Pompe di calore geotermiche

Le pompe di calore geotermiche sono sistemi termici in grado di utilizzare l'energia termica del terreno o delle acque sotto il terreno come mezzo di dispersione del calore. Sono utilizzate come impianti di climatizzazione e di riscaldamento degli edifici. Le pompe di calore geotermiche consentono di utilizzare la differenza di temperatura tra il sottosuolo ( pozzo o sorgente ) e la superficie. A 5-10 metri di profondità la temperatura del sottosuolo equivale al livello medio di temperatura nel corso dell'anno, circa 10-15°C, pertanto rispetto alla temperatura esterna dell'aria la temperatura del sottosuolo è più alta in inverno e più bassa in estate. Questa differenza di temperatura è alla base del funzionamento di una pompa di calore geotermica. A seconda delle esigenze di riscaldamento o di raffreddamento la sorgente calda è il sottosuolo oppure l'edificio.

• Riscaldamento. Nella modalità di riscaldamento il sottosuolo rappresenta la sorgente di calore. La pompa di calore forniscono il calore del sottosuolo all'edificio.
• Climatizzazione. Nella modalità di raffreddamento il sottosuolo rappresenta il pozzo caldo dove immettere il calore estratto dall'ambiente interno dell'edificio.

Lo scambio di calore tra il sottosuolo e l'ambiente superficiale può essere effettuato tramite diverse tecnologie. I principali scambiatori di calore sono i seguenti:

• Pompe di calore con scambio diretto. Negli impianti con scambio diretto il fluido della pompa di calore circola in una tubazione nel sottosuolo e scambia direttamente il calore con il terreno. Lo scambio termico tra il fluido refrigerante e il terreno è diretto.
• Pompe di calore con circuito chiuso. Negli impianti a circuito chiuso è presente un liquido intermedio tra il terreno e la pompa di calore. Il liquido intermedio scambia il calore con il terreno e con il liquido refrigerante della pompa di calore.
• Pompe di calore con circuito aperto. Negli impianti a circuito aperto avviene uno scambio termico nell'acqua della falda sotterranea tramite un pozzo di prelievo e un pozzo di reimmissione situati a una distanza sufficiente a mantenere la differenza termica tra la falda e l'ambiente superficiale.

Le pompe di calore geotermiche sono un impianto a bassa entalpia. Il rendimento delle pompe di calore geotermiche è misurato in Coefficient Of Performance ( COP ) ed è pari al rapporto tra il calore immesso/sottratto dall'edificio e il consumo di energia elettrica necessario per il funzionamento delle pompe di calore. Generalmente una pompa di calore geotermica ha una efficienza energetica pari a 3-6 COP, circa 3-6 kWh di calore termico per ogni kWh elettrico consumato. L'efficienza energetica della pompa di calore geotermica è fortemente influenzata dall'efficienza dello scambio termico tra ambiente e sottosuolo. Le pompe di calore geotermiche offrono un rendimento superiore alle caldaie a gas. Pur utilizzando l'energia elettrica dalla rete, spesso prodotta da fonti di energia fossile ( carbone, gas naturale, petrolio ), le pompe di calore geotermico consentono di utilizzare l'energia geotermica ( energia rinnovabile ). Se da un lato per produrre un 1 kWh di energia elettrico è necessario consumare 2.5 kwh termici, dall'altro la pompa di calore geotermica consente di produrre 3-6 kWh termici in virtù dello sfruttamento della geotermia. Il rapporto complessivo della pompa di calore geotermica è quindi pari a 3-6 kWh ogni 2.5 kWh termici. Il rapporto è ovviamente superiore se l'energia elettrica necessaria per alimentare la pompa di calore viene prodotta da pannelli solari o da altre fonti di energia rinnovabile.