Una pompa di calore geotermica (PdCG) è una macchina che permette di trasformare il calore prelevato dal sottosuolo o dall’acqua di falda in energia termica utilizzabile per la climatizzazione degli edifici e per la produzione di acqua calda sanitaria. Il tutto con un consumo contenuto di energia elettrica, e senza ricorrere allo sfruttamento di combustibili fossili.
Come Funziona una Pompa di Calore Geotermica
Le pompe di calore geotermiche valorizzano una “caratteristica intrinseca” del sottosuolo: oltre 8 metri circa di profondità dal piano campagna, la temperatura del terreno si mantiene costante tra i 10°C e i 14°C (immune dai fattori climatici e ambientali esterni). All’interno della PdC, uno scambiatore consente il trasferimento di calore dal fluido termovettore al circuito di evaporazione, dove il gas frigorifero contenuto evapora, passando poi al ciclo di compressione.
Inoltre, nel caso di utilizzo di impianti di distribuzione come il pavimento radiante, durante la stagione estiva è possibile invertire questo processo, trasferendo il calore interno dell’edificio al campo sonde, e dissipandolo poi nel sottosuolo.
La sostanziale differenza tra una caldaia tradizionale ed una pompa di calore è che, nella prima, il calore fornito è limitato dalla quantità e qualità di combustibile utilizzato, nella seconda invece non vi sono limiti di tale genere. Nelle caldaie il rapporto tra energia immessa (ad esempio metano) e l’ energia ottenuta in uscita (calore) è al massimo pari ad 1, nelle pompe di calore tale valore è generalmente superiore a 3. Le pompe di calore, dunque, rappresentano un’ottima soluzione efficiente per produrre calore a spese di un ciclo termodinamico efficace e consolidato.
Il trasferimento di calore da una sorgente fredda ad una più calda non è un processo naturale è quindi necessario fornire alla macchina una certa energia che le consenta di funzionare, il grande vantaggio di questa tecnologia è che permette di produrre più energia di quanta ne consuma.
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Tipologie di Impianti Geotermici
Le pompe di calore geotermiche consentono di valorizzare l’energia termica gratuita, pulita e rinnovabile derivante dal sottosuolo e dall’acqua di falda.
Sonde Verticali
La sonda verticale è il tipo di collettore geotermico più diffuso e affidabile, poiché sfrutta la temperatura del terreno che, ad una certa profondità, rimane costante per tutto l’anno, garantendo i migliori rendimenti, sia in inverno per riscaldare che in estate per raffrescare. Le perforazioni, profonde in media 100/150 m, hanno un diametro di circa 15 cm. Le sonde geotermiche sono composte da 2 o 4 tubi a U che scendono e risalgono in un circuito chiuso contenente un fluido termovettore. L’estensione del campo sonde varia in funzione del fabbisogno energetico e della resa termica del sottosuolo del sito interessato.
Sonde Orizzontali
Se è disponibile un’ampia area verde limitrofa all’edificio, si può valutare la soluzione a sonde orizzontali. Queste verranno posate ad una profondità limitata (ca. 1,5m), pertanto l’impianto risentirà inevitabilmente dell’oscillazione stagionale della temperatura del terreno.
Impianti Idrotermici
Gli impianti idrotermici utilizzano l’acqua di falda come fonte rinnovabile di energia termica, e come vettore termico primario. Sono quindi più diffusi nelle aree geografiche in cui sono presenti falde acquifere stabili e a profondità limitate. L’impianto idrotermico è vantaggioso in termini di efficienza, dato che oltre alla temperatura dell’acqua di falda che normalmente rimane costante tutto l’anno, i costi di realizzazione sono notevolmente ridotti, specie per impianti di medie o grandi dimensioni. Non è necessario infatti sostenere spese ingenti per un campo sonde di diverse centinaia di metri: è prevista invece la realizzazione di un pozzo di emungimento, tendenzialmente di profondità non superiore ai 30 m dal piano campagna.
Vantaggi delle Pompe di Calore Geotermiche
Le pompe di calore geotermiche offrono una serie di innegabili vantaggi sia dal punto di vista economico che a livello di sostenibilità ambientale.
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È importante evidenziare inoltre che gli impianti geotermici offrono un notevole risparmio energetico a lungo termine, al contrario degli impianti aerotermici che spesso prevedono maggiori costi di esercizio. Quest’ultima, al contrario è efficiente durante tutto l’anno grazie alla temperatura costante del suolo o dell’acqua di falda.
Le PdCG ad alta efficienza necessitano di poca energia elettrica per il loro funzionamento. Il fabbisogno di una pompa di calore geotermica NIBE, ad esempio, non supera mai il 25% del totale dell’energia necessaria per alimentare l’intero edificio. L’integrazione tra un impianto fotovoltaico e uno a pompa di calore rappresenta “l’accoppiata vincente” in termini di sostenibilità ed efficienza. L’abbinamento tra i due sistemi crea un circolo virtuoso che permetterà di portare l’edificio ad un passo dall’autosufficienza energetica.
Le pompe di calore possono essere utilizzate l’inverno per riscaldare gli ambienti ma anche l’estate per raffrescarli.
Efficienza Energetica: COP e EER
Il COP, nel caso si tratti di riscaldamento invernale, o l’EER nel caso di raffrescamento estivo, indicano l’efficienza del processo; definiscono quanta energia si è prodotta rispetto a quella consumata. I valori di COP e EER sono simili, ma non uguali. La differenza tra i due è la quota parte di calore generata dal compressore che, in estate viene dissipata e quindi non conteggiata nell’EER, mentre in inverno viene considerata come apporto termico al condensatore e quindi inserita nel calcolo del COP.
Per quanto riguarda le PdC ad assorbimento, il medesimo concetto è rappresentato dal GUE - Gas Utilizazion Efficiency. Sia il COP che il GUE sono dati dal rapporto tra l’energia erogata dalla pompa di calore e l’energia utilizzata dalla pompa per svolgere il lavoro.
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Tra questi due parametri molto simili sussiste una differenza importante: il COP, infatti, considera come energia in ingresso l’elettricità che non è una fonte primaria, mentre il GUE considera il gas che invece è una fonte primaria. Alla base di questa differenza vi è dunque una rilevante considerazione da fare: per poter confrontare questi due parametri bisogna riportare il COP in termini di energia primaria dividendo dunque il consumo elettrico del compressore per il rendimento del sistema nazionale di generazione pari a 0,4 (è un valore relativo alla generazione di energia elettrica stabilito a livello europeo - regolamenti n° 811/2013 e 813/2013 ).
Le prestazioni delle PdC sono influenzate dalle condizioni operative di utilizzo dell’impianto (temperatura della sorgente fredda e del pozzo caldo) quindi durante l’intera stagione di funzionamento la loro efficienza non è costante. Innanzitutto, è opportuno sottolineare come il nostro Paese, grazie al suo clima, offra un ambiente utile allo sviluppo di questa tecnologia in quanto ne garantisce un rendimento elevato.
Svantaggi e Considerazioni
Impatto sulla temperatura del terreno, a fronte di un protratto prelievo di energia termica.
Dal momento che ogni impianto viene studiato su misura, non esiste un tariffario valido in assoluto.Un approccio professionale richiede, innanzitutto, un confronto diretto con il cliente interessato per definire il quadro della situazione. In seguito si esegue un sopralluogo per un’analisi ancora più attendibile e approfondita del contesto e delle esigenze.
La qualità gioca un ruolo fondamentale nella scelta del partner a cui affidarsi per la progettazione e l’installazione di un sistema geotermico a pompa di calore.