Ho già scritto a proposito della convenienza economica delle pompe di calore rispetto ai sistemi tradizionali di riscaldamento fissando per l’alloggio una soglia minima di pezzatura sotto la quale non è conveniente sostituire la classica caldaia a metano con un sistema a pompa di calore.
Di solito si intende per “pompa di calore” il tipo con condensazione ad aria ovvero quelle di uso più comune e facile reperibilità.
La resa delle pompe di calore con condensazione ad aria è però condizionata dala temperatura dell’aria di condensazione.
Le rese sono di solito riferite alle condizioni standard Te = 7°C, Ti= 20°C e variano sensibilmente al decrescere della temperatura dell’aria.
Una buona pompa di calore di costruzione giapponese ha di solito come limite di funzionamento -15°C ma il COP si riduce drasticamente fino all’unità per temperature molto al di sotto dello zero.
Esistono, a patto di avere le condizioni necessarie, delle pompe di calore dette impropriamente “geotermiche” che utilizzano il terreno, l’acqua di falda o specchi di acqua superficiale (laghi, stagni) come serbatoi termici.
Circa la metà dell’energia solare che raggiunge la Terra viene immagazzinata dal suolo che diventa così un serbatoio energetico di elevata capacità e costanza: la temperatura del suolo, a qualche metro di profondità, rimane in linea di massima invariata nel corso delle stagioni e fa sì che il sottosuolo, le acque sotterranee e quelle superficiali di laghi e stagni siano più caldi dell’aria ambientale in inverno e più freddi invece in estate.
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| Schema funzionamento pompa di calore "Geotermica" |
Le condizioni termiche che caratterizzano il terreno o i corpi idrici sotterranei e superficiali fanno si che le pompe di calore geotermiche presentino un rendimento più elevato rispetto alle pompe di calore che utilizzano l’aria come sorgente energetica fino a raggiungere con costanza COP superiori a 5.
Ovviamente l’energia geotermica, per poter essere sfruttata, necessita di dispositivi, chiamati connessioni a terra, dedicati allo scambio termico con il sottosuolo o le altre tipologie di serbatoi termici utilizzabili.
Le connessioni a terra possono essere di tipo orizzontale o verticale.
Si tratta in entrambi i casi di un circuito chiuso di tubi in tecnopolimero in cui circola una miscela di acqua e liquido incongelabile con la sola funzione di trasferimento del calore.
Per una stima assolutamente di larga massima, i sistemi orizzontali prevedono uno sbancamento della profondità da 1 a 2 metri e di area pari a 3-3.5 volte l’area da climatizzare o di circa 35-55 m di lunghezza per kW di potenza termica dell’impianto; i sistemi verticali prevedono delle perforazioni profonde in ragione, sempre per una stima di larga massima, di 15/25 metri di profondità per kW di potenza termica.
Le tubazioni dei sistemi orizzontali vengono semplicemente ricoperte con le semplici accortezze di coibentare accuratamente i tratti superficiali e di lasciare l’area interessata a prato evitando alberi e cespugli.
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| Sistemi di scambio orizzontali |
Per evitare interferenze termiche le varie “trincee” devono essere distanziate di circa 7 metri.
Possono essere realizzate svariate configurazioni: a singolo tubo, a tubi multipli, con tubi a spirale o a canestro.
Ovviamente all’aumentare del numero di tubi ubicati nella stessa trincea aumentano le
dimensioni dello scavo però si riduce l’estensione superficiale complessiva dell’impianto.
Lo scambiatore a spirale comporta, a parità di prestazione, il minor consumo di suolo ma
richiede una maggior estensione complessiva di tubazioni e di conseguenza un costo maggiore.
Nei sistemi verticali si realizzano perforazioni del diametro di 15-25 cm distanziate di 7-8 metri per evitare interferenze termiche in cui vengono messe a dimora tubazioni a U connesse, in serie o in parallelo, con i circuiti di mandata e ritorno del circuito di “condensazione” della pompa di calore.
Deve sempre essere particolarmente curata la coibentazione dei tratti superficiali di tubazione.
Utilizzando acqua di falda come sorgente di energia termica questa viene direttamente utilizzata – qualora l’acqua abbia le condizioni di pulizia e di durezza adatte - o, molto più correttamente,utilizzando uno scambiatore intermedio.
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| Sistema di scambio a media profondità |
In pratica si realizzano pozzi, alimentati dalla falda, da cui l’acqua viene prelevata ed inviata allo scambiatore connesso con la pompa di calore, per poi essere pompata
nuovamente in falda o utilizzando un pozzo diverso da quello di prelievo o, nel caso venga utilizzato lo stesso pozzo pompando l’acqua di ritorno in superficie mentre quella di alimentazione viene prelevata dal fondo.
Gli scambiatori intermedi sono assolutamente necessari nel caso si utilizzi acqua di laghi o stagni che possono avere condizioni chimiche o di pulizia incompatibili con gli scambiatori delle pompe di calore geotermiche.
Le pompe di calore geotermiche rappresentano una valida alternativa ai sistemi tradizionali ma sono limitate, al contrario di quelle con condensazione ad aria, nelle applicazioni possibili.
Dalla loro hanno grande costanza di rendimento, ingombri interni limitati, assoluta silenziosità e assenza di condensatori esterni.
Come tutte le pompe di calore anche quelle geotermiche il limite di funzionamento in regime invernale e di 50-55°C per cui l’impianto deve essere dimensionato per funzionare a bassa temperatura.
Per questo motivo gli impianti esistenti devono essere verificati e eventualmente adeguati.
La conversione purtroppo non è sempre possibile senza interventi che prevedano opere edili anche importanti.
Le immagini sono tratte da http://www.caleffi.it/
