Applicazione e studio in campo sperimentale e pratico di una pompa di calore geotermica = Application and study in experimental and practical field of a geothermal heat pump

Le società moderne sono fondate sull'utilizzo di energia ed il loro costante sviluppo ha comportato, negli ultimi secoli, un incremento delle emissioni di CO2 in atmosfera legate principalmente all’utilizzo dei combustibili fossili. Il conseguente peggioramento delle condizioni ambientali del nostro pianeta ha evidenziato l’importanza di diffondere uno sviluppo sostenibile, in grado di garantire la sopravvivenza dell’ambiente, dell’economia e della società. In tale contesto, il presente elaborato si pone l’obiettivo di comprendere le varie forme di energia geotermica disponibili sul nostro pianeta, ovvero i sistemi ad alta e a bassa entalpia, e di approfondire questi ultimi analizzando dapprima l’impianto sperimentale installato presso l’Energy Center del Politecnico di Torino, e poi simulando l’installazione di un impianto di climatizzazione a servizio di un edificio residenziale. Nel primo caso il sistema si basa su un muro energetico, ovvero una struttura in calcestruzzo controterra sulla quale sono installate sonde in grado di scambiare calore con il terreno, mentre nel secondo caso il calore viene estratto direttamente dal terreno grazie alle sonde orizzontali a circuito chiuso. In entrambi i casi il cuore del sistema è la pompa di calore, il cui funzionamento si basa su quattro componenti: l’evaporatore, il compressore, il condensatore e la valvola di espansione. L’insieme di questi elementi consente la realizzazione di un ciclo grazie al quale è possibile trasferire calore tra due sorgenti a temperature differenti. I dati messi a disposizione dalle prove sperimentali eseguite presso l’Energy Center hanno permesso di calcolare la potenza estraibile dal terreno al variare delle condizioni climatiche esterne, nonché la relativa efficienza. Sono state inoltre eseguite simulazioni con CoolPack al fine di valutare le prestazioni del sistema al variare sia del salto di pressione, sia operando un surriscaldamento o un sottoraffreddamento del fluido refrigerante. Lo studio del caso residenziale, invece, si è basato prima sul calcolo energetico dei fabbisogni dell’edificio, e poi sulla scelta della pompa di calore e della lunghezza delle sonde geotermiche necessarie per soddisfare le esigenze di riscaldamento invernale e raffrescamento estivo. Infine, utilizzando il prezzario della Regione Piemonte, è stato redatto un computo metrico estimativo delle opere necessarie alla riduzione del fabbisogno energetico del fabbricato. Sono stati confrontati diversi scenari, tra cui l’installazione del sistema geotermico con sonde orizzontali, una caldaia a condensazione ed una pompa di calore aria/acqua. I risultati ottenuti hanno dimostrato che il sistema geotermico rappresenta una soluzione valida ed efficiente, in grado di soddisfare il carico termico dell’edificio analizzato con costi competitivi rispetto agli altri sistemi disponibili sul mercato.