Pompe di calore geotermiche applicazione a caso studio

Negli ultimi anni sono stati sperimentati una serie di nuovi scambiatori che hanno affiancato le classiche sonde geotermiche verticali. Gli scambiatori orizzontali a terreno sono una soluzione che cerca di sfruttare le temperature più favorevoli del terreno rispetto all'aria esterna a piccole profondità. Le sonde sono di norma posate a profondità che arrivano al massimo a 2.0-2.5m e nella maggior parte dei casi intorno a 1.5m. Appare evidente che la profondità è tale da risentire ancora della variazione stagionale di temperatura dell'aria esterna. E' importante sottolineare che questo tipo di sistema utilizza il flusso termico proveniente dalla superficie, determinato in modo diretto o indiretto dall'energia solare (radiazione solare, pioggia,ect.) e soprattutto dallo scambio termico con l'aria esterna stessa. Il flusso di calore geotermico, pari a circa 0.1 W/m alle profondità tipiche dei sistemi orizzontali, è sostanzialmente trascurabile. E' quanto mai opportuno installare gli scambiatori orizzontali quindi su terreno libero e in grado di poter scambiare con l'aria esterna, preferibilmente su aree soleggiate; Questo tipo di impianto ha avuto una grande diffusione nel Nord America, per via della densità abitativa piuttosto limitata che permette il suo impiego. In Europa sia per la conformazione dei terreni che per la scarsa disponibilità di superficie non ha avuto grande successo, ad eccezione della Francia dove fin dagli anni '70 si trovano impianti orizzontali. Si tratta prevalentemente di realizzazioni di impianti per villette o ville con ampio giardino disponibile, generalmente quindi con potenza termica installata inferiore a 30 kWt. Questi tipi di scambiatori possono essere classificati dalle modalità di installazione, principalmente tramite sbancamento o scavo di una trincea. La prima soluzione consiste nello sbancamento tramite macchina movimentazione terra di una superficie ampia per una profondità che generalmente arriva al massimo a circa 1m. L'installazione delle serpentine avviene poi manualmente e per tutto il circuito, con posa di uno strato di sabbia di 20cm e ricoprendo poi il tutto con quanto prima rimosso in fase di scavo. Le configurazioni possono essere di vario tipo:
-Serpentino di tubo lineare, con collegamenti in serie o in parallelo;
-Disposizione a spirale;
-Pannello orizzontale in materiale polimerico.
La seconda soluzione invece prevede la posa degli scambiatori all'interno di trincee generalmente larghe circa 60cm, con una notevole riduzione di materiale di scavo e un ridotto impatto in cantiere.Gli scambiatori sono posti in trincee, tipicamente a profondità comprese fra 1.2 e 1.3 m a seconda della modalità di progettazione, da uno a sei scambiatori possono essere installati nella stessa trincea. Le configurazioni adottate per posare gli scambiatori multipli possono essere due: o su piani orizzontali paralleli, o su piani verticali paralleli. Le trincee sono larghe di norma 60 cm e, al fine di minimizzare l'effetto di interferenza termica fra trincea e trincea è necessario siano adeguatamente distanziate fra loro ( circa 2.5m). Affinchè il sistema sia economicamente conveniente deve essere installato nella modalità in ogni caso più semplice possibile, sfruttando anche mezzi già disponibili in cantiere per altri usi. Non ci sono dubbi riguardo alla maggior convenienza di una posa in trincea rispetto alla soluzione a sbancamento (a parte in casi specifici in cui lo sbancamento avviene già per altri scopi).
Due sono i motivi fondamentali:
- con i sistemi atrincea si riduce l'impatto di cantiere e si velocizzano le operazioni di posa
- con conseguenti minori costi;
- con i sistemi a trincea si raggiungono profondità maggiori a tutto vantaggio delle prestazioni della pompa di calore che è in questo modo in grado di operare con temperature del fluido termovettore in ingresso più favorevoli.
Per questi motivi la soluzione a trincea rappresenta oggi la soluzione "standard" in Nord America, dove questa tipologia d'impianto ha maggior diffusione.