Rispetto per l’ambiente, risparmio economico ed energetico: ecco perché scegliere un impianto geotermico

La ricerca e l’evoluzione tecnologica, che l’ambito delle energie rinnovabili offre al settore, sono, infatti, un’opportunità unica per lo sviluppo dell’architettura contemporanea, con cui è essenziale che i futuri progettisti imparino a dialogare sin dalla loro formazione.

Energia da fonti rinnovabili: la Geotermia

All’interno del ciclo di incontri, organizzati dal Prof. Claudio Sangiorgi (docente dell’Area Tecnologica presso la Scuola di Architettura Urbanistica, Ingegneria delle Costruzioni del Politecnico di Milano), con figure specializzate in sistemi tecnologici avanzati per l’edilizia, il 18 gennaio scorso è stato affrontato il tema dell’energia geotermica applicata agli edifici.
A condurre la comunicazione è stato l’esperto Ing. Wolfgang Holzfeind, progettista di Geoliving Srl, società di Bolzano che si occupa della progettazione e realizzazione di impianti geotermici, con all’attivo, a oggi, oltre 270 impianti geotermici distribuiti tra Italia e Svizzera.

L’Ingegner Holzfeind ha introdotto il tema spiegando per prima cosa cos’è la geotermia: il termine significa “calore proveniente dalla terra” e sta ad indicare, appunto, l’energia termica immagazzinata nel sottosuolo, di cui possiamo disporre per fini energetici. Questo calore, per convezione, raggiunge lo strato superficiale della crosta terrestre, dal quale può essere utilmente estratto e impiegato per la produzione di energia termica o di energia elettrica, con le quali realizzare significative performance, in termini di contenimento dei consumi energetici, nel ciclo di vita dei nostri edifici.
Il sottosuolo “funziona” quindi come un vero e proprio serbatoio, capace di rigenerarsi in modo continuo e autonomo. Il primo ad intuire questa possibilità fu, nel lontano 1904, Ginori Conti, che sperimentò con successo la possibilità di impiegare il calore del vapore proveniente dalla terra per produrre energia elettrica. Il primo sistema di produzione di energia geotermica, modernamente inteso, risale invece al 1915.

Tecnologia, dunque, già consolidata, ancorché oggi affinata per enfatizzarne i rendimenti e ottimizzarne le prestazioni.
Nella sua presentazione, il relatore, in particolare, ha illustrato i tre elementi fondamentali di cui necessita un impianto geotermico per poter correttamente funzionare e dare il massimo del suo possibile apporto: un sistema di captazione del calore; una pompa di calore geotermica; un sistema di accumulo e di successiva distribuzione del calore.

In estrema sintesi, il principio di funzionamento è il seguente: il calore viene captato dal terreno attraverso delle tubazioni in polietilene, che fungono da scambiatori con gli strati profondi del suolo, e poi condotto alla pompa di calore. Quest’ultima, mediante il suo funzionamento e con contributo di energia inferiore a quello complessivamente reso, trasforma il calore “raccolto”, conferendogli un livello di temperatura più elevato, e lo trasferisce al boiler (l’accumulo) e all’impianto di riscaldamento.

L’importanza della progettazione e dell’innovazione tecnologica

Ovviamente, per progettare e dimensionare in modo corretto un impianto geotermico, come giustamente puntualizzato dal relatore, è necessario disporre di alcune informazioni preliminari relative al sito e alla costruzione di progetto: ubicazione dell’edificio, temperature di esercizio e fabbisogno termico annuo, in primo luogo.

Questi dati consentono, ancora in prima e iniziale fase, ai geologi e ai tecnici incaricati dello studio, di verificare la fattibilità del progetto, strettamente dipendente da fattori sia geologici sia geotermici, tipici del sito in cui si è prevista la realizzazione dell’impianto. In particolare, a una ricognizione preliminare di immagini aeree e della cartografia esistente per alcune prime considerazioni sulla zona di intervento, è indispensabile poi e in ogni caso far seguire un’indagine geologica dettagliatamente scrupolosa dell’area interessata.

Grazie a queste prime verifiche, e al ricorso a banche dati pur sempre disponibili, è possibile giungere a una stima accurata delle caratteristiche del sottosuolo, fondamentali per decretare il successo o meno del futuro impianto: Geoliving, in particolare, per la progettazione dei propri interventi, non si basa mai su soli dati e cartografie di “letteratura” e non dimensiona mai alcunché a tavolino, ma conduce sempre precisi e attenti sopralluoghi e rilievi in cantiere per un esame puntuale della situazione, così da poter realizzare una dettagliata sezione geologica dell’area, tracciare una colonna stratigrafica reale e decidere il percorso ideale per la collocazione delle sonde geotermiche. Questo è l’unico procedimento da seguire per la progettazione di impianti con fabbisogni termici fino a 30 KW.

Laddove i progetti richiedano potenze termiche superiori a tale soglia, invece, è necessario misurare la capacità termica del sottosuolo attraverso un’indagine geologica e geotermica più accurata, effettuando il cosiddetto Ground Response Test, che consiste nel far circolare un fluido termovettore attraverso la sonda (di solito la prima sonda messa in opera) per 5 giorni consecutivi, durante i quali viene costantemente prelevato o apportato del calore. Durante il Test vengono continuamente misurati e registrati tutti i parametri che permettono di definire con esattezza la vera temperatura del terreno, la conducibilità termica del sottosuolo e la resistenza termica dell’unità sonda. Le proprietà termiche del sottosuolo e delle sonde geotermiche sono parametri chiave nel dimensionamento dell’impianto e influiscono in modo significativo sul numero delle sonde geotermiche richieste dal sistema, sulla distribuzione superficiale e sulla geometria dei collegamenti. La misura di tali proprietà in sito e al vero permette, dunque, l’ottimizzazione della progettazione del sistema geotermico.

Con l’ausilio, quindi, di un programma studiato ad hoc, è possibile anche simulare l’andamento dell’impianto, per esempio, per i prossimi 20 anni, verificando in simulazione la variazione delle temperature, ai fini di ottimizzare la resa del campo sonde.

Dalle analisi alla realizzazione

Passando invece alla fase operativa di realizzazione di un impianto geotermico, Geoliving, per eseguire le perforazioni, si avvale di proprie macchine perforatrici, capaci di lavorare fino a 300 metri di profondità, indipendentemente dal tipo di sottosuolo che si trovino a dover affrontare. L’Ingegner Holzfeind ha qui tenuto a precisare che queste macchine, di nuova concezione, sono state ideate e realizzate appositamente per la geotermia e per un approccio sostenibile allo sfruttamento del suolo.

Le perforazioni vengono così realizzate nel pieno rispetto dell’ambiente, con una tecnica ricorrente all’aria compressa e senza l’ausilio di additivi chimici; l’apporto continuo di acqua, in fase di infissione, evita in questo modo, inoltre, la formazione e la dispersione di polvere.

Attenzione, in ossequio ai più avanzati protocolli di sostenibilità ambientale degli impatti degli interventi edili, è prestata anche al mantenimento costante della pulizia del cantiere: il materiale di risulta della perforazione viene, infatti, immediatamente aspirato tramite una tubazione e convogliato in un apposito container.

A perforazione avvenuta, si procede all’immissione delle sonde e al riempimento dei fori praticati con materiale specifico, atto a proteggere le sonde stesse e a implementare lo scambio termico con il terreno. Tutti i collegamenti, realizzati tramite tubazioni in PE100, vengono quindi allacciati a un collettore in superficie, che ha la funzione di porre in relazione le sonde con la pompa di calore.

I collettori servono essenzialmente per la distribuzione, la regolazione e il controllo dei flussi di acqua nella sonda. Sono anch’essi realizzati in PE100 e vanno opportunamente dimensionati in funzione del numero di sonde e della portata necessaria alla pompa di calore di cui prevista l’installazione.

Parimenti importante è la progettazione della centrale termica. Per assicurare un funzionamento ottimale dell’impianto geotermico è necessario, infatti, pensare da subito la centrale termica in funzione delle basse temperature alle quali sarà chiamata a funzionare. Particolare attenzione dovrà essere posta sui diametri delle tubazioni di raccordo e sulle perdite di carico lungo tutto l’impianto.

L’Ingegner Holzfeind, in conclusione della sua trattazione, ha specificato, infine, come tutte le fasi di realizzazione di un impianto siano gestite, da parte della Geoliving, in accordo al protocollo svizzero per la geotermia (standard qualitativo svizzero); i materiali utilizzati sono dunque ampiamente certificati e garantiscono una resa ottimale per un lungo periodo, con vita utile dell’impianto di almeno (teorici) 25 anni.

Rispetto per l’ambiente, risparmio economico ed energetico: ecco perché scegliere un impianto geotermico

Il tema della trattazione, particolarmente avvincente per l’uditorio, attento ai temi dell’innovazione e della sostenibilità ambientale per dato generazionale, ha portato alla richiesta di ulteriori approfondimenti nel “question time”, in particolare passibili di riassumersi in una domanda dirimente di fondo: vale la pena investire nella geotermia?

La risposta dell’Ing. Holzfeind è stata: “L’energia geotermica è gratuita, naturale e rinnovabile, non subisce incrementi di prezzo negli anni e, inoltre, è presente ovunque sotto i nostri piedi, perché non utilizzarla in modo intelligente?”.

Questi, infatti, i principali vantaggi che derivano dalla scelta di installare un impianto geotermico:

• più del 75% dell’energia termica necessaria per il riscaldamento proviene, in questo tipo di soluzioni, dal sottosuolo; ed è gratuita, rinnovabile e disponibile ovunque;
• il costo al kWh, di funzionamento dell’impianto che ne risulta, è inferiore rispetto a tutti i tradizionali sistemi di riscaldamento;
• i minori costi di gestione annui sono di evidenza immediata, in presenza di una corretta progettazione e se il sistema risulta integrato con pannelli fotovoltaici: con risparmi fino al 70% rispetto a impianti che utilizzino qualsivoglia dei correnti combustibili fossili;
• l’assenza di pericolo: nessuna fuga di gas, nessun pericolo di incendio possono derivare da un impianto così concepito;
• la pressoché assenza di ingombri, negativi per la distribuzione e la piena fruizione interne degli edifici: nessun camino, nessuna camera di combustione, nessun serbatoio per gasolio o gpl.

E ancora:

• nessuna necessità di pulizia delle diverse componenti dell’impianto, né di collaudo annuale;
• manutenzione minima;
• alto rendimento;
• autonomia piena dalle oscillazioni della quotazione del petrolio e del gas, che rendono sempre difficilmente prevedibile l’effettivo life-cycle cost di un edificio, in sede di programmazione finanziaria di un intervento. Dunque, certezza economica di preventivazione degli investimenti per gli operatori del settore, ma anche per i privati;
• riduzione delle emissioni di CO2 pari fino al 100%, in caso di integrazione con sistemi fotovoltaici, rispetto a sistemi a combustibile fossile;
• un sistema unico per riscaldare in inverno, per raffrescare in estate e per produrre acqua calda sanitaria (un unico impianto sostituisce due apparecchi: la caldaia e il condizionatore).

A conclusione della comunicazione, l’Ingegner Holzfeind ha illustrato qualche dato numerico, per far comprendere l’importanza che sta assumendo il mercato della geotermia in Europa negli ultimi anni e il contributo fondamentale che essa può dare agli impianti fondati sul ricorso a pompe di calore, per una migliore sostenibilità dell’impatto energetico e ambientale dell’attività edificatoria: tra il 1994 e il 2013 sono state, infatti, installate più di 6.000.000 di unità di pompe di calore, con il risparmio di 20 milioni di tonnellate di CO2, di cui l’80% in Francia, Germania, Italia e paesi del nord Europa.

GEOLIVING: la geotermia in una lezione con gli studenti della Scuola di Architettura del Politecnico di Milano (Laboratorio “Architectural Design Studio II” – corso “Technological Systems for Buildings”, Prof. Claudio Sangiorgi)
Mercoledì 18 gennaio 2017, aula S.1.1, Scuola di Architettura, Urbanistica, Ingegneria delle Costruzioni, Politecnico di Milano – Campus Leonardo

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