La geotermia a bassa entalpia. Il progetto di un impianto di climatizzazione in ambito civile

INDICE 
 
INTRODUZIONE         ........................................................................................00007 
 
1. GEOTERMIA 
1.1       Introduzione      ...........................................................................................00012 
1.2       Produzione di energia elettrica            ..............................................................00021 
1.3       Hot Dry Rock         .........................................................................................00027 
1.4       Teleriscaldamento       ..................................................................................00031 
1.5       Geotermia a bassa entalpia per la climatizzazione           ................................00032 
1.6       Altri usi: agricoltura e allevamento           ........................................................00035 
 
2. POMPE DI CALORE 
2.1       Introduzione                    ...........................................................................................00038 
2.2       Pompe di calore elettriche               .....................................................................00040 
            2.2.1   Ciclo frigorifero delle pompe di calore elettriche        ......................00040 
            2.2.2   Valutazione delle prestazioni delle pompe di calore elettriche               ...000 43 
2.3       Componenti principali della pompa di calore elettrica      ..........................00047 
            2.3.1   Compressore       ...............................................................................00047 
            2.3.2   Condensatore ed evaporatore            .....................................................00056 
            2.3.3   Valvola di laminazione         ...............................................................00058 
2.4       Fluidi refrigeranti    ...................................................................................00060 
            2.4.1   Classificazione e caratterizzazione dei refrigeranti    ...................000063 
            2.4.2   Livelli di infiammabilità e tossicità        ............................................00065 
            2.4.3   Aspetti ambientali      .......................................................................00065 
            2.4.4   Principali fluidi refrigeranti impiegati nelle pompe di calore a  
                       compressione      ...............................................................................00066 
2.5       Pompe di calore (a gas) a motore endotermico       ......................................00073 
            2.5.1   Valutazione delle prestazioni delle macchine GEHP           .................00075 
            2.5.2   Collegamenti motore endotermico-compressore        ........................00078 
2.6       Pompe di calore ad assorbimento      ..........................................................00081 
            2.6.1   Principio di funzionamento elementare di una pompa di calore 
                       ad assorbimento           ..........................................................................00081 
            2.6.2   Miscele utilizzate nei ad assorbimento             .......................................00084 
            2.6.3   Valutazione delle prestazioni delle macchine AHP         ....................00085 
            2.6.4   Vantaggi e svantaggi delle pompe di calore ad assorbimento  
                       rispetto a quelle a compressione di vapore          ................................00089  
2.7       Prestazioni minime richieste alle pompe di calore dalla normativa  
            italiana per la concessione degli incentivi statali      ...................................00091 
 
 
3. SONDE GEOTERMICHE VERTICALI 
3.1       Introduzione             ............................................................................................00096 
3.2       Tubazioni       ...............................................................................................00099 
3.3       Piede di sonda      ........................................................................................00101 
3.4       Materiale di riempimento        .......................................................................00102 
3.5       Tubo di iniezione      ...................................................................................00109

Indice 5 
3.6       Zavorra    ...................................................................................................00111 
3.7       Distanziali      ..............................................................................................00112 
3.8       Fluidi termovettori geotermici      ...............................................................00113 
3.9       Metodi di perforazione (cenni)       ..............................................................00115 
3.10     Attrezzature specifiche per la posa della sonda     .....................................00119 
3.11     Modellizzazione del sistema sondanullterreno    ...........................................00122 
            3.11.1   Modello analitico conduttivo basato sulla teoria della sorgente  
                         cilindrica    ...................................................................................00122 
3.12     Dimensionamento delle sonde geotermiche      ..........................................00128 
            3.12.1   Metodo di dimensionamento ASHRAE      .....................................00129 
 
4. CLIMATIZZAZIONE E ACS 
4.1       Climatizzazione                  ......................................................................................00139 
4.2       Calcolo del fabbisogno energetico sensibile netto per la climatizzazione 
            invernale ed estiva di un edificio     ............................................................00145  
            4.2.1   Energia termica sensibile scambiata per trasmissione nel 
                       periodo invernale ed estivo           .........................................................00 147 
            4.2.2   Energia termica sensibile scambiata per ventilazione nel periodo 
                       invernale ed estivo                .......................................................................00152 
            4.2.3   Apporti termici sensibili interni             .................................................00154 
            4.2.4   Apporti termici sensibili solari                ...................................................00155 
            4.2.5   Fattori di utilizzazione             ................................................................00160 
            4.2.6   Determinazione del periodo di esercizio invernale ed estivo             .....00163 
4.3       Calcolo del carico termico invernale di progetto di un edificio o di una  
            sua entità porzione                             .................................................................................00165 
            4.3.1   Calcolo della potenza termica sensibile di progetto dispersa per 
                       trasmissione     .................................................................................00167 
           4.3.2    Calcolo della potenza termica sensibile di progetto dispersa per 
                       ventilazione    ..................................................................................00173 
            4.3.3   Calcolo della potenza di ripresa          ..................................................00174 
4.4       Calcolo del carico termico estivo di progetto di un edificio   ...................00176 
            4.4.1   Calcolo del carico termico estivo Ф
op,S,i
       .....................................00180  
            4.4.2   Calcolo del carico termico estivo Ф
op,null T,i
         ...................................00186 
            4.4.3   Calcolo del carico termico estivo Ф
vetr,i
                       .....................................00186 
            4.4.4   Calcolo del carico termico estivo Ф
ve,sen,i
                  ...................................00193 
            4.4.5   Calcolo del carico termico estivo Ф
int,sen,i
                        ..................................00194 
            4.4.6   Calcolo dei carico termico estivo Ф
ve,lat,i
              ...................................00196 
            4.4.7   Calcolo del carico termico estivo Ф
int,lat,i
    v     ..................................00197 
4.5       Produzione di acqua calda sanitaria    .......................................................00200 
            4.5.1   Fabbisogno energetico netto  per la produzione giornaliera   
                       media di acqua calda sanitaria        ...................................................00200 
            4.5.2   Potenza termica utile richiesta per la produzione di acqua calda 
                       sanitaria    .......................................................................................00202 
 
5. ESEMPIO DI PROGETTAZIONE 
5.1       Introduzione              ...........................................................................................00206 
5.2       Verifica della fattibilità tecnica ed individuazione dei vincoli  
            autorizzativi                   ............................................................................................00211

Indice 6 
5.3       Caratterizzazione termogeologica del sito              .............................................00212 
5.4       Individuazione delle componenti principali dell’impianto geotermico   ...00214 
5.5       Scelta e dimensionamento del sistema di ventilazione meccanica 
            controllata        ...............................................................................................00215 
5.6       Analisi delle prestazioni energetiche richieste alla pompa di calore                       
            geotermica           .............................................................................................00219    
            5.6.1   Energia effettivamente richiesta alla pompa di calore nei diversi  
                       mesi dell’anno            ............................................................................00219 
            5.6.2   Potenze richieste alla pompa di calore         .......................................00223 
5.7       Scelta della pompa di calore e definizione dello schema d’impianto            ....00232 
5.8       Dimensionamento delle sonde geotermiche mediante l’applicazione del  
            Metodo ASHRAE     ..................................................................................00236 
5.9       Analisi e valutazione del progetto dal punto di vista economico e delle 
            emissioni di gas serra    ..............................................................................00242 
 
CONCLUSIONI                ..........................................................................................00247 
 
BIBLIOGRAFIA           .........................................................................................00251