Pompe di calore geotermiche: cosa sono e come funzionano3 min read
Reading Time: 3 minutesL’edilizia contemporanea sta attraversando una fase di profonda trasformazione, guidata dalla necessità imperativa di ridurre l’impatto ambientale e di ottimizzare i consumi energetici degli edifici. In questo scenario di transizione, la ricerca di fonti di approvvigionamento alternative ai combustibili fossili ha portato alla riscoperta e al perfezionamento di tecnologie che sfruttano le risorse naturali presenti in loco. Mentre la diffusione delle pompe di calore aerotermiche, quelle che scambiano energia con l’aria esterna, è ormai capillare, la variante geotermica rappresenta una nicchia tecnologica di eccellenza, capace di garantire prestazioni superiori e indipendenti dalle condizioni meteorologiche stagionali.
Il principio della bassa entalpia: la stabilità del sottosuolo
Per comprendere il funzionamento di questi impianti, è necessario prima di tutto dissipare un equivoco comune che associa l’energia geotermica esclusivamente ai fenomeni vulcanici, ai geyser o alle alte temperature utilizzate per la produzione industriale di elettricità. La geotermia domestica si basa su un principio fisico molto più semplice e ubiquitario: l’inerzia termica del terreno. A partire da una profondità di circa 10-15 metri, la temperatura del sottosuolo cessa di essere influenzata dalle escursioni termiche giornaliere o stagionali dell’atmosfera. Mentre l’aria esterna può oscillare tra i -5°C invernali e i +35°C estivi, il terreno mantiene una temperatura pressoché costante, che alle nostre latitudini si attesta mediamente tra i 12°C e i 15°C per tutto l’arco dell’anno. Questa stabilità trasforma il sottosuolo in una sorgente di calore privilegiata in inverno (perché più calda dell’aria esterna) e in un eccellente dissipatore di calore in estate (perché più fresco dell’aria torrida).
Il ciclo termodinamico e le componenti del sistema
Il cuore pulsante dell’impianto è la macchina termica, che opera attraverso un ciclo frigorifero inverso. Il sistema è composto essenzialmente da tre circuiti chiusi che interagiscono tra loro tramite scambiatori di calore, senza mai mescolare i fluidi vettori. Il primo circuito è quello di captazione: una serie di tubazioni interrate in cui scorre un fluido glicolato (acqua miscelata a liquido antigelo) che scende nel terreno, ne acquisisce la temperatura e risale verso la superficie.
Arrivato all’interno dell’edificio, questo fluido cede il calore assorbito al secondo circuito, quello della pompa di calore vera e propria. Qui, un gas refrigerante evapora assorbendo l’energia termica, viene compresso da un compressore elettrico (innalzandone drasticamente pressione e temperatura) e infine cede questo calore “concentrato” al terzo circuito: quello di distribuzione domestica. L’acqua calda così prodotta circola nei terminali di riscaldamento, che idealmente dovrebbero essere pannelli radianti a pavimento o a parete, poiché lavorano a temperature moderate (35-40°C), massimizzando l’efficienza del sistema.
Le tipologie di captazione: sonde verticali e orizzontali
La modalità con cui l’impianto “dialoga” con il terreno definisce la tipologia di installazione e ne influenza i costi. La soluzione tecnicamente più performante e diffusa è quella a sonde geotermiche verticali. Questa configurazione richiede la perforazione del terreno tramite trivelle per inserire le tubazioni a profondità che possono variare dai 80 ai 150 metri. A queste profondità, la temperatura è assolutamente stabile e l’efficienza della macchina raggiunge i suoi picchi massimi. Inoltre, l’ingombro in superficie è minimo, limitandosi al punto di ispezione dei pozzi, il che rende questa opzione praticabile anche in giardini di dimensioni contenute.
L’alternativa è rappresentata dai collettori orizzontali. In questo caso, non si scende in profondità, ma si stende una fitta serpentina di tubi su una vasta superficie di terreno, a una profondità di circa 1,5 o 2 metri. Sebbene questa soluzione permetta di abbattere i costi di perforazione, presenta due limiti significativi: richiede un’area verde molto estesa (generalmente da 1,5 a 2 volte la superficie dell’abitazione da riscaldare) e risente maggiormente delle variazioni climatiche stagionali, dato che il terreno superficiale si raffredda durante l’inverno.
Efficienza record e raffrescamento passivo
Il vantaggio innegabile di un sistema geotermico risiede nel suo rendimento. Il parametro di riferimento è il COP (Coefficiente di Prestazione), che indica il rapporto tra energia termica resa ed energia elettrica consumata. Grazie alla temperatura favorevole della sorgente, le pompe di calore geotermiche mantengono un COP medio stagionale estremamente elevato, spesso superiore a 4,5 o 5. Ciò significa che per ogni kWh di elettricità pagato in bolletta, l’impianto restituisce 5 kWh di calore gratuito prelevato dalla terra.
