Studio di ottimizzazione dell'impianto idraulico di una galleria energetica = Optimization of an energy tunnel's hydraulic network

Il calore presente all’interno della Terra rappresenta una fonte di energia rinnovabile e pulita che può essere sfruttata per mezzo di geostrutture energetiche. Tali strutture hanno un duplice ruolo: da un lato, assolvono al tradizionale compito strutturale e di supporto per cui sono realizzate, dall’altro, possono essere integrate nei tradizionali impianti termotecnici di edifici come scambiatori di calore. L’enorme inerzia termica di tali strutture e del terreno circostante permette infatti di scambiare rilevanti potenze termiche e di aumentare l’efficienza di impianti di condizionamento a pompa di calore. Nelle geostrutture energetiche, lo scambio termico è garantito grazie all’inserimento di tubi in polietilene reticolato all’interno degli elementi strutturali a contatto con il terreno, in cui scorre un fluido termovettore che ha il compito di estrarre e di cedere calore rispettivamente durante il funzionamento invernale ed estivo. Tali tubi di scambio termico sono disposti in modo tale da formare delle serpentine, all’interno delle quali la circolazione del fluido avviene per mezzo del circuito primario che ha il compito di collegare tutte le serpentine con la pompa di calore. Le geostrutture energetiche possono avere estensioni spaziali di centinaia di metri e convogliare portate di fluido termovettore di decine di litri al secondo. Ne consegue che il costo (energetico e impiantistico) per la movimentazione del fluido termovettore può essere rilevante. Lo scopo del presente lavoro è quello di realizzare un modello idraulico di una tipologia di geostruttura (le gallerie energetiche) e studiare in modo sistematico il comportamento (idraulico ed economico) del circuito primario, in modo tale da individuarne la configurazione e il dimensionamento ottimale. Le analisi condotte hanno mostrato come la configurazione economicamente più vantaggiosa sia ottenuta equilibrando il costo di posa del circuito primario, che cresce al crescere delle sezioni dei condotti, e i costi di pompaggio, che invece si riducono all’aumentare delle sezioni. Tale equilibrio è fortemente influenzato da fattori economici (p.es., il prezzo di posa dei condotti e il costo dell’energia), di comfort termico (p.es., il tasso di utilizzo dello scambiatore geotermico) ed impiantistici (p.es., la lunghezza delle serpentine e le conseguenti variazioni di temperatura del fluido termovettore). Infine, è stato preso in considerazione il caso reale della Linea 2 della metropolitana di Torino, attualmente in corso di progettazione, per studiarne le configurazioni impiantistiche ottimali in corrispondenza di una porzione del suo percorso.