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Pozzo per inserimento sonde geotermiche verticaliLa tipologia più diffusa di impianti geotermici sfrutta sonde di tipo verticale che penetrano nel terreno attraverso pozzi geotermici di profondità limitata, dell'ordine dei 100 m.

Per un unico impianto sono richiesti più pozzi il cui numero dipende dal fabbisogno termico da soddisfare e dalla resa termica del sottosuolo da cui l'energia termica deve essere estratta. La realizzazione dei pozzi è preceduta da una serie di indagini finalizzate alla determinazione di:

  • conducibilità termica;
  • densità;
  • presenza di umidità;
  • stratificazione del sottosuolo.

La conducibilità termica dei materiali costituenti è determinante ai fini del dimensionamento di un campo geotermico: in letteratura sono presenti numerose tabelle riportanti le conducibilità dei diversi tipi di suolo e di roccia.

Come è possibile osservare nel seguente prospetto le rocce sono i materiali con maggiore conducibilità

 

Tipo di sottosuolo

Resa W/m

Sottosuolo povero e sedimenti secchi 20
Sottosuolo roccioso e sedimenti poveri di acqua 50
Roccia consolidata con elevata conducibilità 70
Ghiaia e sabbie secche <20
Ghiaia e sabbie sature di acqua 55-65
Ghiaia e sabbia con notevole flusso di acqua di falda 80-100
Argilla 30-40
Calcare 45-60
Arenaria 55-65
Rocce magmatiche silicee (granito) 55-70
Rocce magmatiche basiche (basalto) 35-55

Questi valori possono variare a seconda della struttura (es. presenza di fessure ed alterazioni).

Le sonde con sviluppo verticale richiedono delle perforazioni con profondità variabili tra 80 e 150m: le modalità operative con cui realizzare queste perforazioni sono variabili in base al tipo di sottosuolo ed alle tecnologie disponibili.

Alle profondità suddette il terreno mantiene una temperatura che si aggira intorno ai 15°C senza risentire delle variazioni climatiche esterne.

Le sonde sono riempite da tubi di piccolo diametro (20-50 mm) in polietilene, per le applicazioni di tipo civile con condizioni standard di esercizio (temperatura 15°C, pressione 16 bar), ed in polietilene reticolato per applicazioni con temperature e pressioni superiori: la scelta corretta del tipo di tubo in base alle condizioni di esercizio, garantisce una vita utile delle sonde anche superiore ai 100 anni.

Tra le possibilità di posa del tubo ci sono la configurazione ad U e a doppio U.

La configurazione a doppio U presenta il duplice Sezione di una sonda geotermica per   pozzo verticalevantaggio di consentire un migliore scambio termico con il terreno e contemporaneamente in caso di malfunzionamento di un tubo, l'altro essendo indipendente può comunque alimentare la pompa di calore.

Come si osserva nelle figure, in ciascun pozzo, una volta collocati i tubi, viene introdotto un materiale di riempimento tra i tubi e le pareti del pozzo al fine di assicurare un buon contatto termico con il suolo circostante. Nel caso la sonda attraversi una falda, il materiale di riempimento impedisce anche circolazioni verticali di acqua.

Il materiale di riempimento oltre alla conducibilità termica deve garantire anche una scarsa solubilità, per evitare interazioni con le acque di falda e nel contempo una buona elasticità per resistere alle sollecitazioni del terreno: il materiale più diffuso è una boiacca cementobentonitica che riesce ad assolvere a tutte queste funzioni.

Per quanto concerne invece il fluido termovettore, esso è costituito da acqua con aggiunta di antigelo in una percentuale variabile tra il 10% ed il 30%: l'aggiunta di liquido antigelo abbassa il punto di congelamento dell'acqua fino quasi a -15°C ed è particolarmente importante in regime di riscaldamento.

La tabella seguente riporta valori indicativi per lunghezza, contenuto e diametro delle sonde nel caso di tubo a doppio U. Terreni con scarsa stabilità possono richiedere anche un diametro di perforazione maggiore, da valutare caso per caso.

Diametro
tubo (mm)
Contenuto di
fluido x m (l)
Diametro
perforazione (mm)
Lunghezza
massima (m)
32 2,12 112-115 ca. 150
40 3,34 127-135 ca. 300
50 5,18 152 ca 300

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