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I tipi di sonde geotermiche

Le sonde geotermiche rappresentano un circuito chiuso come precedentemente evidenziato in cui avviene lo scambio di calore con il terreno mediante un fluido glicolato (acqua miscelata ad antigelo atossico) che circola al loro interno. Si differenziano dai sistemi ad acqua di falda in quanto sono circuiti chiusi in cui non vi è scambio di liquido con le falde acquifere. Le sonde geotermiche si possono differenziare in diverse tipologie:

ORIZZONTALE
VERTICALE
SPIRALE
PALI ENERGETICI DI FONDAZIONE
CIRCUITI ANNEGATI
SONDE IN TRINCEA

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LE SONDE GEOTERMICHE ORIZZONTALI (CIRCUITO CHIUSO)

E' la soluzione più economica, facile da installare e la più diffusa. Prevede la posa di sensori geotermici composti da tubi in polietilene ad alta densità o tubi di rame con guaina in polietilene anti corrosione nei quali circola rispettivamente acqua glicolata o fluido frigorifero. A titolo di esempio per una costruzione con una superficie di circa 100 mq. sono necessari circa 120 – 150m2 di superficie di captazione. La posa dei sensori geotermici non altera in alcun modo la natura del terreno, dopo l’interramento delle tubazioni è possibile sfruttare la superficie sovrastante senza creare problemi al buon funzionamento dell’impianto. Le sonde sono generalmente posizionate ad una profondità di 1,5 m o comunque sotto il limite di congelamento del terreno, impegnando un'area proporzionale alla potenza richiesta, da maggiorarsi nel caso di utilizzo estivo del sistema come raffrescamento e nel caso di isolamento medio o scarso dell'abitazione. La posa in opera può avvenire o tramite sbancamento di una parte del terreno o scavando trincee strette e profonde. Il dimensionamento del sistema è influenzato da:

sito di installazione (temperatura media esterna)
proprietà del suolo (capacità termica specifica, conducibilità termica, densità, umidità)
esposizione dell'area alla radiazione solare ed alla pioggia, per cui la superficie deve essere lasciata “a prato” o al più piantumata con cespugli bassi. Infatti il suolo, nella fascia superficiale fino a 10 metri, risente molto delle variazioni stagionali di temperatura e ne deve essere favorita al massimo la rigenerazione termica.
volume e livello di isolamento dell'edificio, poichè influiscono in modo determinante sul fabbisogno energetico dell'edificio stesso
temperatura richiesta dal sistema di riscaldamento

A seconda del tipo di suolo e di esposizione dello stesso, le prestazioni del sistema sono comprese tra i 10 e i 40 W/m². Se si dispone di una sufficiente area di prato, questa soluzione è generalmente più conveniente in termini di rapporto costi-benefici rispetto a quella a sonda verticale. Non è però particolarmente indicata per il raffrescamento estivo, in quanto nei mesi caldi il terreno raggiunge ben presto alte temperature che non agevolano lo scambio in raffrescamento.

LE SONDE GEOTERMICHE VERTICALI: SISTEMI SUOLO-ACQUA

Per coloro che non hanno a disposizione una superficie sufficiente per la posa dei sensori esiste la soluzione verticale. Una sonda geotermica verticale è costituita da una coppia di tubi a U in polietilene nei quali circola acqua con antigelo non tossico e che vengono calati in pozzi che vanno dai 70 ai 120 m di profondità. Nei primi 100-150 mt, la temperatura del sottosuolo, è con buona approssimazione costante e, in pari a circa 13°C. Per estrarre calore dal sottosuolo mediante una sonda geotermica verticale è sufficiente immettere acqua nella sonda ad una temperatura di 4-6°C inferiore a quella del sottosuolo. Trovando un terreno con temperatura media di circa 13°C dopo aver percorso 200 mt, 100 a scendere e 100 a salire, l’acqua tornerà su ad una temperatura superiore rispetto a quella a cui è stata immessa.La condizione fondamentale che è alla base per procedere alla realizzazione dell’impianto è l’accertamento dei requisiti che il sottosuolo deve possedere, attraverso una fase di analisi, e la successiva redazione di una relazione geologica. Si tratta di un sistema a circuito chiuso, in grado di captare calore dal suolo. Nel suolo, utilizzato come serbatoio di calore, vengono praticate una o più perforazioni del diametro di circa 10-15 cm, fino a una profondità generalmente variabile tra 50 e 150 metri e che dipende da:

sito di installazione (temperatura media esterna)
proprietà del suolo (capacità termica specifica, conducibilità termica, densità, umidità)
volume e coibentazione dell'edificio da servire
temperatura richiesta dal sistema di riscaldamento e/o raffrescamento

Questo sistema sfrutta infatti la temperatura costante del sottosuolo che varia mediamente intorno dai 10°C ai 14°C a partire da una certa profondità (generalmente 10-20 metri). Ogni sonda è costituita da due moduli doppi generalmente in polietilene uniti ad "U" in modo da formare un circuito chiuso (andata-ritorno) all'interno dei quali circola il fluido. Le sonde vengono collegate in superficie ad un collettore a sua volta collegato ad una pompa di calore. In funzione del tipo di suolo le prestazioni del sistema si possono mediamente attestare dai 50 a 60 W/m.

PALI ENERGETICI
Sono costituiti da pali di diamentro superiore a 600, dove nelle armature viene attaccata la spirale delle sonde geotermiche , che son in tubo PE100 PN 16 diamentro interno 37 esterno 40, e poi annegate nel cemento del palo di fondazione.Se la struttura in fase di costruzione richiede delle fondazioni speciali, quindi palificazioni o micropali, si utilizzano , per quel poco che possono produrre, le stesse per inserire le sonde geotermiche.

CIRCUITI ANNEGATI
Le sonde spesso costituite da sonde a spirale vengono gettate nei laghi con dei pesi per farle andare a fondo.

SONDE IN TRINCEA
Vengono realizzate mediante degli scavi di larghezza 100cm profondità 250cm , alle pareti delllo scavo vengono poste in modo orrizontale le sonde geotermiche ad una distanza tra di loro di 40cm.

Collettore industriale

sonde orizzontali in campo

collettore sonde in pozzetto

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