Provincia di Pisa

1. Comune di Pisa Provincia di Pisa Anno 2006-2007 USO RAGIONATO DELL’ENERGIA E DELL’ACQUA “ENERGIE RINNOVABILI ED EFFICIENZA ENERGETICA” POMPE DI CALORE GEOTERMICHE E FONTI RINNOVABILI A BASSA ENTALPIA Giuseppe Ghezzi, Rotary Club Pisa LARDERELLO – 21 e 22 MARZO 2007

2. LA POMPA DI CALORE È UN DISPOSITIVO CHE CONSENTE DI INNALZARE IL LIVELLO DI TEMPERATURA DELL’ENERGIA TERMICA PRELEVATA DA UNA SORGENTE LA CUI TEMPERATURA NON NE CONSENTA UN UTILE IMPIEGO

3. PER QUESTO FUNZIONAMENTO È NECESSARIA LA FORNITURA DI UN’ADEGUATA QUANTITÀ DI ENERGIA DI MIGLIORE QUALITÀ, QUASI SEMPRE ENERGIA ELETTRICA Il COP (Coefficient of Performance) è il rapporto fra l’energia termica prodotta dalla macchina (Qu) e l’energia pregiata necessaria per assicurarne il funzionamento (L)

4. FONTI PER IL FUNZIONAMENTO DELLE POMPE DI CALORE: • ARIA ESTERNA • ACQUA • TERRENO A PARITA’ DI TEMPERATURA, RISPETTO ALL’ARIA, L’ACQUA PRESENTA CARATTERISTICHE DI SCAMBIO TERMICO MIGLIORI ED UNA MAGGIORE CAPACITA’ TERMICA

5. ACQUE SOTTERRANEE Fonti della risorsa sotterranea: • Acqua di falda con temperatura normale • Acqua di falda a bassa entalpia  COP migliore a parità di Q Esempio di funzionamento estivo (Fig. 1): due pozzi, posti ad una distanza di circa 150 m, che forniscono fino a 60 m3/h di acqua. In Italia il caso più interessante è quello dell’AEM di Milano che utilizza la falda multistrato alluvionale per teleriscaldamento invernale e raffreddamento estivo

6. ACQUE SOTTERRANEE Fig. 1 - Schema d'impianto (funzionamento estivo) del sistema UTES del Groene Hart Hospital di Gouda, Olanda

7. ACQUE SUPERFICIALI Fonti della risorsa superficiale: • Fiume, torrente, roggia • Lago, mare Principio base: raffreddare l’acqua di 3° C e ottenere le temperature di progetto mediante la pompa di calore. Esempi di utilizzo di acque superficiali Estero: molto diffuso (paesi scandinavi con acqua di mare) Italia: il metodo è di recente introduzione. Attualmente in esercizio: Bergamo, dove con l’acqua di una roggia è stato realizzato un impianto di teleriscaldamento a pompe di calore (e raffreddamento estivo) che serve buona parte della città.

8. TERRENO A qualche metro di profondità la temperatura del terreno si stabilizza ad un valore prossimo alla media annuale della temperatura dell’aria. A profondità maggiori entra in gioco l’energia termica endogena: oltre i 30 metri di profondità si riscontra in media un incremento di temperatura di circa 1 °C ogni 30 m.

9. TERRENO Nel caso del terreno, come sorgente per la pompa di calore, il sistema si realizza interrando un tubo o più tubi di adeguata lunghezza. Lo scambio termico può essere: • indiretto, con l’evaporatore della macchina mediante la circolazione di un liquido; • diretto, realizzando l’evaporatore entro i tubi interrati. Le tecniche dei tubi a terreno si dividono in due categorie: • a tubi orizzontali • a tubi verticali

10. TERRENO I sistemi a tubi orizzontali vengono interrati generalmente a piccola profondità (0.8 – 1.5 m) ed hanno perciò bisogno di un’ampia superficie sgombra da edifici. I sistemi a tubi verticali utilizzano una o più perforazioni con profondità variabili da valori minimi di 10 m a qualche centinaio di metri (Fig. 2). La superficie di pianta richiesta è molto più ridotta del caso precedente. In casi di fondazioni profonde, gli stessi pali di fondazione dell’edificio possono svolgere la funzione dei pozzi.

11. FONTI RINNOVABILI GEOTERMICHE A BASSA ENTALPIA Il sottosuolo del nostro Paese è ricco di acque termali che danno luogo a numerose manifestazioni spontanee di acque calde che formano la famiglia dei fluidi a bassa entalpia. Si tratta di sorgenti la cui temperatura all’emergenza è solitamente inferiore a 100 °C ma superiore alla temperatura media dell’aria del sito di emergenza, che varia da luogo a luogo. La teoria attualmente più accreditata sull’origine delle acque termali si basa su uno schema messo a punto una cinquantina di anni addietro, grazie al supporto degli isotopi dell’idrogeno e dell’ossigeno presenti nell’acqua.

12. L’innesco di una circolazione a bassa entalpia si spiega quindi con lo stesso principio che origina la formazione del vapore endogeno: cambia solo la profondità di circolazione che, nel caso delle sorgenti termali, è solitamente più superficiale.

13. Lo schema classico è quello di un circuito che si innesca con l’infiltrazione delle acque di pioggia nelle formazioni permeabili che affiorano generalmente sui rilievi: le acque infiltrate sono costrette a seguire la geometria delle formazioni permeabili che, per cause geologiche (pieghe e faglie), possono scendere fino a diverse centinaia, talora anche qualche migliaio di metri sotto il piano campagna.

14. In Fig. 3 si riporta lo schema di alimentazione del bacino termale euganeo (Abano, Montegrotto, Battaglia), che presenta le seguenti caratteristiche: a) una infiltrazione localizzata in una fascia a quota media di 1500 metri, definita grazie ai dati del deuterio; b) una circolazione profonda che raggiunge qualche migliaio di metri e che consente all’acqua di acquisire una elevata temperatura; c) una permanenza nel sottosuolo di almeno alcuni decenni,valutati in base ai dati di analisi del tritio; d) una fase di risalita veloce, che consente la conservazione di buona parte della temperatura acquisita nella discesa.