Indice

1 INTRODUZIONE ALLA GEOTERMIA
1.1 Geotermia e pompa di calore
1.2 Piano dell’opera
1.3 La geotermia classica
1.4 La vera natura degli impianti geotermici
1.5 La storia
Parte I RICHIAMI DI TEORIA

2 ELEMENTI DI IDRAULICA
2.1 Equazione di Bernoulli e caratteri del moto
2.2 Moto in regime laminare e turbolento
2.3 Curve caratteristiche dei circuiti idraulici
2.4 Calcolo delle perdite di carico
2.4.1 Perdite di carico distribuite
2.4.2 Perdite di carico concentrate

3 ELEMENTI DI TRASMISSIONE DEL CALORE
3.1 Introduzione
3.2 Conduzione
3.2.1 Parete singola con temperature superficiali indipendenti dal tempo
3.2.2 Spazio semi-infinito delimitato da superficie piana la cui temperatura varia con legge sinusoidale
3.2.3 Parete composta da più strati di materiale diverso con temperature superficiali indipendenti dal tempo
3.2.4 Tubo
3.2.5 Tubo a doppia parete
3.2.6 Parete piana con sorgente di calore interna
3.2.7 Sorgente di calore cilindrica
3.3 Convezione
3.3.1 Convezione naturale per fluidi avvolgenti cilindri orizzontali
3.3.2 Convezione naturale per fluidi avvolgenti cilindri verticali
3.3.3 Convezione forzata in tubazioni
3.3.4 Convezione forzata trasversale su cilindro
3.3.5 Esempi applicativi e osservazioni
3.4 Irraggiamento
3.5 Trasmissione globale del calore
3.6 Scambiatori di calore
3.6.1 Scambiatori a tubi coassiali
3.6.2 Scambiatori di calore a fascio tubiero
3.6.3 Scambiatori di calore a piastre

4 ELEMENTI DI TERMODINAMICA
4.1 Definizioni generali
4.2 Il primo principio della termodinamica
4.3 Trasformazioni termodinamiche
4.3.1 Trasformazione a pressione costante o isobara
4.3.2 Trasformazione a volume costante o isocora
4.3.3 Trasformazione a temperatura costante o isoterma
4.3.4 Trasformazione senza scambio di calore con l’esterno o adiabatica
4.3.5 Trasformazione politropica
4.4 Il secondo principio della termodinamica
4.5 Entropia
4.6 Trasformazioni termodinamiche per i gas
4.6.1 Trasformazione a pressione costante o isobara
4.6.2 Trasformazione a volume costante o isocora
4.6.3 Trasformazione a temperatura costante o isoterma
4.6.4 Trasformazione senza scambio di calore con l’esterno o adiabatica
4.7 Trasformazioni termodinamiche per i vapori
4.8 Il ciclo frigorifero a compressione di vapore
4.8.1 Cicli frigoriferi e pompe di calore
4.8.2 Il ciclo ideale
4.8.3 Il ciclo reale
4.8.4 Analisi delle prestazioni teoriche
4.8.5 Alcune varianti commerciali al ciclo base

5 ELEMENTI DI GEOLOGIA ED IDROGEOLOGIA
5.1 Introduzione
5.2 La formazione delle rocce
5.2.1 Rocce magmatiche
5.2.2 Rocce sedimentarie
5.2.3 Rocce metamorfiche
5.3 Proprietà tecniche delle rocce
5.3.1 Densità o massa volumica
5.3.2 Porosità
5.3.3 Permeabilità
5.3.4 Durezza
5.3.5 Gelività
5.3.6 Proprietà termiche
5.4 I terreni
5.4.1 I minerali delle argille
5.5 Proprietà tecniche dei terreni
5.5.1 Peso specifico dei granuli
5.5.2 Peso di volume allo stato secco
5.5.3 Peso di volume allo stato naturale
5.5.4 Porosità ed indice dei vuoti
5.5.5 Contenuto d’acqua e grado di saturazione
5.5.6 Grado di addensamento e limiti di Atterberg
5.5.7 Permeabilità
5.5.8 Proprietà termiche
5.6 Le acque sotterranee
5.7 Legge di Darcy
5.7.1 Determinazione in situ della permeabilità
5.8 Teoria di consolidazione del mezzo poroso saturo
5.9 Falde e acquiferi
5.9.1 Definizioni
5.9.2 Interazioni tra acquiferi e sonde geotermiche

6 FABBISOGNO TERMICO E FRIGORIFERO
6.1 Caratterizzazione dei processi termici
6.2 Climatizzazione
6.2.1 Metodo stazionario
6.2.2 Metodo dinamico delle funzioni di trasferimento
6.3 Acqua calda sanitaria

Parte II TECNOLOGIA

7 LA POMPA DI CALORE
7.1 Classificazioni
7.1.1 Classificazione ASHRAE
7.1.2 Classificazione GSP
7.2 Configurazioni e logiche di funzionamento
7.2.1 Pompa di calore/chiller base
7.2.2 Pompa di calore con inversione di ciclo
7.2.3 Recupero totale
7.2.4 Recupero parziale o desurriscaldamento
7.2.5 Free cooling
7.3 Campo di applicazione
7.4 Prestazioni stagionali
7.4.1 Coefficiente di lavoro annuale
7.4.2 Integrated Part Load Value
7.4.3 European Seasonal Energy Efficiency Ratio
7.4.4 Valutazione approssimata del CLA
7.5 I refrigeranti
7.5.1 Classificazione e caratterizzazione dei refrigeranti
7.5.2 Infiammabilità e tossicità
7.5.3 Aspetti ambientali: l’effetto serra, il GWP e l’ODP.
7.5.4 I refrigeranti commerciali per GSHP
7.5.5 Tabelle di comparazione tra refrigeranti
7.6 I compressori
7.6.1 Compressori volumetrici rotativi
7.6.2 Compressori alternativi
7.6.3 Compressori centrifughi
7.7 Evaporatore e condensatore
7.8 La valvola di laminazione
7.9 Valvola per l’inversione di ciclo

8 SCAMBIATORI A TERRENO
8.1 Introduzione
8.2 Impianti a circuito aperto
8.3 Impianti a circuito chiuso
8.3.1 Sonde geotermiche verticali
8.3.2 Sonde geotermiche orizzontali
8.3.3 Minicollettori
8.3.4 Pilastri energetici
8.3.5 Espansione diretta
8.4 Parametri per la scelta dello scambio con il terreno

9 LA SONDA GEOTERMICA VERTICALE
9.1 Introduzione
9.2 Tubazioni
9.3 Il piede di sonda
9.4 Materiale di riempimento
9.4.1 Conduttività termica
9.4.2 Densità
9.4.3 Reologia
9.4.4 Permeabilità
9.4.5 Andamento della maturazione
9.4.6 Calore di maturazione
9.4.7 Variazione di volume durante la maturazione
9.4.8 Resistenza al gelo
9.4.9 Separazione delle fasi
9.5 Gli ausiliari alla posa
9.5.1 Tubo di iniezione
9.5.2 Zavorra
9.5.3 Distanziali
9.5.4 Packer
9.6 I fluidi termovettori
9.6.1 Glicole etilenico
9.6.2 Glicole propilenico
9.7 Attrezzature specifiche per la posa della sonda
9.7.1 Rulliera e sbobinatore
9.7.2 Miscelatori e pompe di iniezione

10 TRASMISSIONE DEL CALORE IN ROCCE E TERRENI
10.1 Introduzione
10.2 Il bilancio energetico del terreno
10.2.1 L’influenza dell’atmosfera
10.2.2 Il flusso geotermico
10.2.3 L’influenza dei moti di filtrazione
10.2.4 La sovrapposizione degli effetti
10.3 Modellizzazione del campo sonde
10.3.1 Modelli analitici conduttivi basati sulla teoria della sorgente lineare
10.3.2 Modelli analitici conduttivi basati sulla teoria della sorgente cilindrica
10.3.3 Modelli ibridi numerico-analitici conduttivi del campo sonde
10.3.4 Modelli convettivi
10.4 La resistenza termica apparente della sonda
10.5 Profili di temperatura
10.6 Caratterizzazione termica del sottosuolo e delle sonde
10.6.1 Stabilità termica
10.6.2 Caratterizzazione termica del sottosuolo su base tabellare
10.6.3 Caratterizzazione del sottosuolo mediante metodi analitici
10.6.4 Caratterizzazione del sottosuolo mediante misure in laboratorio e in sito
10.6.5 Caratterizzazione termica della sonda

11 TECNICHE DI PERFORAZIONE
11.1 La perforazione
11.2 Perforatrici
11.2.1 Dimensione
11.2.2 Semovenza
11.2.3 Sistema di caricamento delle aste
1.2.4 Teste di perforazione
11.3 Scalpelli
11.3.1 Scalpelli ad inserti
11.3.2 Martelli fondo foro
11.3.3 Triconi
11.3.4 Scalpelli a lame
11.3.5 Corone e scarpe
11.3.6 Aste e rivestimenti
11.4 I fluidi di perforazione
11.4.1 Aria compressa
11.4.2 Acqua, fanghi e addensanti per la trivellazione

12 LINEE DI DISTRIBUZIONE E COMPONENTISTICA IDRAULICA
12.1 Introduzione
12.2 Le tubazioni
12.2.1 Criteri di dimensionamento di una tubazione
12.2.2 Dilatazione termica
12.2.3 Isolamento termico
12.2.4 Diametri commerciali dei tubi e tabelle di comparazione
12.2.5 Flangiature
12.2.6 Vincoli e staffaggi
12.3 Vasi d’espansione
12.4 Pompe e circolatori
12.4.1 Regolazione
12.4.2 Accorgimenti per l’istallazione
12.5 Collettori
12.6 Valvole d’intercettazione
12.7 Valvole di ritegno
12.8 Valvole di regolazione
12.9 Valvole di sicurezza
12.10 Filtri
12.11 I serbatoi di accumulo
12.11.1 Serbatoi per la climatizzazione
12.11.2 Serbatoi per acqua calda sanitaria
12.12 Giunti antivibranti
12.13 Strumenti di misura e di controllo
12.13.1 Strumenti analogici
12.13.2 Strumenti digitali
12.13.3 Strumenti di verifica dello stato

13 TERMINALI DI IMPIANTO
13.1 Introduzione
13.2 Radiatori
13.3 Pannelli radianti
13.4 Ventilconvettori
13.5 Unità di trattamento aria

Parte III PROGETTARE E COSTRUIRE

14 PROGETTARE A REGOLA D’ARTE
14.1 Introduzione
14.2 La divisione di responsabilità e competenze
14.3 Procedura progettuale
14.3.1 Gli output della progettazione
14.4 Lo studio di fattibilità
14.4.1 Quando può essere vantaggioso un impianto geotermico
14.4.2 Requisiti per la fattibilità
14.5 Vincoli autorizzativi
14.6 Caratterizzazione termica dell’utenza
14.7 Caratterizzazione geologica
14.7.1 Metodologia di indagine
14.7.2 Conseguenze sul progetto
14.8 Condizioni di scambio sonde-terreno
14.9 Schema di centrale termica e pompa di calore
14.10 Dimensionamento delle sonde
14.10.1 I limiti dei software e come superarli
14.11 Dimensionamento della distribuzione orizzontale alle sonde
14.11.1 Schema di posa
14.11.2 Dettagli costruttivi
14.11.3 Bilanciamento idraulico
14.11.4 Componentistica di controllo e comando
14.12 Allestimento centrale termica, staffaggi e finiture

15 COSTRUIRE A REGOLA D’ARTE
15.1 Introduzione
15.2 Bozza di capiolato tecnico
15.2.1 Costruzione della sonda geotermica
15.2.2 Distribuzione orizzontale
15.3 Contratti e responsabilità
15.4 Costruzione della sonda
15.4.1 Allestimento del cantiere
15.4.2 Perforazione
15.4.3 Posa della sonda
15.4.4 Cementazione
15.4.5 Estrazione dei rivestimenti
15.5 Costruzione della distribuzione orizzontale
15.5.1 Lo sfiato dei circuiti
15.5.2 Corretta sequenzialità delle tubazioni
15.5.3 Riempimento con soluzione glicolata

16 IL COLLAUDO
16.1 Introduzione
16.2 L’importanza del collaudo
16.3 Verifiche visive e dimensionali sul campo sonde
16.4 Prove di cantiere e laboratorio sulle malte cementizie
16.5 La prova in pressione
16.5.1 Procedura di prova
16.5.2 Attrezzatura di prova
16.6 Prova di flusso
16.6.1 Procedura di prova
16.6.2 Attrezzatura di prova
16.7 Test di scambio termico
16.7.1 Basi teoriche
16.7.2 Attrezzatura di prova
16.7.3 Progettazione della campagna di misura
16.7.4 Determinazione delle variabili per l’interpretazione
16.7.5 Procedura di prova
16.7.6 Interpretazione delle misure
16.7.7 Analisi dell’errore e significatività dei risultati
16.7.8 Alcune varianti al GeRT
16.8 Misura della temperatura del terreno
16.9 Verifica della concentrazione di glicole
16.10 Il collaudo della centrale termica

Parte IV ECONOMIA E SVILUPPO

17 LA DIFFUSIONE NEL MONDO
17.1 Diffusione delle geotermia a bassa entalpia in Europa
17.1.1 Condizione minima per la convenienza economica di un impianto geotermico
17.1.2 Svezia
17.1.3 Germania
17.1.4 Francia
17.1.5 Austria
17.1.6 Inghilterra
17.1.7 Svizzera
17.2 Chi e perché ha cominciato a fare geotermia in Italia
17.2.1 Finanziamenti pubblici
17.3 Condizioni favorevoli alla diffusione della geotermia a bassa entalpia

18 BENEFICI ECONOMICI E AMBIENTALI
18.1 Introduzione
18.2 Costi operativi di un impianto geotermico e confronto con le soluzioni alternative
18.2.1 Abitazione monofamiliare
18.2.2 Applicazione industriale
18.3 Risparmi operativi cumulati durante il ciclo di vita dell’impianto
18.3.1 Calcolo analitico dei risparmi di gestione
18.4 Benefici ambientali generati da un impianto geotermico a pompa di calore e confronto con le soluzioni alternative
18.4.1 Storia e stato dell’arte delle politiche dell’unione europea a favore della geotermia a bassa entalpia
18.4.2 Riduzione delle emissioni di gas climalteranti

Parte V AMBIENTE E NORMATIVE

19 INTERFERENZE AMBIENTALI
19.1 Introduzione
19.2 Interferenza chimica con l’acqua di falda
19.2.1 Materiali usati per la trivellazione
19.2.2 Materiali costituenti la sonda
19.2.3 Trasporto in falda di sostanze inquinanti già presenti
nel sottosuolo o percolanti dalla superficie
19.2.4 Perdita di soluzione antigelo
19.2.5 Perdita di antigelo: casi ed azioni
19.3 Interferenza con l’aria
19.4 Interferenza termica con il suolo e l’acqua di falda
19.5 False interferenze ambientali
20 PANORAMA LEGISLATIVO ITALIANO
20.1 Introduzione
20.2 I riferimenti legislativi nazionali
20.3 Varie disposizioni Provinciali e Regionali
20.3.1 Regione Liguria
20.3.2 Regione Lombardia
20.3.3 Regione Piemonte
20.3.4 Regione Toscana
20.3.5 Regione Trentino Alto Adige
20.3.6 Regione Veneto
20.4 Situazione normativa europea
20.5 Ragionamenti sulla creazione di una nuova normativa
20.5.1 La proprietà del flusso di energia termica
20.6 Aggiornamenti e prospettive

Appendice A – UNITÀ DI MISURA FONDAMENTALI

Appendice B – UNITÀ DI MISURA DERIVATE

Appendice C – GRANDEZZE FONDAMENTALI
C.1 Massa volumica, densità e volume specifico
C.2 Calore specifico o capacità termica massica
C.3 Viscosità
C.4 Dilatazione termica
C.5 Cambiamenti di stato

Appendice D – SCHEMI DI CENTRALI TERMICHE
Schema 1) Solo riscaldamento.
Schema 2) Solo condizionamento.
Schema 3) Riscaldamento e condizionamento.
Schema 4A) Riscaldamento e ACS: spillamento di energia per ACS dall’accumulo.
Schema 4B) Riscaldamento e ACS: pompa di calore a doppio set point e tre vie sul lato idrico.
Schema 4C) Riscaldamento e ACS: pompa di calore a doppio set point e doppia condensazione.
Schema 4D) Riscaldamento e ACS: pompa di calore con recupero parziale.
Schema 5A) Condizionamento e ACS: chiller a recupero parziale.
Schema 5B) Condizionamento e ACS: chiller a recupero totale.
Schema 6) Riscaldamento e condizionamento in contemporanea: pompa di calore a recupero totale.
Schema 7A) Riscaldamento e condizionamento in alternativa, ACS tutto l’anno: pompa di calore a recupero totale reversibile.
Schema 7B) Riscaldamento e condizionamento in alternativa, ACS tutto l’anno: pompa di calore reversibile a recupero parziale.

Appendice E – BACKSTAGE
E.1 Il pensiero “Ecosofico”
E.2 Il contributo personale di un uomo al comando
E.2.1 GIACOMINI Dott. Andrea – GIACOMINI S.p.A.
E.2.2 MOGGI Ing. Vieri – TECNOSITAF S.p.A.
E.2.3 MITI Ing. Egidio – Direttore Tecnico Italia-Europa di AUTOGRILL S.p.A.

BIBLIOGRAFIA – SITOGRAFIA

INDICE ANALITICO