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Modelli di scambio termico in pozzo sulla base della caratterizzazione geotermica di un reservoir a bassa entalpia: studio di sensitività sulla efficienza dei sistemi di condizionamento con pompa di calore

Informazioni tesi

  Autore: Francesco Tinti
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2006-07
  Università: Università degli Studi di Bologna
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria per l'ambiente e il territorio
  Relatore: Roberto Bruno
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 115

Negli ultimi anni, l’Unione Europea sta promuovendo la diffusione di sistemi innovativi per il risparmio energetico, soprattutto per il settore dell’edilizia, ove una corretta progettazione e l’utilizzo di tecnologie non convenzionali può portare alla riduzione anche dell’80% dei consumi, con conseguente abbattimento delle emissioni.
Tra questi interventi, vi è il sistema di riscaldamento analizzato in questa tesi: la pompa di calore geotermica. Tale sistema ha indubbi vantaggi economici, energetici ed ambientali, a fronte di una non trascurabile spesa iniziale.
Attualmente la progettazione in Italia si basa su modelli statici, sviluppati dall’Università Svizzera del Canton Ticino, per l’utilizzo della pompa di calore nel territorio alpino.
Obiettivo della tesi è la verifica di tali modelli, in collaborazione con l’Università SUPSI, sulle condizioni idrogeologiche della Pianura Padana, soffermandosi su alcuni parametri fondamentali della progettazione di una pompa di calore geotermica, quali la conduttività e la capacità termica volumetrica dei terreni incontrati, la presenza di falde, ed i parametri geometrici del pozzo, al fine di dare una valutazione tecnica ed economica dell’impianto.
A tale scopo, sono state svolte sia indagini in situ, in collaborazione con la società Geotermia SRL di Mantova, per verificare l’andamento medio delle temperature del suolo nei primi cento metri di profondità, sia misurazioni su un impianto geotermico in esercizio, presso la società di progettazione Studio Seta SRL di Faenza.
Il risultato finale si è concretizzato nella creazione di un modello termico del sottosuolo, che, utilizzando tutti i parametri sopra citati, fornisce i valori della potenza termica estraibile dal terreno ed i tempi necessari a che l’intero sistema si assesti su uno stato di regime stazionario, per cui l’energia geotermica si possa considerare una fonte assolutamente rinnovabile.
L’accuratezza di tale modello è stata verificata con un’attenta analisi di sensitività
I dati analizzati dimostrano che la pompa di calore geotermica è, ad oggi, un sistema di condizionamento ad altissima efficienza energetica, ambientale ed economica. Infatti, è energeticamente più efficiente della migliore delle caldaie, può funzionare anche in raffrescamento, è un sistema ad emissioni zero (a meno di quelle derivanti dall’energia elettrica impiegata) ed è economicamente favorevole, godendo anche di considerevoli incentivi statali.
Tale sistema è inoltre particolarmente adatto ai terreni e alle latitudini della Pianura Padana, sia per il riscaldamento invernale che per il raffrescamento estivo, a fronte di una corretta progettazione e della conoscenza delle caratteristiche idrogeologiche del sottosuolo. Grazie anche agli incentivi statali, se ne prevede e se ne auspica la diffusione sull’intero territorio nazionale nei prossimi anni.
Questo studio ha dunque evidenziato sia le potenzialità della pompa di calore geotermica che i suoi margini di miglioramento, fornendo un approccio modellistico innovativo a questo settore, attualmente in forte sviluppo. Il modello creato, inoltre, è estremamente flessibile ed adattabile sia ai diversi tipi di terreno, che alle variazioni di potenza termica richiesta.

La tesi ha vinto il premio "Gustavo Sclocchi Thesis Award 2007", per la ricerca nel campo degli idrocarburi e della geotermia

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1. Introduzione Tra i temi di attualità, quello del risparmio energetico è tra i più dibattuti negli ultimi anni; tale tema è strettamente correlato al problema del riscaldamento globale, infatti, mentre sul prossimo esaurimento delle risorse energetiche tradizionali non vi sono ancora certezze assolute, per quanto riguarda l’azione nociva dei gas serra, la Comunità Scientifica Internazionale si ritrova d’accordo su una netta presa di posizione contro l’emissione di tali sostanze, provocata in larga parte dall’utilizzo dei combustibili fossili. In questo contesto, l’Unione Europea sta promuovendo la diffusione di tecnologie che non prevedano l’utilizzo di gas, petrolio o carbone, soprattutto per il settore dell’edilizia, ove una corretta progettazione e l’utilizzo di tecnologie non convenzionali può portare alla riduzione anche dell’80% dei consumi, con conseguente abbattimento delle emissioni. Tra questi interventi innovativi, il più comune e conosciuto è sicuramente quello del solare termico e fotovoltaico; ma ne esistono anche di altri, ancora non molto pubblicizzati in Italia, ma ampiamente conosciuti e utilizzati in altri paesi dell’Unione. Tra questi, vi è il sistema di riscaldamento analizzato in questa tesi: la pompa di calore geotermica. Tale sistema, come verrà spiegato nell’elaborato di laurea, ha indubbi vantaggi economici, energetici ed ambientali, a fronte di una non trascurabile spesa iniziale. Attualmente, nel Nord Italia, si incominciano a vedere impianti di questo tipo, sulla scia del successo riscontrato nei paesi confinanti (in particolare Austria e Svizzera). La progettazione si basa attualmente su modelli statici, sviluppati dall’Università Svizzera del Canton Ticino, per l’utilizzo della pompa di calore nel territorio alpino. Obiettivo della tesi, è la verifica di tali modelli, di cui si è venuto a conoscenza grazie alla collaborazione con l’Università SUPSI, sulle condizioni idrogeologiche della Pianura Padana, soffermandosi su alcuni parametri fondamentali della progettazione di una pompa di calore geotermica, quali la conduttività e la capacità termica volumetrica dei terreni incontrati, la presenza di falde, ed i parametri geometrici del pozzo, al fine di dare una valutazione tecnica ed economica dell’impianto. Tali analisi è stata infatti fino ad ora affrontata in maniera sommaria dai perforatori, che eseguono generalmente sempre lo stesso modello di pozzo geotermico, sulla base degli esempi consolidati di Svizzera 3

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borehole heat exchangers
geotermia
geothermal heat pumps
modelli termici
pompe di calore
sonde verticali

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