Progetto SIMEA - Automatica - Università degli Studi di Padova

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SIMEA Stato dell’arte energetica degli edifici 5.6. La geotermia 5.6.1. Introduzione 222 Doc.No 20100610.SIMEA.MR.03 Versione 1 L'energia geotermica è una forma di energia che utilizza le sorgenti di calore, che provengono dalle zone più interne della Terra, nel sottosuolo. Le temperature del globo sono crescenti man mano che si scende in profondità, in media ogni 100 metri la temperatura delle rocce aumenta di +3 °C (quindi 30 °C al Km e 300 °C a 10 Km). In alcune particolari zone si possono presentare condizioni in cui la temperatura del sottosuolo è leggermente più alta della media, un fenomeno causato dai fenomeni vulcanici o tettonici. In queste zone "calde" l'energia può essere facilmente recuperata mediante la geotermia. Esistono due "geotermie". Quella “ad alta entalpia”, relativa allo sfruttamento di sorgenti di calore che provengono dalle zone più interne della Terra, e quella a "bassa entalpia", relativa allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico. 5.6.2. Come funziona La suddivisione tra geotermia ad alta e a bassa entalpia (o ad alta e bassa temperatura) è nel principio che viene sfruttato completamente diverso (vedi Fig. 5.6.1). Fig. 5.6.1 Rappresentazione dell’utilizzo dell’energia geotermica: in ordine, geotermia ad alta entalpia e geotermia a bassa entalpia. 5.6.2.1. Geotermia ad alta entalpia • Principio: sfrutta direttamente il calore che proviene dagli strati del sottosuolo quindi è naturalmente legata a quei territori dove vi sono fenomeni geotermici • Utilizzo: il vapore si invia ad una turbina che produce direttamente energia elettrica e il resto si utilizza per il riscaldamento per gli usi residenziali ed industriali • Modalità di sfruttamento: vedi Fig. 5.6.2 o vapore saturo secco: il vapore uscente dal sottosuolo si invia ad una turbina che produce direttamente energia elettrica o miscela liquido-vapore: dalla miscela viene spillato il solo vapore che viene inviato in turbina mentre il liquido viene iniettato nuovamente nel sottosuolo
SIMEA Stato dell’arte energetica degli edifici 223 Doc.No 20100610.SIMEA.MR.03 Versione 1 o ciclo binario: con uno scambiatore di calore il liquido ad alta temperatura si raffredda a spese del fluido che espande in turbina • Siti importanti in Italia: la Toscana con Larderello, il Lazio, la Sardegna, la Sicilia e alcune zone del Veneto, dell'Emilia Romagna e della Lombardia Fig. 5.6.2 Rappresentazione delle diverse modalità di sfruttamento dell’entalpia a bassa temperatura: vapore saturo secco, miscela liquido-vapore e ciclo binario. 5.6.2.2. Geotermia a bassa entalpia In questo paragrafo si descrive in modo riassuntivo la geotermia a bassa entalpia in quanto, essendo quella considerata nello stato dell’arte, verrà studiata nel dettaglio in seguito. • Principio: sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale e al quale cederne durante la stagione estiva • Utilizzo: la pompa di calore fa avvenire uno spostamento di calore tra l’esterno (cioè l’ambiente che si deve climatizzare) e il sottosuolo • Siti: qualsiasi edificio, in qualsiasi luogo della terra 5.6.3. Le sonde geotermiche Le sonde geotermiche sono la parte principale dell’impianto. Corrispondono ad uno scambiatore che scambia calore tra il fluido che scorre al loro interno e il terreno, come mostrato in Fig. 5.6.3. 5.6.3.1. Tipi di circuito Le sonde geotermiche sono divise in primis in relazione al tipo di circuito in cui scorre il fluido primario: • circuito chiuso, il fluido frigorigeno che scorre all’interno delle sonde è lo stesso che circola all’interno del circuito; • circuito aperto, il fluido frigorigeno viene pescato da una falda, utilizzato dalla pompa di calore e poi inviato nuovamente al terreno. 5.6.3.2. Tipo di installazione Le sonde geotermiche sono semplicemente delle tubazioni dentro le quali viene fatto scorrere un fluido che scambia calore, ma in basa al tipo di terreno o all’utilizzo che se ne vuole fare, le stesse sonde possono essere installate diversamente. • Sonde verticali: o area occupata: limitata o costo: elevato o efficienza: ottima, media di 45W/m e al max di 70W/m o perforazioni: profondità 50-350m e diametro 10-15cm
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