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La Terra è suddivisa in 3 macrozone:

1. Crosta: oceanica e continentale

2. Mantello

3. Nucleo: esterno e interno

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Il flusso di calore è la quantità di energia termica che si trasferisce attraverso una superficie nell’unità di tempo. Si parla di flusso di calore terrestre per indicare il calore che fuoriesce dall’interno della Terra verso la superficie.

Il calore geotermico ha origine:

1. Calore residuo della formazione del pianeta
2. Decadimento radioattivo

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Tramite uno scambio termico con una pompa di calore, permette di:

riscaldare con bassi consumi di energia, un edificio nella stagione fredda.

Come funziona?

all'interno del circuito circola un fluido termovettore che, scambiante energia con il terreno circostante, si riscalda o si raffredda a seconda dell'utilizzo estivo o invernale;

il fluido trasporta l'energia raccolta al locale tecnico dell'edificio, dove si trova la pompa di calore;

la pompa di calore fa compiere un ulteriore salto di temperatura fino a raggiungere la temperatura desiderata.

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P=Q C d Δ T

Il sistema più efficiente è il prelievo diretto dell'acqua di falda, che si trova alla temperatura del sottosuolo, e successiva reiniezione dopo che il fluido ha ceduto a calore alla pompa di calore.

L'utilizzo diretto dell'acqua di falda però, può comportare un elevato consumo energetico di pompaggio. Inoltre necessita di un controllo costante delle variazioni termiche della falda che possono causare una zona a minore o maggiore temperatura potenzialmente in grado di compromettere l'efficienza del sistema. In condizioni favorevoli il rapporto di potenza estraibile tra il circuito aperto e chiuso è pari a circa 10:1 cioè da un doppietto di pozzi di estrazione e iniezione si estraggono in media 50 kW mentre da una sonda geotermica verticale si estraggono 5 kW.

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Centrale Geotermica a Circuito Chiuso: Le sonde verticali

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Centrale Geotermica a Circuito Chiuso: Le sonde verticali

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I tubi sono realizzati generalmente in polietilene o in suoi varianti, un materiale inerte, resistente alla corrosione e con una capacità termica utile per la trasmissione del calore.

Le sonde si installano tramite perforazione generalmente vengono cementati.

La profondità standard delle sonde geotermiche varia tra 50 metri e 150 metri.

Un impianto geotermico per un'abitazione monofamiliare quindi composto da 2 a 4 sonde, di norma viene installato in 3-4 giorni. La durata delle sonde è pari a quella del polietilene quindi di almeno cent'anni durante il quale non è necessaria manutenzione.

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Centrale Geotermica a Circuito Chiuso: I collettori orizzontali

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Centrale Geotermica a Circuito Chiuso: I collettori orizzontali

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Alcuni sistemi molto superficiali si possono installare tramite scavo. L'esempio più comune è rappresentato dai collettori orizzontali, nei quali le serpentine vengono stese orizzontalmente su uno strato di sabbia e successivamente ricoperte da terreno di riporto.

Trovandosi a bassa profondità, i collettori orizzontali risentono l'influenza termica stagionale, pertanto l'energia captata è inferiore rispetto alle sonde verticali.

Possono fornire da 10 a 30 W/m2

Le uniche limitazioni all'uso del terreno in presenza di un impianto a collettore orizzontale, sono legate all'impossibilità di installare alberi ad alto fusto per evitare che le radici arrivassero vicino alle tubazioni; per il resto il giardino l'orto possono essere coltivati e utilizzati come al solito. In caso di pavimentazione asfaltate, questo si comportano come un corpo nero assorbendoli irraggiamento solare e aumentando le temperature del sottosuolo, coinvolgendo i collettori orizzontali.

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Funzionamento di una Centrale Geotermoelettrica

1. Canalizzazione del vapore verso una turbina.

2. Trasformazione dell'energia geotermica in energia meccanica.

3. Conversione dell'energia meccanica in energia elettrica tramite un alternatore.

4. Distribuzione dell'energia elettrica tramite trasformatori.

Prospettive Future dell'Energia Geotermica

La distribuzione del calore geotermico non è uniforme, con aree come l'Islanda e la California che mostrano un alto potenziale. La tecnologia e le condizioni geologiche determineranno la futura sfruttabilità delle risorse geotermiche in altre regioni, come l'Africa e il Sudamerica.

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I costi indicativi per il riscaldamento annuale per unità di superficie sono:

Tipo di Impianto Costo (€ / m²)

Pompa di calore geotermica 5-7

Impianto a metano 9-14

Impianto a GPL 14-22

Nel 2020, i sistemi geotermici sono stati inclusi tra gli interventi finanziabili dal governo con detrazioni fiscali fino al 65%, e l'installazione di un impianto geotermico può migliorare la classe energetica dell'edificio.

Le pompe di calore geotermiche offrono numerosi vantaggi ambientali e di sicurezza:

Aria più sana senza fiamme libere o gas di scarico.

Maggiore sicurezza grazie all'assenza di combustione.

Zero emissioni di CO2 a livello locale.

Consumo limitato di energia elettrica.

Le principali barriere includono:

Costi di installazione elevati.

Difficoltà di installazione in ambito urbano.

Necessità di proteggere le falde acquifere.

Costo elevato dell'energia elettrica rispetto al gas naturale.