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aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
Tecnica<br />
Pompe di Calore 63<br />
di G. Colangelo, D. Romano, A. de Risi, G. Starace, D. <strong>La</strong>forgia<br />
Un tool <strong>in</strong> Matlab-Simul<strong>in</strong>k<br />
per la simulazione di pompe di calore geotermiche<br />
Le pompe di calore geotermiche hanno avuto <strong>in</strong> Italia nell’ultimo decennio sviluppo e diffusione grazie soprattutto al fatto che consentono<br />
consistenti risparmi energetici quando utilizzate per soddisfare il fabbisogno di climatizzazione estiva e <strong>in</strong>vernale degli edifici. In questo lavoro<br />
vengono analizzati i diversi modelli matematici presenti <strong>in</strong> letteratura per il calcolo delle prestazioni delle pompe di calore dotate di scambiatori<br />
orizzontali e verticali e per le relative metodologie di dimensionamento semplificate. A seguito dei risultati di questa analisi è stato concepito<br />
e implementato un modello matematico <strong>in</strong> ambiente Matlab-Simul<strong>in</strong>k che <strong>in</strong>tegra le metodologie per la progettazione dei sistemi geotermici<br />
verticali e orizzontali e valuta le potenze termiche scambiate con il terreno correggendo i valori tabellari di riferimento e largamente <strong>in</strong> uso<br />
nella progettazione semplificata degli impianti di piccola taglia, <strong>in</strong> funzione delle particolari condizioni operative. Il modello è tarato con il<br />
riferimento a risultati sperimentali e ai valori <strong>in</strong> uscita dalle procedure di calcolo del software RETScreen.<br />
A MATLAB-SIMULINK TOOL FOR GROUND SOURCE HEAT PUMPS SIMULATION<br />
In the last decade <strong>in</strong> Italy the ground source heat pumps started to be widely <strong>in</strong>stalled thanks to the substantial energy sav<strong>in</strong>gs they offer to meet the<br />
needs of both w<strong>in</strong>ter and summer build<strong>in</strong>g loads. In this paper, the different mathematical models available <strong>in</strong> the technical literature together with<br />
the related simplified siz<strong>in</strong>g methodologies were applied to calculate the performance of heat pumps equipped both with horizontal and vertical<br />
ground heat exchangers. A mathematical model was then implemented <strong>in</strong> Matlab-Simul<strong>in</strong>k, that <strong>in</strong>tegrates the methodologies for the design of vertical<br />
and horizontal geothermal systems and evaluates the heat transferred to and from the ground by correct<strong>in</strong>g, depend<strong>in</strong>g on the particular operat<strong>in</strong>g<br />
conditions, the reference values of the tables widely <strong>in</strong> use <strong>in</strong> the simplified design of small size systems. The model was calibrated with reference to<br />
available experimental results and to the output of RETScreen calculations.<br />
<strong>La</strong> pompa di calore geotermica (GSHP, Ground Source<br />
Heat Pump o GHP Geothermal Heat Pump) è una macch<strong>in</strong>a<br />
frigorifera utilizzata per il condizionamento degli<br />
ambienti e per il riscaldamento di acqua per uso sanitario<br />
ed è riconosciuta a livello mondiale per i suoi vantaggi<br />
energetici e funzionali [1]. I vantaggi delle pompe di calore<br />
geotermiche rispetto alle soluzioni tradizionali possono<br />
essere così <strong>in</strong>dividuati:<br />
--costi elettrici e di esercizio dim<strong>in</strong>uiti [2];<br />
--ridottissime emissioni di gas serra [3];<br />
--affidabilità elevata e conseguente scarsa necessità di<br />
<strong>in</strong>terventi di manutenzione;<br />
--bassi costi relativi all’<strong>in</strong>tero ciclo di vita della macch<strong>in</strong>a<br />
frigorifera;<br />
--facile approccio modulare; ciò facilita la suddivisione <strong>in</strong><br />
zone termiche degli edifici e il relativo controllo climatico<br />
sia <strong>in</strong> <strong>in</strong>verno sia <strong>in</strong> estate, consente di raggiungere<br />
migliori condizioni di comfort e migliora le efficienze<br />
dell’unità frigorifera [4];<br />
--riduzione dei volumi tecnici per la compattezza dell’unità<br />
frigorifera;<br />
--possibilità di un impianto unico per il condizionamento<br />
dell’edificio sia <strong>in</strong> <strong>in</strong>verno, sia <strong>in</strong> estate [5].<br />
<strong>La</strong> caratteristica fondamentale di utilizzare il terreno come<br />
serbatoio termico è la stabilità della sua temperatura durante<br />
l’anno negli strati più profondi di 10 m. <strong>La</strong> variazione<br />
della temperatura del suolo con la profondità è il risultato<br />
dell’<strong>in</strong>terazione termica nel tempo tra terreno, aria ambiente<br />
e sole [6]. L’equazione (1) consente di calcolare la<br />
temperatura <strong>in</strong>disturbata del terreno <strong>in</strong> funzione del tempo<br />
e della profondità:<br />
dove<br />
<strong>La</strong> quasi totalità dei metodi disponibili <strong>in</strong> letteratura per il<br />
dimensionamento delle sonde geotermiche si basa sulle<br />
(1)<br />
Prof. G. Colangelo, <strong>in</strong>g. D. Romano, prof. A. de Risi, prof. G. Starace, prof. D. <strong>La</strong>forgia,<br />
CREA (Centro Ricerca Energia ed Ambiente), Università del Salento, Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Lecce.
Tecnica<br />
64 Pompe di Calore<br />
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
NOMENCLATURA<br />
a semiampiezza della massima differenza di temperature sulla superficie del terreno [°C]<br />
t m<br />
q a<br />
q lc<br />
, q lh<br />
t g<br />
t p<br />
tempo necessario a raggiungere la massima temperatura di superficie [giorni]<br />
flusso termico scambiato con il sottosuolo <strong>in</strong> un anno [W]<br />
carichi di progetto (di picco) necessari per raffrescare (q lc<br />
0) [W]<br />
temperatura del sottosuolo non <strong>in</strong>fluenzato dalla presenza della sonda [K]<br />
temperatura di penalizzazione (>0 <strong>in</strong> <strong>in</strong>verno (pedice h) e
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
Tecnica<br />
Pompe di Calore 65<br />
--Modello di Muraya<br />
--Modello di Shonder e Beck<br />
--Metodo ASHRAE<br />
--Metodo IGSHPA<br />
Metodo di Ingersoll [7]<br />
Il metodo di Ingersoll, sviluppato nel 1954, si basa sulla<br />
soluzione dell’equazione generale della conduzione <strong>in</strong> coord<strong>in</strong>ate<br />
cil<strong>in</strong>driche. Il calcolo della resistenza equivalente<br />
del terreno deriva dalla soluzione presentata da Carslaw<br />
e Jaeger [8]. Si utilizza il numero di Fourier che mette <strong>in</strong><br />
relazione il tempo nel quale avviene lo scambio termico con<br />
il diametro esterno della sonda e la diffusività del terreno.<br />
Il sistema scambiatore a terreno è soggetto a tre impulsi di<br />
flusso termico (heat pulse), relativi ai seguenti periodi di<br />
tempo: 10 anni (q a<br />
), 1 mese (q m<br />
) e 6 ore (q d<br />
). Le resistenze<br />
per unità di lunghezza sono funzione degli impulsi di flusso<br />
termico e della conducibilità termica del sottosuolo λ. Nel<br />
caso <strong>in</strong> cui ci sia un campo di sonde geotermiche, occorre<br />
tener conto dell’effetto di penalizzazione dovuto alla reciproca<br />
<strong>in</strong>terferenza tra le sonde. A questi f<strong>in</strong>i viene utilizzata<br />
una funzione I(X), basata sul parametro X a sua volta<br />
funzione della distanza tra le sonde e della diffusività del<br />
terreno. Questo metodo non comporta errori significativi sul<br />
medio e lungo periodo di <strong>in</strong>dag<strong>in</strong>e, ma non è soddisfacente<br />
nel breve periodo.<br />
Modello di Eskilson [9]<br />
Il modello di Eskilson determ<strong>in</strong>a la temperatura <strong>in</strong> un campo<br />
di sonde utilizzando le g-functions (parametri adimensionali).<br />
Facendo uso di un modello bidimensionale radiale e<br />
assiale, realizza un modello alle differenze f<strong>in</strong>ite utile a determ<strong>in</strong>are<br />
la risposta della sonda geotermica. <strong>La</strong> resistenza<br />
del materiale di riempimento e dei tubi che costituiscono la<br />
sonda devono essere calcolati e <strong>in</strong>trodotti nel modello. Nota<br />
la risposta termica della s<strong>in</strong>gola sonda e nota la disposizione<br />
spaziale delle sonde, il metodo determ<strong>in</strong>a la risposta<br />
termica del campo di sonde <strong>in</strong> esame e, qu<strong>in</strong>di, il valore<br />
della g-function. Il modello permette di calcolare anche il<br />
calore scambiato e i profili di temperatura nello spazio e<br />
nel tempo. Come il precedente, il metodo di Eskilson non dà<br />
<strong>in</strong>dicazioni sul breve periodo. Un’evoluzione ad opera di<br />
Yavuzturk [10] simula la risposta sui brevi periodi.<br />
Tra la sezione locale e quella lontana si crea un gradiente<br />
termico: la prima scambia e accumula calore, la seconda<br />
scambia e disperde senza accumulo. Il modello numerico<br />
è alle differenze f<strong>in</strong>ite, radiale e assiale e risulta particolarmente<br />
adatto per un’<strong>in</strong>dag<strong>in</strong>e sul breve periodo.<br />
Modello di Mei ed Emerson [12]<br />
Sviluppato nel 1985, è un modello numerico adatto a sonde<br />
orizzontali a spirale e a descrivere lo scambio termico <strong>in</strong><br />
presenza di terreno gelato. Utilizza uno schema alle differenze<br />
f<strong>in</strong>ite per risolvere le tre equazioni della conduzione<br />
radiale attraverso il tubo, nella regione gelata e nella zona<br />
più lontana non gelata.<br />
Modello di Muraya [13]<br />
Sviluppato nel 1996, utilizzando un modello agli elementi<br />
f<strong>in</strong>iti, valuta l’<strong>in</strong>terferenza termica tra gli scambiatori verticali<br />
ad U (U-tube) a partire dalle proprietà del terreno,<br />
del materiale di riempimento, dalla geometria della sonda,<br />
dalla disposizione della griglia di sonde, dalla temperatura<br />
del fluido termovettore e da quella del terreno <strong>in</strong>disturbato.<br />
Modello di Shonder e Beck [14]<br />
Sviluppato nel 1999, è un modello monodimensionale che<br />
rappresenta le sonde verticali ad U come un unico tubo, di<br />
diametro equivalente, avvolto <strong>in</strong> un riempimento di un dato<br />
spessore, che tiene conto della resistenza e della capacità<br />
termica della sonda. Calcola i flussi termici attraverso le<br />
varie superfici ponendo le condizioni al contorno <strong>in</strong> senso<br />
radiale (terreno <strong>in</strong>disturbato) e legandole alle varie sezioni<br />
cil<strong>in</strong>driche con le condizioni al contorno <strong>in</strong> senso assiale.<br />
Questo metodo è utile a calcolare le proprietà termiche del<br />
sottosuolo.<br />
Il metodo ASHRAE [15]<br />
Il metodo ASHRAE prevede una procedura di calcolo che<br />
utilizza il metodo sviluppato da Ingersoll nel 1954 e ripreso<br />
da Kavanaugh e Rafferty nel 1997 (equazioni (3) e (4))<br />
(3)<br />
Modello di Hellstrom [11]<br />
Sviluppato nel 1991, <strong>in</strong>tende valutare l’accumulo stagionale<br />
dell’energia termica nella sezione di terreno circostante<br />
la sonda. Il modello suddivide il volume di terreno <strong>in</strong> due<br />
regioni: una prossima alla sonda, l’altra più lontana. Il<br />
modello matematico del volume di terreno immediatamente<br />
circostante alla sonda esprime la differenza di temperatura<br />
tra fluido termovettore e terreno <strong>in</strong> funzione del flusso termico<br />
(scambiato o accumulato) e della resistenza del suolo.<br />
Esso riguarda soprattutto la risposta sul breve periodo.<br />
dove i pedici “c” e “h” <strong>in</strong>dicano il funzionamento estivo<br />
(cool<strong>in</strong>g) ed <strong>in</strong>vernale (heat<strong>in</strong>g).<br />
<strong>La</strong> resistenza termica per unità di lunghezza fra fluido e<br />
terreno <strong>in</strong> corrispondenza della superficie esterna della son-<br />
(4)
Tecnica<br />
66 Pompe di Calore<br />
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
da, (R b<br />
) è assunta costante rispetto alla resistenza termica<br />
del terreno, poiché il fluido termovettore, le tubazioni e il<br />
materiale di riempimento hanno un’<strong>in</strong>erzia termica molto<br />
piccola rispetto al terreno circostante.<br />
I term<strong>in</strong>i R ga<br />
, R gm<br />
, R gd<br />
corrispondono al valore che assume<br />
la resistenza del terreno durante alcuni momenti particolari<br />
del funzionamento del sistema: quando è stata raggiunta<br />
una certa stabilità nello scambio termico netto (uno o più<br />
anni) per il term<strong>in</strong>e R ga<br />
; <strong>in</strong> corrispondenza dello scambio<br />
medio che si verifica nel mese di progetto (R gm<br />
); al verificarsi<br />
un picco nelle ore di progetto (R gd<br />
). Esistono alcune possibili<br />
varianti a tale metodo, basate sul diverso modo di stimare<br />
movimenti d’acqua nel sottosuolo, che sono <strong>in</strong> grado di<br />
asportare o apportare calore al terreno nei pressi della sonda:<br />
è possibile trascurare l’accumulo termico annuo dovuto<br />
al term<strong>in</strong>e q a<br />
R ga<br />
semplificando tali equazioni.<br />
Il metodo IGSHPA [16]<br />
È costruito sulle basi della teoria della sorgente l<strong>in</strong>eare. Si<br />
calcola la resistenza termica del terreno <strong>in</strong> funzione della<br />
geometria dello scambiatore e della diffusività e conduttività<br />
del terreno. Tiene conto della sovrapposizione delle<br />
resistenze termiche degli scambiatori vic<strong>in</strong>i sommando tale<br />
contributo alla resistenza di uno scambiatore s<strong>in</strong>golo di<br />
raggio equivalente e del carico parziale estivo o <strong>in</strong>vernale<br />
dell’impianto rispetto alle ore totali di funzionamento <strong>in</strong> quei<br />
mesi. Il metodo def<strong>in</strong>isce la lunghezza L come la massima<br />
tra quella <strong>in</strong> raffrescamento e <strong>in</strong> quella estiva (5 e 6) e rappresenta<br />
negli USA un punto di riferimento per il calcolo<br />
degli impianti residenziali.<br />
<strong>La</strong> maggior parte dei modelli presenti <strong>in</strong> letteratura è stata<br />
pensata per rappresentare lo scambio termico tra la sonda<br />
geotermica e il terreno alternativamente per la configurazione<br />
verticale o orizzontale. Il modello matematico implementato<br />
nel codice “MoGe”, descritto <strong>in</strong> questo lavoro, si<br />
propone di <strong>in</strong>tegrare le metodologie per la progettazione<br />
dei sistemi geotermici verticali e orizzontali e <strong>in</strong>tende valutare,<br />
<strong>in</strong> funzione delle particolari condizioni operative, la<br />
potenza specifica scambiata, correggendo i valori tabellari<br />
di riferimento, che sono largamente <strong>in</strong> uso nella progettazione<br />
semplificata degli impianti di piccola taglia. Partendo<br />
dalla relazione di scambio termico <strong>in</strong> regime stazionario, la<br />
(5)<br />
(6)<br />
potenza specifica scambiata con il terreno è funzione della<br />
differenza di temperatura tra fluido termovettore e terreno,<br />
della configurazione della sonda e della natura del materiale<br />
di riempimento, della presenza di <strong>in</strong>stallazioni vic<strong>in</strong>e<br />
e delle ore equivalenti di funzionamento dell’impianto,<br />
avendo così una stima nel tempo della potenza ceduta (o<br />
sottratta) all’ambiente e dei consumi elettrici.<br />
Descrizione del modello matematico e<br />
simulazione numerica<br />
Il modello sviluppato prevede il comportamento energetico<br />
delle macch<strong>in</strong>e geotermiche <strong>in</strong> term<strong>in</strong>i di capacità dell’impianto<br />
e di consumi elettrici. L’opportunità di un nuovo<br />
modello nasce dalla necessità di sviluppare modelli di<br />
analisi energetica <strong>in</strong> cui un mix di soluzioni tecnologiche<br />
consenta di ottimizzare l’<strong>in</strong>terazione tra consumo e generazione<br />
locale dell’energia. Questo può avvenire attraverso<br />
lo sviluppo di ambienti semplificati di calcolo e tramite la<br />
progettazione ottimale del sistema edificio-impianto con le<br />
tecnologie <strong>in</strong>dividuate. L’idea è, qu<strong>in</strong>di, quella di un modello<br />
capace di <strong>in</strong>tegrarsi e dialogare con altri moduli al f<strong>in</strong>e di<br />
simulare l’esercizio di fonti energetiche funzionanti <strong>in</strong> generazione<br />
distribuita al servizio di utenze reali (edifici) e con<br />
condizioni tariffarie, fiscali e normative reali. Il progettista<br />
può qu<strong>in</strong>di valutare l’<strong>in</strong>tegrazione di più tecnologie ad<br />
alta efficienza energetica <strong>in</strong> funzione delle caratteristiche<br />
climatiche del sito e delle richieste del contesto territoriale,<br />
<strong>in</strong> modo da aumentarne la sostenibilità e la competitività. In<br />
particolare, nell’ambito della progettazione geotermica <strong>in</strong><br />
ambienti semplificati di calcolo, si vogliono superare i limiti<br />
che consentono di utilizzare i suddetti modelli con sufficiente<br />
accuratezza solo negli stadi di pre-fattibilità e fattibilità di<br />
un progetto permettendo all’utente di aggiornare il database<br />
delle caratteristiche termiche del terreno <strong>in</strong> cui è effettuata<br />
la perforazione, scegliere il tipo di configurazione di sonda<br />
e relativo materiale di riempimento, scegliere la tipologia di<br />
impianto presente sul lato unità abitativa.<br />
Il modello matematico è stato sviluppato <strong>in</strong> ambiente Matlab/Simul<strong>in</strong>k<br />
per sfruttare le caratteristiche tipiche di questo<br />
ambiente di simulazione di modularità e flessibilità nell’implementazione<br />
matematica e nelle funzioni I/O.<br />
Il modello matematico è quello basato sulla soluzione dell’equazione<br />
del trasferimento di calore tra un cil<strong>in</strong>dro <strong>in</strong>terrato<br />
e l’ambiente circostante. Il metodo proposto è basato<br />
sull’equazione sviluppata e valutata da Carlslaw e Jaeger<br />
e sulla normativa VDI 4640 [17], che consente di poter<br />
applicare metodologie semplificate sia per il calcolo, sia per<br />
la determ<strong>in</strong>azione delle proprietà del terreno. In particolare<br />
ci si riferisce a valori tabellati che riportano proprietà medie<br />
per tipo di sottosuolo, potenza specifica di estrazione e<br />
nomogrammi, nonché su algoritmi di calcolo semplificati.<br />
L’utilizzo del metodo semplificato è possibile quando la<br />
potenza termica utile dell’impianto è al di sotto dei 30 kW
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
Pompe di Calore<br />
Tecnica<br />
I<br />
nom<strong>in</strong>ali. Il modello matematico per la previsione delle prestazioni<br />
di piccoli impianti si basa sui seguenti elementi [18]:<br />
--def<strong>in</strong>izione della potenza nom<strong>in</strong>ale dell’impianto <strong>in</strong> base<br />
al fabbisogno termico e frigorifero;<br />
--determ<strong>in</strong>azione delle ore di funzionamento equivalenti<br />
dell’impianto;<br />
--determ<strong>in</strong>azione della temperatura del terreno;<br />
--caratteristiche della sonda geotermica;<br />
--scelta della pompa di calore e COP relativo alle condizioni<br />
di lavoro;<br />
--def<strong>in</strong>izione della potenza specifica di estrazione P ter<br />
.<br />
Il valore della resistenza termica equivalente R b<br />
rappresenta<br />
un term<strong>in</strong>e molto significativo poiché, <strong>in</strong> via semplificata,<br />
permette di determ<strong>in</strong>are la relazione fra la temperatura del<br />
terreno nell’<strong>in</strong>torno dello scambiatore e la temperatura del<br />
fluido termovettore. A ogni configurazione e relativo riempimento<br />
è associato un dato valore di R b<br />
(Tabella I). Se T f<br />
è la<br />
temperatura media del fluido, T b<br />
la temperatura del terreno<br />
nell’<strong>in</strong>torno del pozzo, la potenza specifica scambiata P ter<br />
è data dall’equazione (2).<br />
Nel caso si utilizz<strong>in</strong>o sonde orizzontali, le condizioni al<br />
contorno sono molto diverse rispetto a quelle di un sistema<br />
a sonde verticali, poiché la limitata profondità comporta<br />
temperature del terreno che risentono delle oscillazioni della<br />
temperatura dell’aria esterna.<br />
Per le soluzioni a sbancamento, storicamente, le valutazioni<br />
vengono fatte <strong>in</strong> term<strong>in</strong>i di superficie, con P ter<br />
espressa <strong>in</strong><br />
potenza al metro quadro di superficie occupata [W/m2]<br />
oppure ci si riferisce alla lunghezza di tr<strong>in</strong>cea e <strong>in</strong> tal caso<br />
si esprime, qu<strong>in</strong>di, <strong>in</strong> potenza al metro di tr<strong>in</strong>cea [W/m].<br />
<strong>La</strong> simulazione rappresenta l’ultima fase del processo di<br />
risoluzione numerica del problema e prevede l’implementazione<br />
del modello matematico proposto nello schema di<br />
calcolo.<br />
In Figura 1 è rappresentato il diagramma di flusso dell’algoritmo<br />
di calcolo del codice “MoGe”.<br />
(8)<br />
(8 ’ )<br />
TABELLA 1 - Valori di R b<br />
per sonde coassiali al<br />
variare del materiale di riempimento e della<br />
configurazione[18]<br />
Il valore della potenza termica specifica scambiata è <strong>in</strong>dividuato<br />
<strong>in</strong> funzione dell’eventuale presenza di <strong>in</strong>stallazioni<br />
vic<strong>in</strong>e e del numero di ore equivalenti di funzionamento<br />
dell’impianto. Questo ultimo dato è <strong>in</strong>dice dell’energia<br />
scambiata annualmente dal terreno e <strong>in</strong>fluenza, qu<strong>in</strong>di,<br />
l’aspetto di lungo periodo.<br />
Note la potenza termica specifica scambiata e le caratteristiche<br />
del pozzo geotermico, è possibile calcolare la<br />
potenza scambiata a terreno per tutto lo scambiatore (7):<br />
<strong>La</strong> potenza termica ceduta (o assorbita) dall’unità abitativa<br />
è funzione del COP, <strong>in</strong> maniera diversa a seconda che si<br />
stia simulando nella stagione <strong>in</strong>vernale o estiva (8 e 8’):<br />
(7)<br />
FIGURA 1 - Diagramma di flusso “MoGe”<br />
Il codice “Modello geotermico MoGe” consta di due sottomodelli:<br />
il “Modello geotermico verticale - MoGeVer” e il<br />
“Modello geotermico orizzontale - MoGeOr”.<br />
Il modello “Modello geotermico verticale - MoGeVer” riceve<br />
<strong>in</strong>put riguardo a:
Tecnica<br />
II<br />
Pompe di Calore<br />
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
• Fabbisogno <strong>in</strong>vernale ed estivo<br />
Il percorso seguito nell’algoritmo di calcolo sarà diverso a<br />
seconda che ci si trovi <strong>in</strong> un caso o nell’altro.<br />
• Def<strong>in</strong>izione dei livelli termici d’impianto<br />
<strong>La</strong> scelta della tipologia di impianto da utilizzare consente<br />
di fissare la temperatura di mandata dalla pompa di calore<br />
lato unità abitativa (es. ventilconvettori o fan coil, nel caso<br />
di riscaldamento).<br />
• Ore equivalenti di funzionamento dell’impianto<br />
È <strong>in</strong>dice dell’energia scambiata annualmente con il terreno<br />
ed <strong>in</strong>fluenza, qu<strong>in</strong>di, l’aspetto di lungo periodo e la Pter;<br />
tiene conto del fatto che quello geotermico sia o non sia<br />
l’unico impianto energetico a servizio dell’unità abitativa:<br />
--per un impianto geotermico accoppiato a caldaia e collettore<br />
solare il valore è stimato <strong>in</strong> 1.000 ore/anno;<br />
--per un impianto geotermico accoppiato a collettore solare<br />
il valore è stimato <strong>in</strong> 2.400 ore/anno;<br />
--per un impianto geotermico il valore è stimato <strong>in</strong> più di<br />
2.400 ore/anno.<br />
• Temperatura media terreno - tipologia terreno<br />
Una delle caratteristiche più importanti del terreno <strong>in</strong>teso<br />
come sorgente/pozzo di calore è il valore della temperatura<br />
del terreno <strong>in</strong>disturbato, cioè non <strong>in</strong>fluenzato dall’impianto<br />
che risulta pari alla media annua della temperatura<br />
dell’aria esterna ed è, qu<strong>in</strong>di, strettamente connessa alla<br />
località. In def<strong>in</strong>itiva, conoscendo la località risulta fissata<br />
la temperatura media del terreno <strong>in</strong>disturbato.<br />
• Sonda<br />
Una valutazione dell’energia scambiata col terreno non<br />
può presc<strong>in</strong>dere dalle seguenti caratteristiche delle sonde<br />
geotermiche:<br />
a. lunghezza;<br />
b. numero;<br />
c. tipologia e riempimento;<br />
d. eventuale presenza di <strong>in</strong>stallazioni <strong>in</strong>dipendenti vic<strong>in</strong>e.<br />
È pratica comune dimensionare le sonde <strong>in</strong> modo che la differenza<br />
di temperatura fra mandata e ritorno della pompa<br />
di calore (ΔT pdc<br />
) sia pari a circa 4°C, come evidenziato dal<br />
tipico andamento delle temperature del fluido termovettore<br />
che circola nella sonda geotermica che risulta da una prova<br />
GRT [6, 15].<br />
Il valore della temperatura lato unità abitativa è fissato<br />
attraverso la scelta di un particolare term<strong>in</strong>ale:<br />
- ventilconvettore riscaldamento: t = 45 °C;<br />
- pavimento radiante riscaldamento: t = 35 °C;<br />
- ventilconvettore raffrescamento: t = 15 °C;<br />
- pavimento radiante raffrescamento: t = 10 °C.<br />
Fissato il valore della temperatura lato unità abitativa, la<br />
temperatura della pompa di calore lato sonde dipende dal<br />
T ewt<br />
scelto <strong>in</strong> fase progettuale e dalla temperatura del terreno<br />
nell’<strong>in</strong>torno del pozzo (T b.<br />
).<br />
È previsto, perché risulta necessario nel caso di funzionamento<br />
<strong>in</strong>vernale, di programmare la T s_<strong>in</strong><br />
<strong>in</strong> base alle più<br />
o meno rigide condizioni di temperatura esterna. Queste<br />
scelte sono implementate nel codice “Modello geotermico<br />
verticale” nel sottoblocco “T s_<strong>in</strong><br />
”. I dati tecnici della pompa<br />
di calore (COP e potenza assorbita <strong>in</strong> funzione della temperatura<br />
di evaporazione e di condensazione) sono implementate<br />
<strong>in</strong> Simul<strong>in</strong>k attraverso le Look up Tables (Figura 3)<br />
FIGURA 3 - Blocchi “T s_<strong>in</strong><br />
” e “PdC”<br />
FIGURA 2 -<br />
“MoGeVer”<br />
Il codice “Modello geotermico verticale - MoGeVer” nel<br />
suo blocco pr<strong>in</strong>cipale (figura 2), calcola il COP, la potenza<br />
assorbita dalla pompa di calore nelle condizioni operative<br />
e la potenza termica ceduta (o assorbita) all’unità abitativa.<br />
FIGURA 4 - Blocchi “R b<br />
, eq” e “q: potenza specifica<br />
scambiata”<br />
Il valore teorico di potenza specifica scambiata con il terreno<br />
deve tener conto della configurazione della sonda<br />
(Figura 4) e deve essere corretto <strong>in</strong> funzione delle condizioni<br />
di utilizzo più o meno esclusivo a cui è dest<strong>in</strong>ato l’impianto<br />
geotermico e dell’eventuale presenza di <strong>in</strong>stallazioni <strong>in</strong>dipendenti<br />
vic<strong>in</strong>e, che peggiorano le prestazioni dim<strong>in</strong>uendo<br />
i rapporti di scambio.<br />
È comodo, allora, l’uso di un valore di una potenza specifica<br />
scambiata equivalente (Figura 5)
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
Pompe di Calore<br />
Tecnica<br />
III<br />
Per determ<strong>in</strong>are una lunghezza equivalente, che tenga<br />
conto della presenza di più sonde e delle condizioni di<br />
utilizzo, anche il valore della lunghezza dello scambiatore<br />
geotermico deve essere corretto all’<strong>in</strong>terno del modello.<br />
Avendo dedotto i dati sulla potenza specifica scambiata,<br />
attualizzati per la particolare configurazione del layout<br />
dell’impianto e per le <strong>in</strong>formazioni riguardo alle prestazioni<br />
della pompa di calore scelta, il modulo calcola la<br />
potenza termica ceduta (o assorbita) dall’unità abitativa.<br />
FIGURA 5 - Blocco “q eq<br />
”<br />
Il codice “Modello geotermico orizzontale -<br />
MoGeOr”<br />
L’algoritmo di calcolo alla base del codice “Modello geotermico<br />
orizzontale” (Figura 6) risulta formalmente identico al<br />
“Modello geotermico verticale”. Il geotermico orizzontale<br />
rappresenta un buon compromesso tra costi ed efficienza<br />
[19]. Il fatto che lo scambiatore geotermico orizzontale sia<br />
posto a profondità non confrontabili con quelle tipiche di<br />
uno scambiatore verticale rende necessario che si def<strong>in</strong>isca<br />
il codice seguendo un approccio diverso nel calcolo della<br />
temperatura media del terreno, nella configurazione dello<br />
scambiatore geotermico, nella caratterizzazione del terreno<br />
dal punto di vista dell’umidità e dell’esposizione solare.<br />
• Temperatura media terreno<br />
Nel caso della configurazione a sonde verticali questo valore<br />
è pari alla media annua della temperatura dell’aria esterna.<br />
In un sistema a sonde orizzontali, vista la limitata profondità<br />
di posa, non è possibile sv<strong>in</strong>colarsi completamente dal clima.<br />
Bisogna perciò ricorrere al modello che usa l’equazione<br />
(1) che descrive, con una opportuna serie di Fourier, le<br />
<strong>in</strong>terazioni tra aria, radiazione solare e suolo e che tiene<br />
conto degli effetti di lungo periodo. Visto che il profilo di<br />
temperatura dipende strettamente dalla natura del terreno<br />
e dal suo carico d’umidità, dalla località di perforazione,<br />
dalla stagione.<br />
• Sonda<br />
Nella configurazione orizzontale deve essere specificato il<br />
tipo di sistema, a sbancamento ovvero a tr<strong>in</strong>cea, e date le<br />
diverse configurazioni possibili nonché la tipologia di sonda<br />
utilizzata: sl<strong>in</strong>ky, a 2 tubi o a 4 tubi.<br />
• Tipo di sottosuolo, umidità ed esposizione solare<br />
Al f<strong>in</strong>e di un’adeguata valutazione dello scambio termico tra<br />
sottosuolo, sonde e ambiente esterno, a causa della limitata<br />
profondità di posa, bisogna tener conto della natura del<br />
terreno, del suo carico di umidità, dell’esposizione solare:<br />
--terreno sabbioso, saturo d’acqua e buona esposizione<br />
solare;<br />
--terreno sabbioso, umido e buona esposizione solare;<br />
--terreno sabbioso, umido e media esposizione solare;<br />
--terreno pietroso, secco e ombreggiato.<br />
Anche nel caso orizzontale si può prevedere, specie durante<br />
il funzionamento <strong>in</strong>vernale, di programmare la Ts_<strong>in</strong> <strong>in</strong> base<br />
alle più o meno rigide condizioni di temperatura esterna.<br />
FIGURA 6 - “MoGeOr”<br />
TABELLA 2 - Proprietà termofisiche del terreno, estratto norma UNI 10351<br />
TABELLA 3 - Conducibilità e diffusività termica per alcuni tipi di terreno <strong>in</strong><br />
funzione della loro umidità e della loro densità a secco [20]<br />
Il blocco Tx,t (Figura 7) è <strong>in</strong> grado di calcolare la temperatura<br />
del terreno a una certa profondità <strong>in</strong> un determ<strong>in</strong>ato istante<br />
temporale del periodo, che, nel caso del sistema <strong>in</strong> esame,<br />
vale 365 giorni. Per le proprietà termofisiche del terreno si<br />
è fatto riferimento alla tabella II, estratta dalla norma UNI<br />
10351.<br />
<strong>La</strong> Tabella 3, <strong>in</strong>vece, tiene conto del variare della diffusività<br />
termica a seconda del carico di umidità.
Tecnica<br />
IV<br />
Pompe di Calore<br />
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
Il calcolo della resistenza termica equivalente del pozzo R b<br />
è, <strong>in</strong>vece, basato sull’equazione (10); essa presuppone la<br />
conoscenza della diffusività termica del terreno calcolabile a<br />
partire dal valore di conducibilità termica e dal valore assunto<br />
di capacità termica [23].<br />
(10)<br />
FIGURA 7 - Blocco “Tx,t”<br />
<strong>La</strong> valutazione della potenza specifica scambiata, nel caso<br />
di sistemi a sbancamento, per l’assenza di parametri di<br />
riferimento disponibili a riguardo, impone l’utilizzo dei nomogrammi<br />
[21].<br />
Per quanto riguarda i sistemi a tr<strong>in</strong>cea nelle varie configurazioni<br />
possibili, si è fatto riferimento allo studio condotto negli<br />
USA [22], che riporta <strong>in</strong> funzione della potenza la lunghezza<br />
di tr<strong>in</strong>cea necessaria, al variare della temperatura del terreno<br />
<strong>in</strong>disturbato.<br />
Analisi dei risultati<br />
Ai f<strong>in</strong>i della previsione delle prestazioni impiantistiche, è <strong>in</strong>dispensabile<br />
conoscere la conducibilità e la diffusività termica<br />
media del terreno [23].<br />
Se la geometria e la composizione dello scambiatore di calore<br />
geotermico possono essere variate con larga discrezionalità<br />
<strong>in</strong> fase di progetto e se le condizioni d’impiego possono<br />
essere predeterm<strong>in</strong>ate <strong>in</strong> base alla soluzione impiantistica<br />
adottata, non è possibile <strong>in</strong>fluire sulle proprietà del terreno.<br />
Al contrario, di solito, la precisa composizione del suolo non<br />
è neppure nota. Per caratterizzare, dal punto di vista termico,<br />
lo scambiatore di calore geotermico e il terreno circostante<br />
viene spesso utilizzato un procedimento di stima, noto come<br />
Thermal Response Test o Ground Response Test<br />
(GRT), basato sul confronto tra la soluzione teorica di un<br />
problema di conduzione non stazionaria nel terreno e la temperatura<br />
media del fluido termovettore, rilevata direttamente<br />
sullo scambiatore di calore a terreno. <strong>La</strong> prova GRT fornisce<br />
una stima della conducibilità termica del terreno e consente<br />
di stimare la resistenza termica degli strati che separano il<br />
fluido termovettore dalla superficie cil<strong>in</strong>drica d’<strong>in</strong>terfaccia tra<br />
scambiatore di calore e terreno. Il metodo di calcolo si basa<br />
sul modello di sorgente l<strong>in</strong>eare (equazione (9)), <strong>in</strong> cui la conducibilità<br />
dipende dalla potenza immessa, dalla profondità<br />
del pozzo geotermico e da k che è il coefficiente angolare<br />
della retta <strong>in</strong>terpolante i valori di temperatura medie del fluido<br />
termovettore <strong>in</strong> funzione del logaritmo naturale del tempo:<br />
Dati sperimentali<br />
<strong>La</strong> prova GRT è stata eseguita su una sonda pilota immessa<br />
<strong>in</strong> una perforazione eseguita <strong>in</strong> un terreno sito nell’agro di<br />
Lecce. Nella Tabella IV sono presenti i parametri impiantistici<br />
della prova termica effettuata. Secondo le l<strong>in</strong>ee guida <strong>in</strong>corporate<br />
nelle normative tedesche VDI 4640 [16] una quantità<br />
nota e costante di flusso termico viene immessa nella sonda<br />
(Q) e si procede alla misura attraverso un sistema di acquisizione<br />
automatico della variazione della temperatura del<br />
fluido termovettore alla mandata e al ritorno dal sottosuolo.<br />
Si determ<strong>in</strong>a così lo scambio termico tra sonda e sottosuolo<br />
determ<strong>in</strong>ando la conducibilità termica del terreno. Pur non<br />
essendoci un protocollo riguardo alla durata del test, è pratica<br />
comune caricare termicamente il terreno per 50 - 70 ore.<br />
TABELLA 4 - Parametri prova GRT su sonda pilota<br />
L’elaborazione dei dati ottenuti attraverso il programma di<br />
acquisizione è rappresentata nel grafico di Figura 8.<br />
Attraverso le equazioni (9) e (10) è possibile ottenere la con-<br />
(9)<br />
FIGURA 8 - Dati elaborati del Thermal Response<br />
Test (Lecce, perforazione=100m)
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
Pompe di Calore<br />
Tecnica<br />
V<br />
ducibilità termica e la resistenza termica del pozzo:<br />
λ = 3,31 W/mK<br />
R b<br />
= 0,11 mK/W<br />
In particolare il valore di Rb è compatibile con il valore della<br />
resistenza termica nel MoGeVer nelle condizioni operative<br />
<strong>in</strong> cui è stato effettuato il test (località di perforazione, sonda<br />
s<strong>in</strong>gola U, bentonite, terreno denso-umido).<br />
R b(TRT)<br />
= 0,11<br />
R b(MoGeVer)<br />
= 0,10 – 0,13<br />
Il codice MoGe è stato confrontato con un software utilizzato<br />
per il dimensionamento di impianti geotermici: RETScreen<br />
4-1, un software libero per progetti su energie r<strong>in</strong>novabili<br />
realizzato da CETC- Varennes (CANMET Energy Technology<br />
Centre). Di seguito è riportato il grafico della potenza<br />
scambiata, lato abitazione, <strong>in</strong> funzione della lunghezza<br />
dello scambiatore verticale per diverse tipologie di terreno:<br />
leggero-umido (Figura 9), leggero-secco (Figura 10),<br />
denso-umido (Figura 11), denso-secco (Figura 12).<br />
Per la serie di dati considerata <strong>in</strong> Figura 10 lo scostamento<br />
medio tra il codice MoGeVer e il software RETScreen risulta<br />
essere del 4,55%, con un massimo agli estremi dell’<strong>in</strong>tervallo<br />
pari al 7,4%.<br />
FIGURA 11 - Confronto tra MoGeVer e RETScreen<br />
per terreno denso - umido<br />
Per la serie di dati considerata <strong>in</strong> Figura 11 lo scostamento<br />
medio tra il codice MoGeVer e il software RETScreen è pari<br />
al 6,23%, con un massimo agli estremi dell’<strong>in</strong>tervallo di 9,5%<br />
(per potenze molto piccole).<br />
FIGURA 9 - Confronto tra MoGeVer e RETScreen per<br />
terreno leggero-umido<br />
Per la serie di dati considerata <strong>in</strong> Figura 9 lo scostamento<br />
medio tra il codice MoGeVer e il software RETScreen risulta<br />
essere del 4,72%, con un massimo agli estremi dell’<strong>in</strong>tervallo<br />
pari al 6,6%.<br />
FIGURA 10 - Confronto tra MoGeVer e RETScreen<br />
per terreno leggero-secco per terreno leggeroumido<br />
FIGURA 12 - Confronto tra MoGeVer e RETScreen<br />
per terreno denso - secco<br />
Per la serie di dati considerata <strong>in</strong> Figura 12 lo scostamento<br />
medio tra il codice MoGeVer e il software RETScreen risulta<br />
essere del 4,96%, con un massimo agli estremi dell’<strong>in</strong>tervallo<br />
pari al 9,7% (per potenze molto piccole).<br />
Si è anche valutato lo scostamento percentuale medio tra i<br />
risultati ottenuti con il codice ”MoGe” e RETScreen al variare<br />
della tipologia del terreno nel campo di validità del modello<br />
matematico (potenza <strong>in</strong>feriore a 30kW). Si è supposto di<br />
effettuare le perforazioni nella località di Lecce e qu<strong>in</strong>di si<br />
è fatto riferimento ai dati climatici presenti nel database<br />
di RETScreen. I risultati, per le diverse tipologie di terreno<br />
sono stati confrontati con quelli ottenuti dal codice “MoGe”,<br />
avendo supposto che i campi di sonde siano composti da perforazioni<br />
di 100 m ciascuna e che il materiale di riempimento<br />
nello scambiatore geotermico sia bentonite.<br />
Questi parametri di progetto non sono def<strong>in</strong>ibili nel codice<br />
RETScreen.<br />
In tabella V sono riportati i risultati ottenuti dal confronto<br />
del codice ”MoGe” e RETScreen nel campo di validità del<br />
modello matematico (< 30 kW).
Tecnica<br />
VI<br />
Pompe di Calore<br />
aprile 2012<br />
LA TERMOTECNICA<br />
TABELLA 5 - Scostamento percentuale medio MoGe -<br />
RETScreen<br />
Conclusioni<br />
Il codice “MoGe” è stato realizzato implementando <strong>in</strong> Matlab/Simul<strong>in</strong>k<br />
un modello matematico che consente di calcolare le prestazioni di un<br />
impianto a scambiatori geotermici verticali ed orizzontali nel breve e nel<br />
lungo periodo, nelle condizioni di lavoro imposte dai term<strong>in</strong>ali presenti<br />
nell’unità abitativa per il riscaldamento <strong>in</strong>vernale e il raffrescamento estivo.<br />
Sono state effettuate delle simulazioni per valutare la potenza termica<br />
scambiata al variare della tipologia del terreno nel campo di validità del<br />
modello matematico. Nel contempo sono state eseguite delle simulazioni<br />
con il software RETScreen il cui modello matematico è basato sul metodo<br />
IGSHPA. Risulta che lo scostamento percentuale medio va da un m<strong>in</strong>imo<br />
del 4,12% (terreno leggero -secco) ad un massimo del 6,39% (terreno<br />
denso-umido). Nel confronto con il codice RETScreen si vogliono superare,<br />
però, i limiti che consentono di utilizzare il suddetto codice con sufficiente<br />
accuratezza solo negli stadi di pre-fattibilità di un progetto. In particolare<br />
con MoGe è possibile effettuare le simulazioni nelle varie configurazioni<br />
orizzontali (2 tubi, 4 tubi e sl<strong>in</strong>ky) mentre RETScreen utilizza l’impostazione<br />
non modificabile della configurazione 2 tubi. Allo stesso modo, le varie<br />
configurazioni verticali processabili permettono di superare il limite di<br />
RETScreen che utilizza l’impostazione non modificabile Doppia U. Inoltre<br />
MoGe consente di scegliere la tipologia di impianto presente sul lato unità<br />
abitativa differenziando il regime estivo ed <strong>in</strong>vernale mentre RETScreen<br />
utilizza un set po<strong>in</strong>t di temperatura costante (estate ed <strong>in</strong>verno) fissato a 23<br />
°C. Qu<strong>in</strong>di, la versatilità nella scelta tra le diverse geometrie dello scambiatore<br />
e il relativo materiale di riempimento, tra le condizioni operative<br />
e di utilizzo dell’impianto, di caratterizzare le caratteristiche termofisiche<br />
del terreno e del sito, offre non solo la possibilità di condurre esperimenti<br />
“virtuali” programmati, ma anche di effettuare test durante lo sviluppo<br />
dell’impianto stesso. Inoltre, la struttura modulare a blocchi consente di<br />
verificare il funzionamento dei sistemi più complessi aiutandosi con i risultati<br />
delle simulazioni dei modelli più semplici; ciò è utile non solo <strong>in</strong> term<strong>in</strong>i<br />
di ottimizzazione del codice, ma anche <strong>in</strong> term<strong>in</strong>i di manutenzione dello<br />
stesso. L’obiettivo è stato, qu<strong>in</strong>di, quello di ottenere un pacchetto software<br />
affidabile, rendendone, nel contempo, più facile e <strong>in</strong>tuitivo l’utilizzo. Tutto<br />
ciò risulta particolarmente importante al f<strong>in</strong>e di un dialogo efficace con altri<br />
moduli, nel caso <strong>in</strong> cui si volesse far <strong>in</strong>teragire il codice MoGe con codici<br />
per la previsione delle prestazioni degli altri impianti (solare termico, solar<br />
cool<strong>in</strong>g) presenti nell’unità abitativa e realizzare sistemi ibridi.<br />
Bibliografia<br />
[1] G. Colangelo, P. Congedo, G. Starace: “Horizontal Heat Exchangers for GSHP.<br />
Efficiency and Cost Investigation for Three Different Applications”, ECOS2005-18th<br />
International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental<br />
Impact of Energy Systems, 2005, Norway.<br />
[2] G. Starace: “Le pompe di calore geotermiche“AICARR, Convegno AICARR -Le<br />
moderne tecnologie negli impianti e nei componenti per il riscaldamento - Padova,<br />
Bari, Catania, 2003.<br />
[3] G. Colangelo, P. Congedo, G. Starace: “Computational Modell<strong>in</strong>g and Sensitivity<br />
Analysis of Horizontal Helical Heat Exchangers for GSHPs”, CLIMAMED 2007 Congress,<br />
September 5-7, 2007, Genova (Italy).<br />
[4] G. Colangelo, P. Congedo, G. Starace: “Computational Modell<strong>in</strong>g and Sensitivity<br />
Analysis of Horizontal Sl<strong>in</strong>ky Heat Exchangers for GSHPs”, 22nd IIR International<br />
Congress of Refrigeration, August 21-26, 2007, Beij<strong>in</strong>g (Ch<strong>in</strong>a).<br />
[5] G. Colangelo, P. Congedo, G. Starace: “Computational Modell<strong>in</strong>g and Sensitivity<br />
Analysis of Horizontal Heat Exchangers for Gshps”, ASME-ATI Conference “Energy:<br />
Production, Distribution and Conservation”, May 14th - 17th 2006, Milan.<br />
[6] S. Basta, F. M<strong>in</strong>chio: “Geotermia e pompe di calore” Ed. Geotermia.org 2008<br />
[7] L. R. Ingersoll, O. J. Zobel, A. C. Ingersoll: “Heat conduction: with eng<strong>in</strong>eer<strong>in</strong>g and<br />
geological applications”, 2nd edition, 1954.<br />
[8] H. S. Carslaw, J. C. Jaeger: “Conduction of Heat <strong>in</strong> Solids”, Oxford University Press,<br />
Amen House, London, 1947.<br />
[9] P. Eskilson: “Thermal Analysis of Heat Extraction Boreholes”, Doctoral Thesis, University<br />
of Lund, Department of Physics, Sweden 1987.<br />
[10] C. Yavuzturk: “Modell<strong>in</strong>g of Vertical Ground Loop Heat Exchangers for Ground<br />
Source Heat Pump Systems”, Thesis to the Faculty of the Graduate College of the<br />
Oklahoma State University <strong>in</strong> partial fulfilment of the requirements for the Degree of<br />
Doctor of Philosophy, December 1999.<br />
[11] G. Hellström, B. Sanner: “PC-programs and modell<strong>in</strong>g for borehole heat exchanger<br />
design”, International Summer School on Direct Application of Geothermal Energy.<br />
[12] V. C. Mei, C. J. Emerson: “New Approach for Analysis of Ground-Coil Design<br />
for Applied Heat Pump Systems”, ASHRAE Transactions 91(2): 1216-1224, 1985.<br />
[13] N. K. Muraya: “Numerical Modell<strong>in</strong>g of the transient thermal <strong>in</strong>terference of<br />
vertical U-tube heat exchangers”, Ph. D. Thesis, Texas A&M University, College<br />
Station, 1995.<br />
[14] J. A. Shonder, J. V. Beck: “A New Method to Determ<strong>in</strong>e the Thermal Properties of<br />
Soil Formations from In Situ Field Tests”, April 2000, Oak Ridge National <strong>La</strong>boratory,<br />
managed by Ut-Bettelle for the Department of Energy.<br />
[15] S. P. Kavanaugh, K. Rafferty: “Ground source heat pumps - Design of geothermal<br />
systems for commercial and <strong>in</strong>stitutional build<strong>in</strong>gs”, ASHRAE Applications Handbook<br />
1997.<br />
[16] J. E. Bose, J. D. Parker, F. C. McQuiston: “Design/Data Manual for Closed – Loop<br />
Ground _ Coupled Heat Pump Systems”, Atlanta ASHRAE, 1985.<br />
[17] VDI 4640 (2001): Thermishe Nutzung des Untergrundes Erdgekoppelte Warmepumpenanlagen,<br />
Vere<strong>in</strong> Deutscher Ingenieure, Dussendorf, Deutschland<br />
[18] D. Pahud: “Energia geotermica e applicazioni”, SUPSI - 2006.<br />
[19] G. Colangelo, P. Congedo, G. Starace: “Horizontal Heat Exchangers for GSHP.<br />
Efficiency and Cost Investigation for Three Different Applications”, ECOS2005-18th<br />
International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental<br />
Impact of Energy Systems, 2005, Norway.<br />
[20] M. De Carli, R. Del Bianco, F. Fell<strong>in</strong>: “Sviluppi nelle pompe di calore: il terreno come<br />
sorgente termica”, Dip. di Fisica Tecnica dell’Università di Padova.<br />
[21] M. Reuss, B. Sanner: “Design of closed loop heat exchanger” International Summer<br />
School on Direct Application of Geothermal Energy, Chapter 2.5 Bad Urach, 2001.<br />
[22] A. Chiasson “Geoexchange Technologies”, Utility Geothermal Work<strong>in</strong>g Group<br />
Webcast, April 2006.<br />
[23] P.M. Congedo, G. Colangelo, G. Starace, “CFD simulations of horizontal ground<br />
heat exchangers: A comparison among different configurations”, Applied Thermal<br />
Eng<strong>in</strong>eer<strong>in</strong>g, Vol. 33–34, P. 24-32, 2012.<br />
[24] Groundwater Energy Designer (GED): Computergestütztes Auslegungstool zur<br />
Wärme- und Kältenutzung von Grundwasser - Schlussbericht, 2006.