciò significa che, nel 2018, non copriva nemmeno il 2% del consumo energetico nazionale e rappresentava circa il 5% di quello rinnovabile.
Come Funziona una Centrale Geotermica
Per sfruttare il calore naturalmente contenuto nel sottosuolo è necessario realizzare una centrale geotermica. Questi vapori, poi, sono convogliati verso una turbina, che viene così messa in moto, generando energia meccanica. Tramite un alternatore, poi, quest’ultima viene trasformata in energia elettrica.
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Di solito la geotermia si divide in bassa, media e alta entalpia, in base al criterio più comune di classificazione delle risorse geotermiche. L’alta entalpia, caratterizzata da temperature superiori ai 150 °C, è ideale per la produzione di energia geotermoelettrica. Oggi esistono diverse tipologie di centrali geotermiche, che sfruttano fluidi come il vapore e l’acqua.
Più interessante, a livello di sfruttamento per fini domestici, quella a bassa entalpia (tra 20 e 80 °C): anche in questo caso riguarda lo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico per riscaldare, prelevando calore in inverno, e raffrescare, cedendolo in estate.
Pompe di Calore Geotermiche: Come Funzionano
L’energia geotermica può essere utilizzata anche per la produzione di calore all’interno degli edifici, attraverso l’installazione di una pompa di calore geotermica. In ambito domestico si sfruttano impianti a bassa entalpia, utilizzando il sottosuolo come serbatoio termico per riscaldare gli edifici, prelevando calore in inverno, e raffrescarli, cedendolo in estate. Ciò è permesso da una pompa di calore geotermica, un sistema che prevede la predisposizione di sonde geotermiche nel terreno, ad essa collegate e generalmente realizzate in tubi di polietilene.
Lo scopo delle sonde è proprio quello di “raccogliere” il calore, grazie a un fluido termovettore che scorre al loro interno, come l’acqua glicolata. La Pompa di calore geotermica Vitocal 300-G di Viessmann utilizza il calore presente nel terreno e nell’acqua di falda. E’ adatta sia per le nuove costruzioni che negli interventi di riqualificazione di abitazioni mono- e bifamiliari. Possono svilupparsi in orizzontale o, scendendo anche a profondità di oltre 100 metri, anche in verticale. La loro installazione prevede l’utilizzo di apposite tecniche di carotaggio. La pompa di calore Hoval Thermalia estrae l’energia geotermica dal suolo e la trasforma in energia per il riscaldamento, il raffrescamento e la copertura del fabbisogno di acqua calda.
Tipologie di Pompe di Calore Geotermiche
Le pompe di calore geotermiche si suddividono in due principali tipologie, a seconda della fonte primaria di energia utilizzata:
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- Pompe di calore geotermiche terra-acqua: Questo tipo di pompe di calore trae la sua fonte di energia primaria dal calore presente nel terreno.
- Pompe di calore geotermiche acqua-acqua: Queste pompe di calore utilizzano come fonte di energia principale il calore contenuto nell'acqua di falda.
Quando la pompa di calore utilizza l'acqua come fonte primaria di energia, si configura come un sistema aperto. Tale sistema è composto da un pozzo di presa, che preleva l'acqua calda, e un pozzo di resa, attraverso il quale l'acqua fredda viene re-immessa.
Nel caso in cui la fonte primaria sia il terreno, si parla di sistema chiuso. In un sistema chiuso, non vi è prelievo diretto, ma solo uno scambio termico per conduzione tra le pareti delle tubazioni interrate e il fluido termoconvettore presente all'interno delle sonde.
Un sistema chiuso può assumere diverse configurazioni:
- Sonde verticali: In questa configurazione, vengono creati pozzi di diametro ridotto e profondità variabile, all'interno dei quali sono inserite sonde in polietilene ad alta densità (HDPE). Le sonde geotermiche verticali effettuano lo scambio termico lungo tutta la lunghezza della perforazione con il sottosuolo.
- Sonde orizzontali: Le tubazioni in polietilene ad alta densità (HDPE) sono collocate in scavi o trincee, scavate a una profondità massima di 2 metri. Questa tipologia di sistema richiede ampie superfici prive di costruzioni.
- Geostrutture: Questo sistema è impiegato quando è necessario aumentare la portanza strutturale del terreno.
Come Funziona una Pompa di Calore Geotermica
Il principio di funzionamento di una pompa di calore geotermica è essenzialmente analogo a quello di una qualsiasi pompa di calore. Una pompa di calore estrae calore da una sorgente esterna all’edificio e lo ottimizza per il riscaldamento interno. Nel caso specifico della pompa di calore geotermica, la fonte di calore proviene dalle acque sotterranee o direttamente dal terreno ad una certa profondità.
Questo processo avviene attraverso un sistema di tubazioni speciali, note come sonde geotermiche, che raggiungono profondità considerevoli. All’interno di queste tubazioni, una miscela di acqua e antigelo scorre con l’obiettivo di assorbire il calore ambientale. In sostanza, l’acqua scende nelle tubazioni fredda e ritorna in superficie riscaldata.
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Una volta raggiunta una temperatura sufficientemente elevata, l’acqua innesca il cambio di stato da liquido a gassoso di un liquido refrigerante speciale. Il vapore generato viene quindi compresso da un compressore alimentato ad energia elettrica o a gas con l’obiettivo di aumentare la pressione e provocare un repentino aumento della temperatura.
La temperatura risultante risulta sufficientemente alta da poter essere utilizzata per riscaldare l’acqua necessaria all’impianto di riscaldamento e per la produzione di acqua calda sanitaria.
Vantaggi e Svantaggi delle Pompe di Calore Geotermiche
I vantaggi assicurati da questa soluzione, come visto più in generale per l’energia geotermica, sono connessi proprio alla sostenibilità. Riscaldare casa con una pompa di calore geotermica significa ridurre le emissioni di CO2 connesse alla climatizzazione domestica, sfruttando una fonte energetica rinnovabile e gratuita. Inoltre, hanno un livello di efficienza molto elevato e a parità di livello di comfort interno, la quantità di energia consumata per raggiungerlo è davvero ridotta rispetto ad altre soluzioni. Questi impianti lavorano in modo ottimale durante tutto l’anno, assicurando riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria. Infine, la longevità e affidabilità delle pompe di calore, dovuta anche al fatto che la maggior parte dei componenti è nel terreno e protetta, le rende davvero interessanti.
I vantaggi dell’energia geotermica, come è semplice intuire, risiedono sicuramente nel suo essere rinnovabile e pulita, oltre che a disposizione in modo gratuito. L’energia geotermica, inoltre, assicura un’elevata produzione di energia elettrica, che non viene in alcun modo influenzata da fattori atmosferici come la temperatura o le stagioni, tanto da essere considerata una fonte energetica prevedibile e programmabile. Inoltre, non ci sono prodotti di scarto, in quanto il vapore viene trasformato in acqua pulita che può tranquillamente essere reimmessa nel terreno per un nuovo ciclo. Tutto ciò assicura efficienza e vantaggi economici interessanti.
Le pompe di calore geotermiche offrono una serie di vantaggi:
- Sfruttano il calore presente nel terreno o nelle falde acquifere nelle vicinanze dell’edificio per la produzione di calore.
- Garantiscono una prestazione costante durante tutto l’anno, poiché attingono da fonti di calore il cui livello di temperatura è sostanzialmente invariato indipendentemente dalle condizioni atmosferiche.
- Presentano un elevato coefficiente di prestazione che riduce significativamente il consumo energetico.
- Se integrata con un impianto fotovoltaico, la pompa di calore può diventare particolarmente vantaggiosa in quanto integra l’energia elettrica necessaria per il suo funzionamento che può essere autoprodotta attraverso la produzione di energia solare.
Ciononostante è importante sottolineare i numerosi vantaggi di scegliere una pompa di calore geotermica. Hanno valori di efficienza superiori del 20-30% rispetto alle pompe di calore ad aria e il loro impatto acustico è nettamente inferiore, in quanto non necessitano di grandi ventilatori. Le pompe di calore geotermiche offrono la possibilità di integrarsi in modo sinergico con altri sistemi rinnovabili come un impianto fotovoltaico. Questa combinazione strategica consente di conseguire una significativa riduzione dei consumi di energia elettrica, coinvolgendo sia la pompa di calore che i sistemi ausiliari di un'abitazione. Il risultato di tale sinergia si traduce in notevoli vantaggi economici, riflettendosi positivamente sui costi energetici riportati nella bolletta.
Il principale svantaggio di una pompa di calore è legato alla complessità dell’installazione, la quale contribuisce in modo significativo ad aumentare i costi complessivi del sistema. L’installazione delle sonde geotermiche richiede la perforazione del terreno e la realizzazione di pozzi profondi, spesso raggiungendo anche i 150 metri e raramente meno di 50 metri. Questo processo può richiedere l’ottenimento di autorizzazioni specifiche dal Comune, soprattutto se l’edificio è situato in un’area soggetta a vincoli urbanistici.
Quindi, gli svantaggi principali di una pompa di calore geotermica possono essere così riassunti:
- Installazione complessa: la procedura di installazione è complessa e richiede interventi invasivi nel terreno.
- Costo elevato: i costi complessivi sono significativamente più alti a causa della complessità dell’installazione.
- Pratiche burocratiche: spesso sono necessarie autorizzazioni e pratiche burocratiche, specialmente in aree soggette a regolamentazioni specifiche.
Costi e Incentivi
Il costo dipende dalla dimensione dell’edificio, dalla potenza richiesta e dalla tipologia di terreno. In media, per una casa di circa 100 m², un impianto geotermico può costare tra i 15.000 e i 25.000 euro. La voce di spesa più rilevante non è la pompa di calore in sé, ma la perforazione e la posa delle sonde. A queste cifre possono aggiungersi eventuali oneri autorizzativi e pratiche burocratiche.
Favorire l’efficientamento energetico degli edifici e la diffusione dell’energia rinnovabile è una priorità per il Governo, anche per garantire il raggiungimento dei target di sostenibilità fissati a livello europeo. Inoltre, agevolare gli investimenti privati rimane senza dubbio una strategia valida per favorire un reale cambiamento. Per questi motivi, ancor prima delle più stringenti e recenti normative, si era già iniziato a incentivare tutte quelle soluzioni che permettessero il recupero degli edifici esistenti. Ciò vale anche per le pompe di calore geotermiche, se installate in occasione di un intervento di riqualificazione energetica.
Fino alla fine del 2024, l’Ecobonus prevede una detrazione pari al 65% della spesa sostenuta per l’installazione dell’impianto, restituita sottoforma di detrazioni IRPEF in dieci quote annuali di uguale importo. Un’alternativa, poi, è il Conto Termico 2.0, gestito dal GSE, che incentiva interventi di riqualificazione energetica sostenuti da PA e privati. Tra le spese ammesse c’è anche la sostituzione dell’impianto di climatizzazione esistente con una pompa di calore, anche geotermica. In questo caso l’incentivo varia e viene calcolato tramite apposita formula, che considera la potenzialità dell’intervento e l’energia termica annua prodotta.
Nel primo caso si ottiene un vero e proprio contributo economico per l’acquisto e l’installazione, nel secondo caso di beneficia dell’agevolazione mediante le detrazioni fiscali.
Installazione e Manutenzione
Gli impianti a pompa di calore geotermica si adattano bene sia ad edifici residenziali sia a strutture pubbliche e commerciali. La soluzione è particolarmente indicata nelle nuove costruzioni, mentre negli edifici esistenti la fattibilità deve essere verificata con uno studio tecnico e geologico, per valutare tipologia del terreno, costi e benefici. In Italia la conformazione del territorio consente generalmente l’installazione, con prestazioni ottimali se il terreno è umido e sabbioso.
La manutenzione è contenuta e riguarda principalmente la verifica periodica della pompa di calore, il controllo dei circuiti idraulici ed elettrici, l’eventuale ricarica del fluido termovettore e le verifiche sul fluido refrigerante, secondo normativa.
Gli impianti geotermici sono noti per la loro lunga durata, che mediamente è di circa 20-25 anni, mentre le sonde geotermiche interrate possono durare 50 anni o più, dato che sono protette nel terreno e non subiscono l’usura tipica delle parti esposte.
Compatibilità con Altri Sistemi
Sì. Le pompe di calore geotermiche lavorano in maniera ottimale con impianti di riscaldamento a bassa temperatura, come i pannelli radianti a pavimento. Questa combinazione consente di sfruttare al meglio l’elevata efficienza della geotermia, garantendo un comfort uniforme negli ambienti e un significativo risparmio energetico.
In linea di principio sì, ma l’efficienza della pompa di calore geotermica è massima quando lavora con sistemi a bassa temperatura, come il riscaldamento a pavimento o a parete. I termosifoni tradizionali richiedono invece temperature più alte, che possono ridurre le prestazioni dell’impianto e allungare i tempi di ammortamento dell’investimento.
Tabella Riassuntiva: Costi e Risparmi Energetici
| Voce di Costo | Costo Stimato | Note |
|---|---|---|
| Impianto Geotermico (100 m²) | 15.000 - 25.000 € | Include pompa di calore, perforazione e posa delle sonde |
| Risparmio Energetico Annuo | 50% - 80% | Rispetto a caldaie a GPL o gasolio |
| Durata Pompa di Calore | 20-25 anni | |
| Durata Sonde Geotermiche | 50+ anni |