Sono alcuni anni che abbiamo compreso l’importanza e la necessità di limitare fortemente, se non addirittura eliminare completamente, la nostra dipendenza dai combustibili fossili.
Questi ultimi sono la causa dell’aumento di malattie incurabili come i tumori e anche dell’aumento sproporzionato della CO2 (ed altri gas serra) nella nostra atmosfera, cosa che ci sta portando verso un mondo sempre più caldo e ricco di eventi estremi.
La strada da percorrere è quella che anche l’Unione Europea indica con la Direttiva R.E.D. ovvero Ridurre; Elettrificare; Decarbonizzare.
Nel campo della climatizzazione domestica, per eliminare il gas metano (un combustibile fossile), oggi molto utilizzato, si devono sfruttare sistemi che funzionano a elettricità e possibilmente con alte efficienze. E proprio in questo senso oggi parleremo delle Pompe di Calore Geotermiche.
Che cos’è la geotermia domestica
La geotermia domestica (o “bassa entalpia”) sfrutta il calore del terreno per riscaldare (e, se desiderato, raffrescare) un’abitazione. Al centro del sistema c’è una pompa di calore geotermica: un dispositivo che trasferisce energia termica dal sottosuolo all’interno della casa, utilizzando un ciclo frigorifero simile a quello di un condizionatore ma molto più efficiente.
Le componenti principali di un impianto geotermico sono:
- Sonde geotermiche: tubi interrati nel terreno (verticali o orizzontali), nei quali circola un fluido (spesso acqua + glicole) che scambia calore con il sottosuolo.
- Pompa di calore geotermica: installata nell’edificio, riceve il fluido dalle sonde, ne estrae energia termica, e la pompa verso il circuito di riscaldamento domestico.
- Sistema di distribuzione del calore: tipicamente un impianto radiante (pavimento, pareti) o altri terminali a basse temperature; può esserci anche un serbatoio per l’accumulo dell’acqua calda sanitaria.
Principi di funzionamento
Il principio è piuttosto semplice:
- Nel periodo invernale, il fluido nelle sonde geotermiche entra in contatto con il terreno, che a qualche decina di metri di profondità ha una temperatura quasi costante (tipicamente tra 10 e 15 °C, a seconda del luogo).
- La pompa di calore estrae questo calore “freddo ma stabile”, lo concentra (grazie al ciclo di compressione) e lo restituisce ad una temperatura utile per il riscaldamento interno (tipicamente 35-45 °C,)
- In estate, può funzionare “al contrario”: scambiando il calore interno con il sottosuolo (raffrescamento).
Efficienza: SCOP e stabilità termica
- La stabilità termica del terreno è uno dei grandi punti di forza: a profondità maggiori (es. sonde verticali), la temperatura è quasi costante nel corso dell’anno, il che migliora l’efficienza del sistema rispetto a pompe di calore che prendono energia dall’aria (che invece varia molto).
- Il SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) di una pompa di calore geotermica può essere molto elevato, perché il “salto termico” da superare è moderato grazie alla temperatura stabile del terreno.
- Inoltre, grazie alla sorgente termica stabile, la pompa di calore lavora più “rilassata”, con cicli più lunghi e meno accensioni/spegnimenti, il che è benefico per la durata e i consumi.
Requisiti dell’area: sonde verticali vs orizzontali
Per installare un sistema geotermico servono delle caratteristiche del terreno:
- Sonde verticali
- Si perfora in profondità (tipicamente 80–150 m, a seconda del progetto) per creare “pozzi” geotermici.
- È utile quando lo spazio in superficie è limitato ma si ha la possibilità di trivellare.
- Permette di sfruttare la temperatura più costante e più “carica termica” del sottosuolo profondo.
- Sonde orizzontali
- Tubazioni che si stendono a circa 1–2 metri di profondità.
- Richiedono più superficie, perché per avere una resa adeguata serve una buona area per lo scambio termico.
- Sono meno costose da installare (no trivellazione profonda), ma possono essere meno efficaci se l’area non è ben progettata o il terreno non ha buone proprietà termiche.
Confronto con l’aerotermia (pompe di calore aria-acqua) nei climi italiani
È utile fare un confronto sintetico tra geotermia e aerotermia (pompe di calore aria-acqua) considerando il clima tipico italiano:
| Aspetto | Geotermia | Aerotermia |
|---|---|---|
| Efficienza (SCOP) | Generalmente più alto, grazie alla temperatura stabile del terreno. | Dipende molto dalla temperatura dell’aria: nei periodi molto freddi l’efficienza può calare sensibilmente. |
| Stabilità operativa | Molto stabile, indipendente dal clima esterno. | Più variabile: spreco di efficienza quando l’aria è molto fredda o troppo calda. |
| Costi di installazione | Elevati: trivellazioni, scavi. | Inferiori: solo unità esterna + tubazioni, nessun pozzo profondo. |
| Impatto ambientale lungo vita | Molto favorevole: studi LCA indicano che i sistemi geotermici hanno impatti inferiori rispetto alle ASHP su ciclo di vita, grazie al basso consumo operativo e lunga durata. | Anche le ASHP sono efficienti, ma consumano di più, specialmente in climi estremi. |
| Area richiesta | Se si usano sonde orizzontali serve terreno; con sonde verticali si ha meno impatto in superficie, ma servono permessi e trivellazioni. | Non richiede scavi profondi, più semplice da installare anche in spazi urbani. |
In un clima italiano – tipicamente temperato – la geotermia può essere più vantaggiosa se si prevede l’abitazione su medio-lungo termine e si può investire inizialmente, mentre l’aerotermia può essere più “agile” per retrofit o in assenza di spazio per sonde.
Quando conviene la geotermia
Ecco le situazioni in cui la geotermia domestica può essere particolarmente vantaggiosa:
- Nuove costruzioni molto ben isolate, dove un impianto radiante a bassa temperatura è già previsto: la pompa di calore geotermica può fornire riscaldamento e raffrescamento in modo molto efficiente.
- Abitazioni con spazio esterno, che permettono di installare sonde orizzontali o di trivellare per sonde verticali.
- Presenza di un impianto fotovoltaico: abbinare la geotermia con il fotovoltaico è una scelta intelligente perché le pompe di calore consumano energia elettrica, e se questa proviene da moduli solari si riducono drasticamente i costi operativi netti.
Consumi e manutenzione
- Consumi: la pompa di calore geotermica consuma elettricità per far funzionare il compressore e le pompe di circolazione. Tuttavia, grazie all’elevato SCOP, l’energia utile prodotta è molto superiore all’energia elettrica consumata. In media per ogni kW elettrico si possono ottenere 4–5 kW di calore.
- Se l’impianto è integrato con pannelli fotovoltaici, gran parte dell’elettricità può venire prodotta in loco, riducendo ulteriormente il costo operativo netto.
- Manutenzione: rispetto ad altri impianti, la manutenzione di un sistema geotermico è generalmente ridotta:
- Il circuito geotermico (tubi interrati) ha una durata molto lunga e non richiede manutenzione frequente una volta installato correttamente.
- Controlli periodici sono comunque consigliati: verifica del fluido termovettore, delle pompe, del compressore, eventuali perdite.
Esempi d’uso in abitazioni unifamiliari
Per rendere più concreto come si applica la geotermia in Italia, ecco alcuni scenari tipici:
- Villa con pavimento radiante + fotovoltaico
- Immagina una casa unifamiliare ben coibentata, con impianto di riscaldamento a pavimento.
- Si installa una pompa di calore geotermica e un campo di sonde verticali nel giardino.
- Si abbina un impianto fotovoltaico sul tetto: l’elettricità prodotta alimenta la pompa di calore.
- Durante l’inverno, la pompa di calore fornisce calore al pavimento radiante a bassa temperatura (es. 35 °C), mentre in estate può raffrescare o produrre acqua calda sanitaria.
- Grazie alla stabilità del terreno, i cicli sono efficienti e i costi elettrici contenuti, specialmente con il fotovoltaico.
- Nuova costruzione su lotto ampio
In una casa isolata su terreno abbastanza ampio, si decide di posare sonde orizzontali (meno costose) dimensionando il campo di scambio in funzione della superficie dell’edificio, della coibentazione e del fabbisogno termico.
- Ristrutturazione con decarbonizzazione
- Una famiglia decide di abbandonare la caldaia a gas. Installa una pompa di calore geotermica con sonde verticali e, parallelamente, un impianto fotovoltaico.
Limiti e criticità
Nonostante i molti vantaggi, la geotermia domestica ha anche alcune criticità:
- Investimento iniziale alto: trivellazioni, materiali e posa delle sonde possono costare significativamente.
- Permessi e regolamentazioni: la trivellazione può richiedere autorizzazioni specifiche a livello locale;
- Studio geologico obbligatorio;
- Sostenibilità di lungo termine: se l’impianto non è ben dimensionato, si rischia di “raffreddare” troppo il sottosuolo o avere rendimenti decrescenti; Ci sono comunque soluzioni come ad esempio, la rigenerazione stagionale che permette di mantenere densità di estrazione elevate nel tempo.
Conclusione
La geotermia domestica è una soluzione energetica molto potente e sostenibile, soprattutto per chi ha una prospettiva a medio-lungo termine, spazio per un campo di sonde e potenzialmente un impianto fotovoltaico. Fornisce un riscaldamento efficiente, stabile e a basse emissioni, e può essere integrata molto bene in abitazioni con impianti a pavimento (o altri sistemi a bassa temperatura). Tuttavia, la sua convenienza dipende moltissimo dalle condizioni del terreno, dai costi di installazione e dalle politiche di incentivo.