Mobilitare il calore sotto i nostri piedi per dare energia agli edifici storici
I sistemi di riscaldamento e raffreddamento geotermico a bassa profondità si stanno rivelando sempre più interessanti per la riqualificazione dell’obsoleto patrimonio edilizio europeo. Le iniziative dell’UE, tra cui l’Ondata di ristrutturazioni, e le misure politiche come la revisione della direttiva sulla prestazione energetica nell’edilizia stanno guidando questo cambiamento. Tuttavia, gli edifici storici hanno delle limitazioni che impediscono loro di utilizzare questa fonte di energia completamente rinnovabile. Il progetto GEO4CIVHIC, finanziato dall’UE, ha sviluppato e modificato le tecnologie esistenti per accelerare la diffusione del riscaldamento e del raffreddamento geotermico a bassa profondità in tali edifici situati in aree edificate. «In media, un sistema geotermico può fornire 4 kW di energia termica all’edificio utilizzando 1 kW di energia elettrica ed estraendo 3 kW di energia libera dal sottosuolo», osserva Adriana Bernardi, coordinatrice del progetto, fisica, direttrice di ricerca e responsabile dell’Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima del Consiglio Nazionale delle Ricerche presso la sede di Padova.
Perforare e operare in uno spazio ristretto
Uno scambiatore geotermico verticale accoppiato a una pompa di calore estrae il calore inesauribile della Terra e fornisce questa energia alle unità di emissione o ai radiatori. Gli scambiatori di calore estraggono l’energia dal suolo fino a 8 ºC e la pompa di calore la «solleva» fino a 60-70°ºC per alimentare il sistema di riscaldamento. In estate, la pompa di calore si inverte e preleva il calore dall’edificio ricaricando il terreno. «Approcci radicalmente nuovi alla perforazione verticale aumentano l’efficienza della pompa di calore per le alte temperature e richiedono nuovi tipi di refrigeranti», spiega Bernardi. La storica città di Mechelen, in Belgio, vanta circa 300 monumenti nazionali. GEO4CIVHIC ha sviluppato un impianto di perforazione compatto e di peso ridotto, con un ingombro minimo, che potesse essere issato con una gru nei giardini di queste pittoresche stradine. GEO4CIVHIC ha ottimizzato e installato diversi scambiatori di calore coassiali in acciaio con tassi di estrazione dell’energia superiori fino al 20-30 %, riducendo la lunghezza totale degli scambiatori di calore necessari. Questi scambiatori di calore sono stati brevettati nell’ambito del progetto Cheap-GSHPs di Orizzonte 2020.
Variazioni tra i siti dimostrativi in tutta Europa
Tre siti pilota e quattro di dimostrazione mostrano la portata del successo di GEO4CIVHIC su una gamma di rocce della crosta terrestre e su diversi tipi di edifici. Sono state sviluppate tre pompe di calore che utilizzano la CO2 come refrigerante più ecologico per i sistemi di emissione ad alta temperatura. A Ferrara (Italia), Greystones (Irlanda) e Mechelen (Belgio), queste hanno dimostrato coefficienti di prestazione fino a 3,3 a temperature di 60-70°C. Una pompa di calore a doppia sorgente (aria/terra) è stata installata in un sito storico di Malta per applicazioni in clima caldo. Inoltre, quattro pompe di calore plug-and-play compatte sono state integrate nelle strutture di prova dell’Università di Padova, in Italia, e di Tecnalia, a Bilbao, in Spagna, per sviluppare applicazioni di gestione energetica e studiare nuovi refrigeranti a basso potenziale di riscaldamento globale. Bernardi sottolinea che: «Questi sviluppi includono l’uso di nuovi refrigeranti a basso potenziale di riscaldamento globale per rispondere https://ec.europa.eu/clima/eu-action/fluorinated-greenhouse-gases/eu-legislation-control-f-gases_en (all’imminente approvazione di una legislazione in materia)». Per la perforazione di rocce dure, GEO4CIVHIC ha sviluppato una testa perforante roto-vibrante compatta e potente. In Irlanda, il caso dimostrativo a Greystones è su roccia compattata, pertanto il gruppo ha utilizzato aria compressa come fluido di perforazione. Il consumo di aria compressa e l’usura della punta sono risultati sostanzialmente inferiori rispetto al metodo di perforazione convenzionale. Nella roccia più tenera di Malta, presso il giardino storico del bastione di Msida, è stata utilizzata l’acqua come fluido di perforazione e la perforazione è stata molto veloce, anche se a velocità inferiori a 1 m/min.
Il futuro dell’energia geotermica
Le mappe di perforabilità complete di GEO4CIVHIC caratterizzeranno i siti in base alle proprietà geologiche, con tanto di velocità e costi di perforazione. «Per l’integrazione degli impianti geotermici con altre fonti rinnovabili, stiamo sviluppando un sistema di supporto alle decisioni. Questo aiuterà gli utenti a migliorare l’efficienza energetica complessiva e ad accelerare il ritorno sugli investimenti», sottolinea Bernardi. La visione di Bernardi per il patrimonio edilizio storico europeo prevede di «dimostrare a tutte le parti interessate il ritorno economico a lungo termine del riscaldamento e del raffreddamento geotermico a bassa profondità. Le attività che abbiamo in programma per la formazione, le linee guida e i workshop contribuiranno ad aumentare la consapevolezza e la fiducia in questa tecnologia tra le parti interessate», conclude.
Parole chiave
GEO4CIVHIC, pompa di calore, edificio storico, refrigerante, energia geotermica a bassa profondità, riscaldamento e raffreddamento, perforazione, foro di perforazione, fonti rinnovabili