L’energia geotermica a bassa entalpia è quella sprigionata dai primi strati del sottosuolo. Essa rappresenta una risorsa energetica pulita e rinnovabile, oltre che un’alternativa economica per il riscaldamento e la climatizzazione.
Quella che definiamo, in termini complicati, geotermia a bassa entalpia, è in realtà una tra le tipologie di energia geotermica più conosciute e maggiormente sfruttate. Si tratta di una soluzione energetica rinnovabile, sostenibile e che sfrutta il calore proveniente dalle zone più superficiali del sottosuolo per soddisfare ogni esigenza di riscaldamento e raffrescamento in singoli edifici, abitazioni e complessi residenziali. Esistono svariate tecnologie associate allo sfruttamento della geotermia superficiale. Queste sono capaci di cambiare completamente il nostro rapporto con l’energia, se adottate su larga scala.
Cosa si intende per geotermia a bassa entalpia
L’energia geotermica a bassa entalpia è una fonte rinnovabile. Si tratta di potenza pulita e, in larga parte, completamente indipendente dalle condizioni atmosferiche. I sistemi a bassa entalpia sono principalmente utilizzati per la climatizzazione di edifici singoli. Collocati in abitazioni e complessi residenziali, offrono costi operativi contenuti. Ma come funzionano? Da dove ottengono l’energia che trasferiscono?
Nei primi strati del sottosuolo, fino a qualche decina di metri di profondità, il calore è generalmente legato all’assorbimento dell’energia solare. Ciò significa che varia stagionalmente, seguendo il calendario solare. Tuttavia, già a partire da circa 20 metri di profondità, la temperatura non è più influenzata da quanto avviene in superficie e resta stabile durante tutto l’anno. Aumentando la profondità in funzione del gradiente geotermico terrestre si può raggiungere la fascia ipogea nella quale la temperatura resta stabile.
Questa tecnologia, quindi, prevede lo scambio di calore con rocce e/o falde acquifere a profondità che variano dai 2 ai 200 metri. In taluni casi, occorre spingersi sottoterra di 400 metri. Proprio a causa delle profondità relativamente moderate, si parla spesso di geotermia superficiale. La sostenibilità e la rinnovabilità di questo tipo di energia geotermica la rendono una risorsa con il potenziale di rivoluzionare, è il caso di dirlo, il nostro concetto di approvvigionamento energetico. Tenendo conto che a livello mondiale quasi metà della domanda energetica è destinata alla produzione di calore, la geotermia a bassa entalpia potrebbe assumere un ruolo chiave nel processo di decarbonizzazione.
In Europa, oggi, Francia e Germania sono paesi all’avanguardia nello sfruttamento di questa risorsa. In quelle nazioni, il numero di installazioni domestiche di impianti a bassa entalpia sta registrando una significativa, e costante, crescita nel numero di unità.
Differenze tra geotermia a bassa e ad alta entalpia
La distinzione in bassa, media e alta entalpia, relativamente all’energia estrapolata dal sottosuolo, si deve alla temperatura del fluido geotermico. L’entalpia è l’unità di misura del contenuto termico dei fluidi interrati. Quando questa si definisce alta, il calore proviene da profondità maggiori del sottosuolo, tipicamente aree piuttosto ricche di attività geotermica. In zone vulcaniche o tettoniche si sfrutta generalmente questa energia, ideale per la produzione di tipo geotermoelettrico. La geotermia a entalpia media sfrutta, come dice il nome stesso, il calore disponibile a profondità intermedie. Se ne fa uso per il teleriscaldamento e la produzione calorifera per abitazioni.
La geotermia a bassa empatia, sulla quale si focalizza questo articolo, sfrutta, come anticipato, il calore collocato a profondità esigue, nel sottosuolo. È la tipologia di energia geotermica più diffusa per riscaldare gli edifici, poiché non ha alcuna necessità di essere collocata in aree particolari, presso le quali insistano anomalie geologiche. Particolarmente efficiente sia dal punto di vista energetico, sia da quello ambientale, lo sfruttamento della geotermia a bassa entalpia è semplice dal punto di vista realizzativo, gratuito, efficiente e rinnovabile. Recentemente, sta conoscendo sempre maggiore popolarità.
Tipologie di impianti
Un tipico impianto geotermico a bassa entalpia si compone di una pompa di calore, posta in superficie, e da tubazioni e pozzi, installati nel terreno, i quali raggiungono la profondità di estrazione della risorsa geotermica. All’interno dei tubi, che agiscono come sonde, circola un fluido termoconvettore, responsabile dello scambio di calore tra sottosuolo e superficie. Questi impianti hanno duplice funzione. Durante i mesi invernali prelevano calore dal terreno, al fine di impiegarlo per il riscaldamento e la produzione di acqua calda. In estate, invece, cedono il calore in eccesso, restituendolo al sottosuolo.
Esistono due principali categorie di impianti geotermici, ben distinte in funzione della tecnica di installazione e del tipo di fluido termoconvettore utilizzato. Li chiamiamo sistemi a circuito chiuso e a circuito aperto.
Sistemi a circuito chiuso
Nei sistemi a circuito chiuso, il fluido termoconvettore, una miscela di acqua e refrigerante – generalmente glicole o etanolo – circola continuamente all’interno delle sonde in polietilene. Le sonde geotermiche impiegate sono a orientamento verticale e consistono in tubature a U, singole o doppie, posizionate all’interno di un pozzo. Affinché siano ben isolate le si circonda con malta cementizia. Quest’ultima previene la dispersione laterale del calore ed evita eventuali interazioni indesiderate con i fluidi di strato. La profondità di installazione di queste sonde può variare notevolmente, estendendosi da alcune decine a centinaia di metri sotto la superficie.
I collettori, l’altro elemento imprescindibile in questi sistemi, si compongono di una rete di tubazioni con andamento meandriforme. I tubi posti in rete sono collegati tra loro in serie, o alternativamente in parallelo. Vengono stesi orizzontalmente, in prossimità dell’edificio. Tipicamente, si collocano a profondità non superiori ai 4 metri. I collettori utilizzano principalmente il calore generato dall’assorbimento della radiazione solare.
Sistemi a circuito aperto
Nei sistemi a circuito aperto, invece, è l’acqua delle falde acquifere presenti nel sottosuolo a fare da fluido termovettore. Un sistema geotermico di questo tipo opera attraverso due pozzi: uno destinato all’estrazione dell’acqua mentre l’altro alla sua iniezione. In pratica, si preleva il liquido direttamente dalla falda e lo si riutilizza al fine di climatizzazione degli spazi interni. Una volta sfruttato tutto il suo potenziale termico in questa maniera, l’acqua si re-inietta nel sottosuolo, attraverso il secondo pozzo. Tali sistemi possono rappresentare una fonte significativa di calore, a costi ridotti, ma presentano la necessità inderogabile di una manutenzione più frequente.
Affinché il funzionamento di simili impianti sia sempre ottimale, libero da cali di afflusso che metterebbero in crisi la produzione di calore, è indispensabile la presenza di un acquifero con caratteristiche idrauliche adeguate. Occorre scegliere un bacino dalla buona permeabilità, che presenti una composizione chimica dell’acqua favorevole e un facile accesso alle falde. Non è dunque sempre possibile installare un sistema a circuito aperto.
I vantaggi della geotermia a bassa entalpia
Il calore generato dalla geotermia a bassa entalpia, in funzione dei carichi termici, potrà essere utilizzato in modo continuativo nell’arco delle stagioni. In seguito a estrapolazione dei dati geolitologici e idrogeologici dell’area circostante l’ubicazione del sistema, si condurrà una simulazione preliminare sulla potenza termica estraibile dal terreno, con buona attendibilità. Le tubature saranno dotate di un sistema di controllo, tramite fibre ottiche, preposto al monitoraggio costante del campo termico, della sua evoluzione e dell’efficienza del sistema sonde-terreno, nel corso del tempo. Una diagnostica pre-installatoria, dunque, sarà in grado di informarci su prestazioni e vantaggi dell’impianto.
I benefici legati alla geotermia a bassa entalpia sono svariati. Innanzitutto, concede un risparmio anche fino all’80% (secondo alcune stime) sui costi di riscaldamento e raffrescamento e, in secondo luogo, permette una produzione energetica finalmente libera dall’emissione di anidride carbonica e dalla generazione di inquinamento acustico. Un impianto geotermico è, infatti, molto silenzioso e presenta anche un ulteriore vantaggio considerevole: consente il riscaldamento e il raffrescamento dell’ambiente domestico attraverso un unico impianto.
