Impianto geotermico/Pompa di calore
L’energia geotermica è una forma di energia sfruttabile che deriva dal calore presente negli strati più profondi della crosta terrestre. Infatti penetrando in profondità nella superficie terrestre, la temperatura diventa gradualmente più elevata, aumentando mediamente di circa 30 °C per km nella crosta terrestre (30 °C/km e 80 °C/100 km rispettivamente nel mantello e nel nucleo, si tratta di valori medi, in alcune zone infatti, si possono trovare gradienti decine di volte inferiori o maggiori).
La geotermia a bassa entalpia sfrutta il sottosuolo come serbatoio di calore. Nei mesi invernali il calore viene trasferito in superficie, viceversa in estate il calore in eccesso, presente negli edifici, viene dato al terreno. Questa operazione è resa possibile dalle pompe di calore, motori che tutti noi conosciamo nella forma più diffusa rappresentata dai frigoriferi. Impianti di questo tipo non necessitano di condizioni ambientali particolari, infatti non sfruttano né le sorgenti naturali d’acqua calda, né le zone in cui il terreno ha temperature più alte della media a causa di un gradiente geotermico più elevato. Quello che questa tecnologia sfrutta è la temperatura costante che il terreno ha lungo tutto il corso dell’anno. Normalmente, già ad un metro di profondità, si riescono ad avere circa 10-15 °C. A questo punto si utilizza la pompa di calore che sfrutta la differenza di calore fra il terreno e l’esterno per assorbire calore dal terreno e renderlo disponibile per gli usi umani. Più questa differenza è alta migliore è il rendimento.
La pompa di calore necessita di energia elettrica per funzionare, per rendere l’impianto ambientalmente più compatibile ed energeticamente autosufficiente, si può abbinare ad un impianto fotovoltaico che produrrà l’energia necessaria per alimentare la pompa di calore. Lo stesso impianto può essere utilizzato per raffrescare gli edifici, facendo funzionare la pompa di calore al contrario, quindi assorbendo il calore dalla superficie e trasferendolo al sottosuolo. L’alternanza del funzionamento estate/inverno permette di non raffreddare sensibilmente la zolla di terreno in cui sono situate le sonde.
Funzionamento
Le pompe di calore funzionano grazie a diversi principi fisici, ma sono classificate in base alla loro applicazione (trasmissione di calore, fonte di calore, dispersore di calore o macchina refrigeratrice).
Si porge una spiegazione intuitiva di come funziona una pompa di calore. Si immaginino 100 unità di energia termica all’interno di un pallone; questo viene compresso fino a raggiungere le dimensioni di una pallina da ping pong: questa pallina contiene le stesse unità di energia, ma l’energia termica per unità di volume è maggiore e la temperatura dell’aria all’interno della palla è aumentata.
Le pareti della pallina si riscaldano e quindi il calore inizia a trasferirsi all’esterno. Per portare questo calore in un altro luogo, si può immaginare di muovere la pallina in una zona fredda, dove essa gradualmente aggiusterà la sua temperatura fino a uguagliare la temperatura dell’ambiente: in questo processo si ipotizza che essa trasferisca 50 unità di energia termica.
Dopo che la pallina si è raffreddata, la si può riportare nella zona iniziale e lasciarla espandere. Dato che ha perso calore, nel momento in cui torna alle dimensioni di un pallone la sua temperatura è troppo bassa e quindi inizia ad assorbire energia termica, raffreddando l’aria circostante.
Il compressore di una pompa di calore crea proprio la differenza di pressione che permette il ciclo (similmente alla palla che si espande e si contrae): esso aspira il fluido refrigerante attraverso l’evaporatore, dove il fluido stesso evapora, a bassa pressione, assorbendo calore, lo comprime e lo spinge all’interno del condensatore, dove il fluido condensa, ad alta pressione, rilasciando il calore assorbito. Il fluido refrigerante cambia di stato all’interno dei due scambiatori: passa nell’evaporatore da liquido a gassoso, nel condensatore da gassoso a liquido.
Pompa di calore ad aria per condizionamento
Ci sono due tipi di pompe di calore ad aria; la più comune è quella aria-aria, che estrae calore dall’aria e lo riversa all’interno o all’esterno di un edificio, a seconda della stagione; segue poi quella aria-acqua, che è utilizzata in ambienti con la distribuzione idronica del calore (questa seconda soluzione è comunque più rara).
Le pompe di calore ad aria possono essere:
- progettate per lavorare in unione con una fonte supplementare di riscaldamento, come una caldaia elettrica, a gas, a gasolio.
- già dotate di resistenza elettrica in funzione di riscaldatore supplementare;
- bivalenti, se sono dotate di un riscaldatore a propano per innalzare la temperatura dell’aria in ingresso dall’esterno.
