Energia sostenibile

Come evitare "conflitti"
quando si preleva il calore
dalla profondità del terreno

La SUPSI è partner del progetto europeo GEO4CIVHIC, pensato per aumentare l’efficienza dei piccoli impianti geotermici, da installare nel maggior numero possibile di case. Ma le sonde possono "disturbarsi"

di Michela Perrone

Riscaldare o raffreddare gli edifici grazie alla geotermia, ovvero trasferire il calore dal terreno all’edificio. È il principio sfruttato da GEO4CIVHIC (sigla del progetto “Most Easy, Efficient and Low Cost Geothermal Systems for Retrofitting Civil and Historical Buildings”), un’iniziativa europea che punta a migliorare l’efficienza degli scambiatori di calore con il terreno, realizzando sistemi geotermici superficiali (conosciuti come sonde geotermiche) a bassa profondità, da utilizzare per il risanamento di edifici esistenti e storici.
Questa tecnologia è molto diffusa soprattutto in Svizzera, sotto forma di piccoli impianti per case monofamiliari o palazzine. La tecnologia delle sonde geotermiche è infatti applicabile quasi ovunque, purché si abbia lo spazio sufficiente per perforare. Fanno eccezione alcune zone nelle quali gli impianti sono vietati per la presenza di falde acquifere sotterranee a scopo potabile.
La novità di GEO4CIVHIC è rendere le sonde geotermiche ancora più efficienti a livello di scambio termico con il terreno e contenere i costi, con macchine perforatrici compatte che possono lavorare in ambienti stretti. L’ideale per le ristrutturazioni di edifici storici in un contesto urbano, che tipicamente presenta poca superficie libera.

UNA SCELTA STRATEGICA - L’energia geotermica è una delle fonti di energia rinnovabile che l’Unione Europea sta cercando di sviluppare ed espandere. Il Piano strategico europeo per le tecnologie energetiche (SET) la identifica come una tecnologia chiave per la decarbonizzazione del settore del riscaldamento e del raffreddamento, che rappresenta una parte significativa del consumo energetico dell’UE.
La Svizzera è all’avanguardia nell’utilizzo di questa fonte energetica: «È il Paese europeo con il maggior numero di sonde geotermiche per metro quadrato di superficie nazionale» - ricorda Marco Belliardi, ricercatore presso l’Istituto sostenibilità applicata all’ambiente costruito della SUPSI.  La Scuola Universitaria Professionale della Svizzera italiana è tra i partner del progetto GEO4CIVHIC e si è occupata, in particolare, di approfondire le problematiche legate all’interferenza termica tra impianti geotermici. Si tratta di un fenomeno, più o meno ampio, che si verifica tra impianti vicini e che penalizza il funzionamento di queste stratture sul lungo termine.

COME FUNZIONA - Chi si occupa di geotermia la classifica in tre macro-categorie: bassa, media e alta profondità. La prima è quella su cui si concentra il progetto GEO4CIVHIC e va dalla superficie fino a circa 300 metri di profondità. La sua temperatura (costante tutto l’anno, indipendentemente dalla stagionalità) si colloca tra i 10 e i 17 gradi. «Nelle zone urbanizzate del Ticino il terreno ha una temperatura attorno ai 12° in superficie, per arrivare a 17-18°C a 300 metri di profondità - spiega Belliardi – ovvero con un aumento medio di circa 2° centigradi ogni 100 metri».
Questo calore viene utilizzato in modo indiretto, grazie a una pompa di calore, cioè una macchina in grado di estrarre e trasferire energia termica utilizzando differenti sorgenti di energia, tra cui il terreno.
«Nel caso di una pompa di calore geotermica - continua Belliardi - il calore viene estratto dal terreno mediante degli scambiatori di calore (detti sonde geotermiche, appunto) che contengono acqua e antigelo. Questo calore geotermico, a una temperatura relativamente bassa, viene poi valorizzato in modo efficiente dalla pompa di calore per il riscaldamento dei locali e la produzione di acqua calda sanitaria».
Dal punto di vista pratico, una macchina perforatrice effettua un foro del diametro di una quindicina di centimetri nel terreno, a una profondità che può variare tra gli 80 e i 250 metri. All’interno, sono inseriti due tubi a U che sono poi cementati, diventando un tutt’uno con il terreno. Dentro ai tubi avviene lo scambio di calore.

AUMENTARE L’EFFICIENZA DEGLI EDIFICI - Secondo un rapporto dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (AIE), il tasso globale di ammodernamento per gli edifici residenziali e commerciali è di circa l’1% l’anno. Attualmente, si tratta per lo più di interventi di natura superficiale. L’iniziativa per la transizione energetica della Commissione Europea vuole portare questa percentuale al 3% e rendere più significativi gli interventi di ammodernamento del patrimonio edilizio. Il progetto GEO4CIVHIC si inserisce in questo filone.
I sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria con pompe di calore hanno guadagnato popolarità negli ultimi anni grazie alla loro efficienza energetica e al loro basso impatto ambientale. Secondo gli esperti, è probabile che le pompe geotermiche diventino sempre più diffuse con l’inasprirsi delle normative sull’efficienza energetica e contestualmente con la crescente consapevolezza dei consumatori riguardo ai vantaggi di questi sistemi. L’aumento della domanda potrebbe portare a una maggiore concorrenza tra i produttori, abbassando i prezzi e rendendo i sistemi geotermici più accessibili.
In questo momento Svizzera, Olanda e Svezia sono i Paesi europei con una penetrazione maggiore di questo tipo di impianti. «In Svizzera, in particolare - spiega Belliardi - i dati di vendita mostrano che circa una pompa di calore su tre è geotermica, e praticamente tutte le nuove costruzioni sono con pompe di calore. Da qui lo studio dei problemi di interferenza tra vicini».
Le "ripercussioni" positivi del progetto GEO4CIVHIC sono tecnologie innovative da applicare sul mercato, e uno studio di ambiti specifici, da quello normativo a quello dell’interferenza termica, che ha impegnato i ricercatori SUPSI.

I CONFLITTI FRA LE SONDE - «Tutte le sonde interferiscono tra loro: prelevando il calore dal terreno, lo raffreddano - dice Belliardi. - Al crescere del numero di impianti aumenta anche la probabilità di interferire tra loro». Un impianto grande può arrivare a contare una decina di scambiatori: «In questo caso, prima di progettarne un altro in un mappale confinante, occorre studiare la situazione - afferma il ricercatore. - Il nostro ruolo è stato elaborare un approccio integrato per la prevenzione delle interferenze termiche a lungo termine, fornendo strategie di gestione e suggerimenti tecnici per la progettazione e il funzionamento».

LA CARENZA DI DATI - Il problema principale individuato dal team di partner europei è la mancanza di dati: «Molte nazioni europee non raccolgono e rendono disponibili le informazioni legate a questi impianti geotermici - spiega Belliardi. - La Svizzera è avanti su questo aspetto, avendo da molti anni implementato una serie di portali cantonali per la registrazione di tutti gli impianti geotermici. Tuttavia spesso non sono sufficientemente aggiornati, perché le informazioni che vengono raccolte si basano in molti casi su progetti preliminari, che però possono cambiare anche notevolmente in fase di realizzazione finale». È importante che i dati siano aggiornati fin da subito perché, a differenza di altre tecnologie rinnovabili che possono essere facilmente individuate in un secondo momento, i sistemi geotermici a bassa profondità sono difficili da localizzare dopo l’installazione, a causa del loro impatto visivo praticamente nullo.
Gli esperti della SUPSI hanno elaborato un diagramma di flusso a sei fasi che rappresenta una linea guida per identificare il processo ideale di pianificazione e realizzazione di un impianto geotermico, fornendo inoltre suggerimenti su come migliorare i processi già presenti al fine di prevenire le interferenze. Lo strumento è poi stato applicato a diversi casi di studio in tutta Europa. «Speriamo che questo modello - conclude Belliardi - possa servire nelle diverse fasi, per realizzare impianti che tengano conto del contesto e dunque siano ancora più efficienti e sostenibili nel tempo. La geotermia è un’incredibile fonte energetica rinnovabile ed efficiente ma, per sfruttarne appieno il potenziale, è fondamentale sviluppare un sistema di gestione oculato e sostenibile, in modo da non penalizzarne la durata e garantire benefici ecologici ed economici per le generazioni future».