Retrofitting termico di una galleria esistente = Thermal retrofitting of an existing tunnel

Il continuo utilizzo delle riserve di combustibile fossile per l’approvvigionamento energetico sta causando un preoccupante inquinamento atmosferico con conseguenze dannose per l’ambiente, quali l’innalzamento delle temperature globali ed i mutamenti climatici. Negli ultimi decenni questo argomento è diventato oggetto di grande attenzione a livello mondiale e, anche alla luce dei negoziati internazionali che prevedono l’attuazione di strategie ed accordi sul clima, si è palesata la necessità di favorire la ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie per lo sfruttamento delle energie rinnovabili. In tale ambito, l’energia geotermica sta assumendo un ruolo fondamentale in quanto risulta essere tra le risorse rinnovabili più interessanti in termini di potenziale offerto, impatto ambientale e costi. Oltre ai classici sistemi geotermici, si è largamente diffuso il concetto di geostrutture energetiche. Si tratta di strutture geotecniche che svolgono, oltre al ruolo strutturale principale, quello di scambiatori di calore con il terreno al fine di ricavare energia termica utilizzabile, ad esempio, per il condizionamento degli edifici in superficie. Nel caso delle gallerie l’attivazione termica può avvenire incorporando una rete di tubazioni nel rivestimento in calcestruzzo armato oppure disponendole tra il rivestimento di prima fase e quello definitivo. La rete di tubazioni consente la circolazione di un fluido termovettore che è in grado di estrarre o immettere calore nel sottosuolo, eventualmente in abbinamento ad una pompa di calore. Le tecnologie esistenti in letteratura fanno riferimento al caso di gallerie di nuova realizzazione, mentre non sono ancora state proposte soluzioni per gallerie esistenti. Il presente lavoro di tesi si inserisce in tale contesto e mira allo studio e alla progettazione di un sistema di attivazione termica applicato a gallerie esistenti. Lo studio è legato al progetto di ricerca europeo ‘ARV – Climate Positive Circular Communities’ e, nello specifico, al dimostratore italiano da realizzarsi nella città di Trento. A tal proposito, si metterà a punto l’applicazione sperimentale di un sistema di attivazione termica costituito da sonde geotermiche nelle due gallerie di Piedicastello, ad oggi abbandonate e destinate a struttura espositiva. Si studierà una soluzione di retrofitting a fini energetici tramite analisi numeriche realizzate mediante il codice di calcolo FEFLOW con lo scopo di valutare il potenziale geotermico estraibile. In tale ottica si esamineranno gli aspetti più significativi del caso studio, dalla definizione delle caratteristiche geometriche delle gallerie e delle perforazioni radiali da eseguire alla caratterizzazione accurata delle proprietà geotecniche, idrogeologiche e termiche dell’ammasso roccioso nel sito in esame. In seguito, si descriverà il procedimento adottato per la costruzione del modello, illustrandone la geometria e definendone le proprietà termo-idrauliche, le condizioni iniziali e al contorno. In particolare, vista la necessità di progettare e selezionare la soluzione tecnologica ottimale, si analizzeranno differenti configurazioni sia in termini di estensione delle perforazioni sia in termini di distanziamento lungo la progressiva delle gallerie. Infine, si riporteranno e commenteranno i risultati ottenuti dai diversi casi di simulazione, individuando la configurazione ottimale, ovvero quella che assicura un rapporto vantaggioso tra il costo iniziale dell’installazione e la produzione di energia nella fase operativa.