ITBS20090199A1 - Impianto geotermico con sonde entro murature interrate - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

“IMPIANTO GEOTERMICO CON SONDE

ENTRO MURATURE INTERRATE”

Campo dell’Invenzione

La presente invenzione riguarda in generale gli impianti geotermici per la climatizzazione di edifici, sia riscaldamento che raffrescamento, e si riferisce in particolare alla produzione di elementi industrializzati per la formazione di impianti geotermici con sonde estendentesi entro micropali perimetranti locali interrati di edifici.

Stato della Tecnica

Per taluni interventi edilizi in aree urbanizzate è sovente necessario od opportuno utilizzare al meglio gli spazi a disposizione, realizzando parti o locali interrati che si estendono fino in prossimità del confine della proprietà contigua, magari già occupata da edifici altrui.

In questi casi, un impiego di tecniche moderne industrializzate, quali la palificazione con micropali e la diaframmatura, consente di operare al meglio e più in sicurezza nei confronti delle proprietà contigue rispetto alla tradizionale tecnica delle sottomurazioni.

Peraltro, queste moderne tecniche appaiono applicabili e convenienti anche in interventi di costruzioni interrate in quanto consentono di evitare scavi più ampi (anche in funzione dell’angolo di attrito del terreno), formazione, posa e lievo di doppia casseratura, impermeabilizzazioni esterne, mantello di protezione della guaina esterna, formazione di vespaio esterno in soccorso all’impermeabilizzazione, re-interri, compattazione del materiale di nuova posa, ecc.

La bontà dei sistemi di intervento mediante palificazioni o diaframmatura nella costruzione di locali o parti di edifici interrati è tecnicamente e praticamente comprovata, e l’impiego di tali sistemi si va estendendo anche per:

- i costi relativamente contenuti,

- la possibilità di rendere il sistema impermeabile all’acqua di un’eventuale vena sotterranea attraversata,

- la velocità dei tempi di realizzo,

- la sicurezza prevedibile dei risultati in quanto strutturalmente verificabili e calcolabili a priori.

D’altro lato si va sempre più diffondendo l’uso della cosiddetta geotermia a bassa entalpia, che sfrutta il sottosuolo come serbatoio di calore da impiegarsi nella climatizzazione, vale a dire sia riscaldamento sia raffrescamento, di edifici e/o nella produzione di acqua sanitaria.

Si tratta di una tecnica che utilizza sonde geotermiche, costituite da tubi a U in materiali ad alta trasmittanza termica, percorse da un fluido termovettore, che consente:

- nei mesi invernali di assorbire calore dal suolo trasferendolo in superficie scaldando i locali e

- viceversa, nei mesi estivi di assorbire calore dall’aria trasferendolo nel sottosuolo, raffrescando i locali a cui il calore viene sottratto. Obiettivo dell’Invenzione

La presente invenzione è stata concepita considerando la convenienza pratica ed economica di abbinare alla tecnica di palificazione e di diaframmatura per interventi di costruzioni interrate la tecnica geotermica di riscaldamento/raffrescamento di un edificio, utilizzando, appunto come fonte energetica, il differenziale di temperatura esistente tra il sottosuolo e l’ambiente di superficie.

È quindi compito della presente invenzione di creare le condizioni per un concreto abbinamento delle due tecniche di palificazione alla tecnica geotermica, conseguite inglobando nelle strutture palificate delle sonde geotermiche per la circolazione di un fluido termovettore da utilizzarsi per ottenere riscaldamento/raffrescamento.

Un tale compito viene risolto con un impianto geotermico entro murature interrate secondo la rivendicazione principale. Altre caratteristiche peculiari dell’invenzione appariranno poi dalle rivendicazioni dipendenti.

Grazie alla configurazione della relativa testata, corredata da una propria apparecchiatura specifica, ogni sonda geotermica è inserita in un segmento di micropalo e in tal modo commercializzata, e in corso di lavorazione della palificazione è comodamente applicabile alle testate dei micropali e facilmente collegabile ai collettori dorsali esterni di mandata e ritorno, secondo necessità, del fluido termovettore verso e da un impianto di climatizzazione.

In pratica in un impianto secondo l’invenzione si potrà disporre addirittura di tante sonde geotermiche quanti sono i micropali di una palificazione per un intensivo e proficuo sfruttamento, come serbatoio di calore, del sottosuolo tutt’attorno e a contatto a parti interrate di edifici a livelli relativamente poco profondi.

Un impianto così concepito appare vantaggioso sotto vari aspetti. Infatti, mentre in un sistema geotermico tradizionale le sonde sono allocate in profondità entro pozzi eseguiti nel terreno ed il cui costo preponderante di realizzazione riguarda scavi di pozzi, costi di allocamento delle tubazioni, ancoraggi, messe in sicurezza, formazione difficoltosa dei raccordi, posa in opera, finiture, nonché ripristini del terreno e dei luoghi, il costo di predisposizione per un impianto secondo l’invenzione viene ad essere radicalmente ridotto, limitandosi ai componenti destinati alla circolazione del fluido vettore, quali sonde geotermiche, dorsali, pompe di calore, ecc., dal momento che gli involucri destinati ad accogliere le sonde vengono già a trovarsi in opera per altra specifica finalità, dunque disponibili senza doverne computare i costi.

La procedura di posa in opera dei micropali, ciascuno di questi modificato nel segmento di testata, rimane sostanzialmente inalterata pur in presenza di sonde geotermiche. Per di più, anche il principio su cui si basa l’impianto geotermico che ne viene a risultare rimane immutato, anche se per contenere le sonde geotermiche si utilizzano segmenti di micropalo propri di manufatti strutturali di palificazione e non tubazioni dedicate, esclusive e monofunzionali, come per sonde geotermiche di profondità.

Poi, in aggiunta ad un risparmio economico, un impianto geotermico realizzato in accordo con la presente invenzione comporta anche un risparmio nei tempi di esecuzione, essendo questi limitati sostanzialmente al solo inserimento delle sonde nei micropali e al loro collegamento alle dorsali di andata e ritorno del fluido vettore per di più e vantaggiosamente senza occupazione ed opere entro l’area di cantiere, che possono interferire lungamente coi lavori principali dell’edificio e creare difficoltà di gestione del cantiere stesso.

Breve Descrizione dei Disegni

L’invenzione sarà peraltro qui di seguito descritta più in dettaglio facendo riferimento agli allegati disegni, indicativi e non limitativi, nei quali:

la Fig. 1 mostra una vista di una sonda geotermica con una relativa testata per l’impiego secondo l’invenzione; tale testata va inserita nel segmento di micropalo come si vede in Fig. 4;

la Fig. 2 mostra una vista esterna della testata accogliente la sommità delle sonde in Fig. 1 a livello della sua testata;

la Fig. 3 mostra una vista di fronte della testata della sonda secondo la freccia A in Fig.2;

la Fig.4 mostra una sezione secondo le frecce B-B in Fig.3;

la Fig. 5 mostra una sezione longitudinale secondo le frecce C-C in Fig. 3 della testata completa internamente di elementi tubolari di connessione;

la Fig. 6 mostra parte di un micropalo con inseritavi la testata della sonda della Fig.1;

la Fig. 7 mostra una sezione trasversale secondo le frecce D-D in Fig. 6 e mostra parte di un micropalo con inserita la testata accogliente la sommità delle sonde;

la Fig. 8 mostra il posizionamento nel terreno di un micropalo completo di segmento superiore contenente la testata delle sonde;

la Fig. 9 mostra una parziale sezione longitudinale dell’insieme in Fig. 8 ed in cui la testata della sonda è collegata a dorsali di mandata e ritorno del fluido vettore entro una parete;

la Fig. 9a mostra parte di una sezione analoga a quella in Fig. 9 ma con la testata della sonda è collegata a dorsali di mandata e all’esterno di una parete;

la Fig. 10 mostra una vista di fronte di più micropali con relative sonde collegate alle dorsali di mandata e ritorno del fluido termovettore.

Descrizione Dettagliata dell’Invenzione

In detti disegni sono genericamente indicati con 21 ognuno dei micropali di una palificazione in costruzioni interrate e con 31 una sonda geotermica da associare a ciascun micropalo.

Ogni micropalo 21 è tubolare, in ferro acciaio, con un diametro esterno, per esempio, nell’ordine da 127 a 220 mm ed uno spessore da 6 a 15 mm. Esso può essere costituito da almeno due segmenti di palo 22, 22’ allineati e congiunti consecutivamente, per esempio, per avvitamento in 23, e dei quali un segmento di sommità 22’ è destinato a sostenere la sonda geotermica 38. Quando assemblato, un micropalo si estende da un’estremità inferiore 24 ad un’estremità superiore 25 con una lunghezza compatibile con la profondità della parte di costruzione interrata –Figg. 8 e 9.

La sonda geotermica 31 è costituita essenzialmente una testata 32 e da una tubazione di scambio termico 33, piegata a U, che fa capo alla testata 32 e che si estende in basso da questa definendo un ramo di andata 35 e uno di ritorno 36 tenuti fermi e separati mediante appropriati distanziatori 37 (Fig. 1). La tubazione sarà in un materiale ad alta trasmittanza termica del tipo impiegato nelle più usuali sonde geotermiche.

Più in dettaglio, la testata 32 di detta sonda (Figg. 2-4) comprende un corpo a scatola 38 di sezione pressoché rettangolare, che delimita al suo interno un vano 39, chiuso superiormente, aperto inferiormente ed accessibile attraverso due aperture 40, 41 ricavate su un fronte del corpo stesso, presso la sua estremità superiore. Il corpo a scatola 38, e con esso il vano 39, ha una parte superiore più ampia che si rastrema, in particolare nel retro del corpo stesso, verso una parte inferiore nella quale è previsto un setto intermedio 42 delimitante suoi alloggiamenti tubolari 42’, 42”.

All’interno di detto vano 39 (Figg. 5-7) sono alloggiati due condotti di connessione 43, 44, ciascuno avente una parte superore a guisa di pipa con un imbocco 45, rispettivamente 46, rivolto verso e a livello di una correlata apertura frontale 40, rispettivamente 41, del corpo a scatola ed una parte inferiore prevista per il collegamento ad un rispettivo ramo di andata o di ritorno 35, 36 della tubazione a U 33 della sonda.

Vantaggiosamente, dei due condotti di connessione 43, 44, le parti inferiori sono confinate e trattenute nei suddetti alloggiamenti tubolari 42’, 42”. Le loro parti superiori a pipa, invece, sono movibili a flessione tra una prima posizione nella quale sono completamente rientrate all’interno della porzione di maggior ampiezza del vano definito dal corpo a scatola, ed una seconda posizione, nella quale i loro imbocchi 45, 46 emergono dalle aperture frontali 40, 41 di detto corpo.

Per agevolare gli spostamenti da una posizione all’altra, agli imbocchi dei due condotti di connessione possono essere fissati dei tiranti di presa 47. Quando poi gli imbocchi 45, 46 dei condotti di connessione 43, 44 emergono dalle aperture 40, 41 potranno essere collegati, tramite tubi intermedi 48, a collettori o dorsali di mandata e ritorno 49, 50 ed ausiliaria 50’ predisposti per la circolazione, attraverso una pompa di calore, di un fluido temovettore, tipicamente un liquido glicolato, verso e da un circuito di un impianto di riscaldamento/raffrescamento.

Una volta che i due rami della tubazione a U 33 della sonda sono stati collegati alle parti inferiori dei due condotti di connessione 43, 44 e che le parti superiori di questi condotti sono nella posizione arretrata al vano 39 definito dal corpo a scatola 38, la sonda 31 viene associata nel suo insieme ad un micropalo 21. In particolare, la sua testata 32 è alloggiata nel segmento superiore 22’ del micropalo avendo cura (in officina) di posizionare le aperture frontali 40, 41 del suo corpo a scatola a livello di due corrispondenti fori radiali 26, 27 praticati presso l’estremità superiore dello stesso segmento 22’. La tubazione di sonda a U 33 viene quindi infilata segmento inferiore del micropalo e si avvita tale spezzone superiore 22’ su detto segmento inferiore 22. Quanto ai fori 26, 27, essi possono essere chiusi mediante tappi 28 a protezione degli imbocchi dei due condotti di connessione almeno nel corso della posa in opera del micropalo, detti tappi essendo poi rimossi al momento di far emergere dalle rispettive aperture frontali gli imbocchi dei condotti di connessione.

La posa in opera di micropali e con essi delle sonde geotermiche è fatta con operazioni che possono essere così sintetizzate.

- Trivellazione del suolo mediante un tubo-camicia (di diametro adatto da poter contenere il micropalo del diametro prestabilito) fino alla profondità scelta.

- Svuotamento interno del tubo-camicia; inserimento in esso di un micropalo 22, 22’ completo di sonda geotermica 31;

- Riempimento dall’alto dell’interno di ogni micropalo, almeno a livello superiore della testata 32 della sonda 31, dello spazio 51 lasciato attorno al micropalo dal tubo-camicia rimosso, con un getto di boiacca 52 realizzato a mezzo di un segmento di tubo di alimentazione 53 e con il concorso di un segmento di tubo di sfiato 54 disposti all’interno del micropalo tra questo e la testata della sonda, il tubo di alimentazione e quello di sfiato potendo essere rigidi o flessibili.

-Dopo la maturazione del calcestruzzo in ed attorno ad ogni micropalo si eseguono una trave 55 di collegamento delle sommità dei pali, la normale tirantatura ed il normale scavo di svuotamento del locale interrato previsto.

-Quindi si liberano gli imbocchi 45, 46 dei condotti di connessione 43, 44 della sonda in ognuno dei micropali, traendoli fino a farli emergere dalle aperture frontali 40, 41 del corpo a scatola in modo da poterli successivamente raccordare esternamente, tramite i tubi intermedi 48 ai collettori o dorsali principali 49, 50 ed ausiliaria 50’.

Di preferenza questi collettori o dorsali di mandata, di ritorno ed ausiliaria previsti per la circolazione di un fluido termovettore –Figg. 9, 9a) saranno predisposti e premontati entro una cintura composta da gusci 56 preisolati (in certi casi ispezionabili) posti in sequenza.

Infine si esegue il normale contromuro 57 in calcestruzzo ricoprendo per l’esterno dei micropali e riempiendo le cavità esistenti tra i micrpoali normalmente presenti con fronte di terra 58. Il getto di calcestruzzo è effettuato in maniera nota mediante tubi predisposti -non rappresentati- attraversanti progettualmente la trave di bordo. Il filo esterno di tale contromuro sarà fatto coincidere col filo esterno dei gusci di cintura 56 contenenti i tubi collettori dell’impianto geotermico. Per evitare un eccessivo raffreddamento/riscaldamento degli ambienti interrati e per mantenere l’energia termica raggiunta nell’impianto in esercizio, potrà essere opportuno realizzare, esternamente a tale superficie muraria di calcestruzzo, anche un normale cappotto isolante 59 rivolto verso i locali interrati risultanti.

Claims (10)

1. “IMPIANTO GEOTERMICO CON SONDE ENTRO MURATURE INTERRATE” R I V E N D I C A Z I O N I 1. Impianto geotermico caratterizzato da una pluralità di sonde geotermiche (31), che si estendono in altrettanti micropali (21) di una palificazione per interventi di costruzione di murature interrate e che si collegano a collettori esterni o dorsali di un circuito di mandata e ritorno di un fluido termovettore verso e da un sistema di riscaldamento/raffrescamento.
2. 2. Impianto geotermico secondo la rivendicazione 1, in cui ogni sonda geotermica (31) comprende una testata (32) ed una tubazione di scambio termico (33), piegata a U, che fa capo alla testata (32), detta testata includendo dei mezzi per il collegamento di detta tubazione di scambio termico (33) ai detti collettori esterni o dorsali e detta tubazione (33) definendo due rami di andata e ritorno separati da distanziatori.
3. 3. Impianto geotermico secondo la rivendicazione 2, in cui la testata (32) della sonda geotermica è alloggiata in un segmento tubolare (22’) accoppiabile con un’estremità superiore di un micropalo (21) dopo l’inserimento in quest’ultimo della tubazione di scambio termico (33) collegato a detta testata.
4. 4. Impianto geotermico secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la testata (32) della sonda termica (31) comprende un corpo a scatola (38) delimitante internamente un vano (39), chiuso superiormente, aperto inferiormente ed accessibile attraverso due aperture (40, 41) in un suo lato frontale, in cui detto vano (39) ha una parte superiore più ampia che si rastrema verso una sua parte inferiore, nella quale è previsto un setto intermedio (40) delimitante due alloggiamenti tubolari (41’, 42’), ed in cui in detto vano sono disposti due condotti di connessione (43, 44) collegabili da una parte ai due rami della tubazione di scambio termico (33) e dall’altra ai collettori esterni o dorsali.
5. 5. Impianto geotermico secondo la rivendicazione 4, in cui ognuno di detti condotti di connessione (43, 44) ha una parte inferiore confinata e trattenute in uno di detti alloggiamenti tubolari (41’, 42’) nel vano del corpo a scatola (38) ed una parte superiore configurata a pipa avente un imbocco (45, 46) in corrispondenza ad una rispettiva apertura frontale del corpo a scatola, e dove la parte superiore di ogni condotto di connessione è movibile a flessione tra una prima posizione nella quale è completamente defilata all’interno della porzione di maggior ampiezza del vano definito dal corpo a scatola, ed una seconda posizione, nella quale il rispettivo imbocco (45, 46) emerge dalla corrispondente apertura frontale di detto corpo per il collegamento ai collettori esterni o dorsali.
6. 6. Impianto geotermico secondo la rivendicazione 5, in cui agli imbocchi (45, 46) dei condotti di connessione (43, 44) sono applicati tiranti per il loro spostamento almeno dalla posizione defilata alla posizione emergente dalle aperture frontali del corpo a scatola.
7. 7. Impianto geotermico secondo le rivendicazioni precedenti, in cui ogni micropalo (21) ha parte superiore costituita da un segmento tubolare (22’) da accoppiare con una corrispondente parte inferiore del micropalo stesso, ed in cui la testata (32) della sonda geotermica è alloggiata in detta parte superiore mentre la tubazione di scambio termico (33) si estende nella parte inferiore del micropalo.
8. 8. Impianto geotermico secondo la rivendicazione 7, in cui detto segmento tubolare (22’) costituente una parte superiore di un micropalo (21) ha almeno uno o due fori radiali (27, 28) destinati a coincidere con le aperture frontali del corpo a scatola quando questo è inserito in detto segmento tubolare, il o i detti fori (27, 28) potendo essere chiusi da un tappo protettivo quando gli imbocchi dei condotti di connessione sono nella suddetta posizione defilata.
9. 9. Impianto geotermico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i collettori o dorsali sono racchiusi in una cintura formata da due gusci accoppiati complementarmente.
10. 10. Impianto geotermico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno il corpo a scatola della testata è bloccato nel micropalo mediante un getto di boiacca.