ITPC20070040A1 - Pozzo geotermico ad alta capacita - Google Patents

Description

POZZO GEOTERMICO AD ALTA CAPACITA’

La presente invenzione propone un pozzo geotermico ad alta capacità in grado di sfruttare il sottosuolo come fonte di calore a bassa entalpia per impianti di condizionamento ambientale di medie e grandi dimensioni. Più in particolare si tratta di un pozzo del diametro di alcuni metri scavato fino a una profondità variabile, fra i quaranta e i sessanta metri circa di profondità, dove in genere si trovano le falde acquifere.

Detto pozzo è caratterizzato dal fatto di prevedere una pluralità di tubazioni che partono dal fondo di detto pozzo e proseguono nel terreno circostante lungo una direzione sostanzialmente orizzontale e radiale rispetto all’asse del pozzo.

L’insieme di dette tubazioni costituisce lo scambiatore di calore deirimpianto cedendo o assorbendo calore dal terreno in base al funzionamento dell’impianto come pompa di calore o come condizionatore.

Sul fondo del pozzo sono previste anche aperture che consentono all’acqua della falda circostante di fluire all’interno del pozzo e permettono di sfruttarne le generose dimensioni per creare una riserva d’acqua utilizzabile per svariati scopi.

Al giorno d’oggi gli impianti geotermici sono una realtà sempre più presente in Europa dove, sia per motivi ambientali sia per motivi economici, si sta ampliando la ricerca di fonti energetiche alternative.

Un esempio classico di utilizzo dell’energia geotermica è quello per il riscaldamento delle abitazioni attraverso un impianto a pompa di calore. La pompa di calore sfrutta gli stessi componenti di un ciclo frigorifero ma funziona esattamente al contrario, ovvero, attraverso la compressione e la laminazione di un gas frigorigeno, preleva energia termica daN’ambiente esterno e lo trasferisce aN’ambiente da riscaldare.

In figura 1 è rappresentato schematicamente un impianto a pompa di calore indicata nel suo complesso con 1 ; il suo funzionamento è spiegato in seguito.

Il compressore 2 comprime il gas frigorigeno innalzandone la temperatura, successivamente il gas attraversa lo scambiatore interno 3 cedendo calore aN’ambiente e condensando.

AN’uscita del condensatore il fluido passa attraverso la valvola 4 che lo lamina abbassandone la temperatura, infine passa attraverso lo scambiatore esterno 5 che preleva calore daN’ambiente per fare rievaporare il gas.

La pompa di calore inoltre ha un funzionamento reversibile; invertendo il flusso del gas frigorigeno è possibile cedere calore aN’ambiente esterno sottraendolo aN’ambiente interno, ovvero in queste condizioni funzione come condizionatore.

Attualmente esistono già impianti di questo tipo che sfruttano il terreno come serbatoio di energia termica a temperatura costante da trasferire aN’ambiente da riscaldare.

Detti impianti realizzati secondo la tecnica nota, prevedono di installare, all’interno del terreno, delle sonde geotermiche che fungono da scambiatore di calore esterno per il liquido frigorigeno.

Nella figura 2 è rappresentato un esempio di impianto a pompa di calore con sonda geotermica.

Detta sonda indicata nel complesso con 6 comprende una o più tubazioni 7 inserite all’interno di una perforazione verticale 8 che viene poi riempita con cemento o simili per evitare la contaminazione della falda, come previsto dalle normative al riguardo.

La sonda interrata costituisce lo scambiatore di calore esterno deirimpianto di condizionamento.

I dispositivi appena descritti, pur se efficienti e vantaggiosi dal punto economico, presentano però un inconveniente.

Difatti impianti configurati in questo modo, nella maggior parte dei casi sono in grado di fornire potenze modeste, sufficienti a servire abitazioni o piccoli edifici.

Per costruzioni di dimensioni importanti sarebbe necessario dunque installare un numero molto elevato di sonde geotermiche, operazione troppo costosa e non realizzabile a livello pratico.

Per ovviare ai suddetti problemi la presente invenzione propone un pozzo geotermico ad alta capacità, costituito da uno scavo del diametro di alcuni metri e di profondità variabile generalmente fra i quaranta e i sessanta metri circa, caratterizzato dal fatto di prevedere una pluralità di tubazioni che partendo dal fondo del pozzo proseguono nel terreno lungo una direzione sostanzialmente orizzontale e radiale rispetto all’asse del pozzo. Dette tubazioni costituiscono lo scambiatore di calore della pompa di calore prelevando o cedendo energia termica al sottosuolo.

La profondità del pozzo è variabile in funzione della profondità alla quale si trova la falda acquifera.

Infatti, facendo in modo che il fondo del pozzo si trovi in prossimità della falda acquifera, le tubazioni che fuoriescono e che attraversano il terreno sono circondate da uno strato di acqua che migliora nettamente l’efficienza dello scambio termico.

Il vantaggio principale è quello di poter ridurre la superficie totale scambiante rispetto a un impianto di pari potenza realizzato secondo la tecnica nota.

Il diametro del pozzo varia fra i due metri e dieci metri circa in funzione della dimensione deirimpianto e della potenza necessaria; in genere con un impianto configurato come quello appena descritto è possibile raggiungere potenze centinaia di volte superiori a quelle dei normali impianti con sonda geotermica.

Detto pozzo inoltre è caratterizzato dal fatto di prevedere, sulle pareti vicino al fondo, delle aperture che permettono all’acqua della falda circostante di fluire all’interno del pozzo creando una notevole riserva d’acqua utilizzabile per vari scopi.

La presente invenzione sarà ora descritta dettagliatamente, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate in cui:

· La figura 3 è una sezione verticale del pozzo geotermico, secondo l’invenzione.

• La figura 4 è una vista dall’alto del pozzo geotermico secondo l’invenzione.

In figura 3 è rappresentato il pozzo geotermico secondo l’invenzione, indicato nel suo complesso con 9. Detto pozzo è costituito da uno scavo realizzato fino alla profondità dove si trova la falda acquifera 10 ed è delimitato internamente da una parete in calcestruzzo 11 come previsto dalla normativa vigente per evitare il rischio di contaminazione delle falde acquifere.

Dal fondo 12 del pozzo partono una pluralità di tubazioni 13, realizzate in polietilene o materiali simili, che proseguono del terreno lungo una direzione orizzontale e radiale rispetto all’asse del pozzo.

Dette tubazioni 13 costituiscono dei loop chiusi, con una parte del tubo che funge da mandata e una da ritorno per il fluido frigorigeno.

II collegamento delle varie tubazioni alla pompa di calore può avvenire ad esempio tramite una serie di collettori 14 disposti verticalmente all’interno del pozzo, come illustrato in figura 4, in ciascuno dei quali confluiscono un certo numero di tubazioni.

In alternativa, i collettori possono essere costituiti da camere anulari, alle quali fanno capo da una parte It tubazioni orizzontali 13 e, dall’altra, i condotti che collegano le tubazioni alla pompa di calore.

Nella parete laterale di cemento 11 , in prossimità del fondo 12 del pozzo, sono ricavate anche una pluralità di aperture 15 che mettono in collegamento l’interno del pozzo con la falda acquifera circostante, per realizzare un serbatoio di acqua destinata ad altri usi.

Il funzionamento dell’impianto avviene con la stesa modalità di quelli realizzati utilizzando sonde geotermiche.

Il fluido proveniente dalla pompa di calore fluisce attraverso i collettori 15 e da qui nelle varie tubazioni 13 dove, grazie alla differenza di temperatura con il terreno circostante, può assorbire o cedere l’energia termica necessaria per il ciclo termodinamico.

La presenza di acqua intorno ai tubi, come già accennato, permette di migliorare notevolmente l’efficienza di scambio termico garantendo maggiori potenze a pari superficie scambiante installata.

II vantaggio principale della presente invenzione consiste nella possibilità di installare una superficie scambiante molto più elevata rispetto ai classici impianti con sonda geotermica, che corrisponde a una maggiore potenza disponibile per rimpianto.

Un altro vantaggio importante è quello di poter sfruttare il pozzo e la falda acquifera sottostante per creare una notevole riserva d’acqua disponibile per l’edificio dove è installato rimpianto, riserva che in alcuni casi è imposta dalle norme di sicurezza.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Pozzo geotermico ad alta capacità, caratterizzato dal fatto di prevedere un pozzo (9) scavato nel terreno fino alla profondità alla quale la temperatura ha un valore tale da garantire lo scambio termico necessario, ed una pluralità di tubazioni (13) collegate ad un impianto di condizionamento ambientale, che partono dal fondo di detto pozzo e che proseguono nel terreno in direzione sostanzialmente orizzontale.
2. 2) Pozzo geotermico ad alta capacità, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la profondità del pozzo (9) è calcolata in modo che le tubazioni (13) che ne fuoriescono siano a contatto con l’acqua della falda acquifera per massimizzare lo scambio termico di dette tubazioni.
3. 3) Pozzo geotermico ad alta capacità, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in prossimità del fondo sono ricavate delle aperture (15) nella parete laterale, che permettono all’acqua della falda di riempire il pozzo fornendo una riserva di acqua utilizzabile per altri scopi.
4. 4) Pozzo geotermico ad alta capacità, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette tubazioni (13) sono collegate direttamente alla pompa di calore.
5. 5) Pozzo geotermico ad alta capacità, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette tubazioni (13) sono collegate alla pompa di calore attraverso una serie di collettori (14) disposti all’interno del pozzo e collegati ciascuno a un certo numero di tubazioni (13).
6. 6) Pozzo geotermico ad alta capacità, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette tubazioni (13) sono realizzate in polietilene o materiali simili.
7. 7) Pozzo geotermico ad alta capacità, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la parete laterale del pozzo è realizzata con uno strato in calcestruzzo, così da chiudere gli spazi fra il pozzo e il terreno circostante, per evitare contaminazioni fra falde acquifere poste a differenti livelli.