Le innovazioni nei sistemi geotermici avvantaggiano gli edifici grandi e piccoli
Rispetto ai combustibili fossili, l’energia geotermica emette pochissima CO2 o altri gas serra. Ma per poter sfruttare questo fluido termovettore nei pressi della superficie terrestre, la sua temperatura deve essere aumentata da pompe di calore (generalmente scambiatori di calore verticali). Le tipiche tecnologie di perforazione presentano tuttavia una serie di sfide che è possibile mitigare, tra cui: attrezzature costose, team specializzati, rumore del compressore, pericoli derivanti dall’aria pressurizzata (12-20 bar), potenziale instabilità del pozzo trivellato, quantità significative di acqua potabile richiesta e cattive condizioni di lavoro. Il progetto GEOTeCH, supportato dall’UE, ha progettato, costruito e testato un impianto di perforazione che è già stato commercializzato da Conrad (un partner del progetto), con perforazione mediante trivella ad elica cava (HSA, Hollow Stem Auger) per scambiatori di calore verticali (BHX, Borehole Heat eXchanger) superficiali. L’impianto di perforazione può perforare rapidamente su terreni sciolti (sabbia, ghiaia, argille), con un consumo minimo di acqua. I costi di tali unità, progettate per edifici su piccola scala, sono pari al 70 % di quelli per una paragonabile perforatrice rotativa su fango, riducendo così gli ostacoli all’accesso nel mercato geotermico per i nuovi arrivati. Il progetto ha inoltre sviluppato uno scambiatore di calore per fondazioni (FHX, Foundation Heat eXchanger) da utilizzare in edifici più grandi dove può essere integrato con i sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria (HVAC, Heating, Ventilation and Air Conditioning) esistenti, riducendo i costi complessivi.
Una soluzione geotermica per piccoli e grandi edifici
Per gli edifici più piccoli è stata sviluppata una soluzione BHX «plug and play» basata su uno scambiatore di calore a spirale coassiale, che può attingere energia da una profondità inferiore rispetto a quella abituale. Sebbene questo progetto sia disponibile da diversi anni, il prototipo del progetto lo ha aggiornato con una coestrusione del tubo spiralato interno. Questa innovazione ha consentito prestazioni che presentano un miglior rapporto costi-benefici a una profondità di 20-50 metri rispetto agli scambiatori di calore a U convenzionali. GEOTeCH ha inoltre sviluppato un FHX per gli edifici terziari più grandi, in cui un tubo è incorporato nelle strutture di fondazione (ad es. pareti). Questo approccio evita le perforazioni, la posa dei tubi e la copertura con malta necessarie per i BHX. I test della tecnologia di perforazione e degli scambiatori di calore sono stati condotti in quattro edifici in tutta Europa. Il sistema BHX è stato dimostrato in edifici per uffici su piccola scala ad Amsterdam, Leicester e Padova. La tecnologia FHX è stata dimostrata in un edificio per uffici su larga scala a Barcellona, dove è stata anche integrata con il sistema HVAC.
Una soluzione adatta
La dimostrazione di Barcellona ha dimostrato che GEOTeCH potrebbe essere particolarmente utile per i nuovi edifici più grandi allo scopo di ridurre significativamente il loro consumo energetico. «I nostri scambiatori di calore per fondazioni hanno la stessa capacità di scambio termico degli scambiatori di calore verticali, ma i costi di implementazione sono inferiori dell’82 %», afferma Dery Torres, coordinatore del progetto. Per far funzionare l’intero sistema per gli edifici più grandi, che prevede la gestione di una pompa di calore geotermica per condizioni di riscaldamento e raffreddamento in cui potrebbero essere disponibili altre risorse di energia termica, sono stati sviluppati due sistemi di gestione dell’energia (EMS, Energy Management System) basati su tecniche di apprendimento automatico. Entrambi hanno utilizzato interfacce open source per lavorare con i sistemi di gestione degli edifici già esistenti e le loro funzionalità sono state convalidate in due edifici: quello del Museo BTEK a Derio, in Spagna, e quello del campus Hollandsch Huys ad Hasselt, in Belgio. Per immettere la tecnologia sul mercato, il team sta lavorando per migliorare le prestazioni degli scambiatori di calore sia verticali che per fondazioni, ottimizzando il contenuto di fluido, la portata, i materiali e il passo a spirale per lo scambiatore di calore verticale.
Parole chiave
GEOTeCH, geotermico, scambiatori di calore, sistemi di gestione dell’energia, HVAC, riscaldamento, raffreddamento, perforazione, impianto di perforazione, pozzo trivellato
