Climatizzare casa in modo costante e sostenibile è possibile grazie alle pompe di calore geotermiche.
Fino a 5 metri sotto il livello calpestabile del suolo la temperatura del terreno può essere influenzata dal clima e da condizioni ambientali, ma sotto i 5 metri rimane piuttosto costante durante tutte le stagioni. È qui che le pompe di calore geotermiche possono prelevare il calore necessario a climatizzare in modo sostenibile le nostre case, alimentando la transizione energetica rinnovabile.
Cosa sono le pompe di calore geotermiche?
Le pompe di calore geotermiche (GHP) prelevano calore dal sottosuolo e utilizzano perciò come mezzo di scambio la temperatura relativamente costante della terra invece della temperatura più variabile dell’aria esterna. Sebbene molte zone in Italia e nel mondo siano soggette a temperature stagionali estreme – dal caldo torrido in estate al freddo sotto lo zero in inverno –, infatti, a pochi metri sotto la superficie terrestre il terreno rimane a una temperatura relativamente costante, più calda dell’aria durante l’inverno e più fresca in estate. Le pompe di calore sfruttano questa caratteristica per aumentare la propria efficienza, scambiando calore con la terra attraverso uno scambiatore di calore geotermico.
Perché convengono?
Come qualsiasi altra pompa di calore (aria-aria, aria-acqua o acqua-acqua), le pompe di calore geotermiche sono in grado di riscaldare, raffreddare e, se predisposte, rifornire di acqua calda la casa. Rispetto alle pompe di calore ad aria, sono però più silenziose, durano più a lungo, necessitano di poca manutenzione e, ovviamente, non dipendono dalla temperatura dell’aria esterna. Possono anche essere combinate a una pompa di calore ad aria, dando origine a una pompa a doppia sorgente, che combina il meglio di entrambi i sistemi.
Anche se il prezzo di installazione di un sistema geotermico può essere molte volte superiore a quello di un sistema ad aria con la stessa capacità di riscaldamento e raffreddamento, i costi aggiuntivi possono essere restituiti in risparmi energetici in 5-10 anni, a seconda del costo dell’energia e degli incentivi disponibili nella zona di installazione. La durata prevista del sistema è stimata fino a 24 anni per i componenti interni e oltre 50 anni per il circuito di terra.
Qualche tipologia
Esistono quattro tipi base di pompe di calore geotermiche, tre delle quali – orizzontale, verticale e stagno/lago – a circuito chiuso e una a circuito aperto. Diversi fattori tra clima, condizioni del suolo, terreno disponibile e costi di installazione locali determinano quale sia la soluzione migliore per il sito. In ogni caso, tutti possono essere utilizzati per sia applicazioni edilizie residenziali che commerciali.
Pompe di calore a circuito chiuso
La maggior parte delle pompe di calore geotermiche a circuito chiuso fa circolare una soluzione antigelo attraverso un circuito chiuso, solitamente costituito da un tubo di plastica ad alta densità, sepolto nel terreno o immerso nell’acqua. Uno scambiatore di calore trasferisce il calore tra il refrigerante nella pompa di calore e la soluzione antigelo nel circuito chiuso. Esiste però anche un sistema a scambio diretto che non utilizza uno scambiatore di calore. Pompa invece il refrigerante attraverso un tubo di rame interrato in configurazione orizzontale o verticale. Quest’ultima soluzione richiede un compressore più grande e funziona meglio su terreni umidi, ma non è adatta su terreni che potrebbero corrodere il rame.
Di seguito, le tre tipologie di pompa di calore geotermica a circuito chiuso:
- orizzontale. Più conveniente per gli impianti residenziali e in particolare per le nuove costruzioni dove è disponibile terreno sufficiente. I layout più comuni utilizzano due tubi sepolti uno sopra l’altro a distanza oppure posizionati fianco a fianco in una trincea.
- verticale. I grandi edifici commerciali e le scuole spesso utilizzano pompe di calore geotermiche verticali perché la superficie richiesta per i circuiti orizzontali sarebbe proibitiva. I circuiti verticali vengono infatti utilizzati anche dove il terreno è troppo poco e riducono al minimo il disturbo al paesaggio esistente. Per un sistema verticale vengono praticati dei fori profondi e distanti l’uno dall’altro. Due tubi, collegati inferiormente con un gomito a formare un anello, vengono inseriti nel foro e stuccati per migliorare le prestazioni. I circuiti verticali sono collegati con un tubo orizzontale (un collettore) posizionato in trincee e collegato alla pompa di calore dell’edificio.
- stagno/lago. Se il sito dispone di un adeguato specchio d’acqua, questa potrebbe essere l’opzione a costo più basso. Un tubo di alimentazione viene posato sottoterra collegando l’edificio all’acqua e viene avvolto in cerchi sotto la superficie per evitarne il congelamento. Le bobine devono essere collocate solo in una fonte d’acqua che soddisfi i requisiti minimi di volume, profondità e qualità.
Pompe di calore a circuito aperto
Questo tipo di pompe di calore geotermiche utilizza acqua di pozzo o superficiale come fluido di scambio termico che circola direttamente attraverso il sistema. Una volta circolata nell’impianto, l’acqua ritorna al suolo attraverso un pozzo di ricarica o uno scarico superficiale. Questa opzione è ovviamente praticata solo dove esiste una fornitura adeguata di acqua relativamente pulita e sono rispettate tutte le norme e i regolamenti locali riguardanti lo scarico delle acque sotterranee.
Esistono però anche sistemi ibridi, che utilizzano diverse risorse geotermiche o una combinazione di una risorsa geotermica con l’aria esterna. Gli approcci ibridi sono particolarmente efficaci laddove le esigenze di raffreddamento sono significativamente maggiori delle esigenze di riscaldamento.
