VIGOR: Prime indicazioni tecnico-prescrittive in materia di impianti di climatizzazione geotermica

VIGOR:PRIME INDICAZIONI

TECNICO-PRESCRITTIVE INMATERIA DI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE

GEOTERMICA

S. BotteghiS. ChiesaE. DestroE. Di SipioA. Galgaro A. ManzellaD. Montanari

VIGOR • VALUTAZIONE DEL POTENZIALE GEOTERMICO REGIONI DELLA CONVERGENZA

Edizioni CNR – IGG Area della Ricerca di Pisa

VIGOR:

Prime indicazioni tecnico-prescrittive in materia

di impianti di climatizzazione geotermica

VIGOR:Prime indicazioni tecnico-prescrittive in materia di impianti di climatizzazione geotermica

a cura di:Sergio Chiesa (CNR–IDPA), Elisa Destro, Eloisa Di Sipio, Adele Manzella, Domenico Montanari, Serena Botteghi (CNR–IGG), Antonio Galgaro (Università di Padova, CNR–IGG).

con la collaborazione di: Pasquale Iaquinta e Giulio Iovine (CNR-IRPI), Rita Masciale, Delia Evelina Bruno, Vito Uricchio e Nicola Lopez (CNR–IRSA).

Progetto editoriale e grafico, revisione testi, impaginazione:Alle Bonicalzi e Nicola Maria Lannistudio allegropanico – www.allegropanico.com

Ricerca iconografica:CNR

Illustrazioni: Elisa Bertini

Fotografie:Antonio Galgaro, A. Chixoy

Prima edizione: novembre 2012Ristampa: settembre 2014

ISBN: 9788879580106

Edizioni CNR – IGG Area della Ricerca di Pisa

Nel caso di riproduzione, anche parziale, di immagini, testi e/o contenuti della presente opera si raccomanda esplicita citazione in questa forma: Botteghi S., Chiesa S., Destro E., Di Sipio E., Galgaro A., Manzella A., e Montanari D. (2012). VIGOR: Prime indicazioni tecnico-prescrittive in materia di impianti di climatizzazione geotermica. Progetto VIGOR – Valutazione del Potenziale Geotermico delle Regioni della Convergenza, POI Energie Rinnovabili e Risparmio Energetico 2007-2013, CNR – IGG, ISBN: 9788879580106.

L’editore è a disposizione degli aventi diritto con i quali non gli è stato possibile comunicare, nonché per eventuali involontarie omissioni o inesattezze nella citazione delle fonti dei brani riprodotti nel presente volume.

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Progetto VIGOR, Intesa Operativa tra MiSE-DGENRE e CNR-DTA POI Energie Rinnovabili e Risparmio Energetico 2007-2013

Valutazione del potenziale geotermico delle Regioni della Convergenzawww.vigor-geotermia.it

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Somm

arioPremessa 9

Introduzione 13

Le pompe di calore geotermiche 16

Componenti di un sistema 19

Ground-Coupled Heat Pump (GCHP) 19

Generalità del Ground Response Test (GRT) o Thermal Response Test (TRT) 23

Esecuzione del GRT 25

Strumentazione GRT 26

Isolamento termico 27

Esecuzione del test di risposta termica 28

1. La valutazione geotermica 29

1.1 La zonazione e la definizione delle Unità Geotermiche Omogenee 30

1.2 La definizione del potenziale geotermico 31

1.3 Il sistema informativo e l’organizzazione dei dati:

la banca dati geotermica di bassa entalpia 31

1.4 La cartografia tematica 34

1.4.1 Temperatura media dell’aria 35

1.4.2 Conducibilità termica 35

1.4.3 Flusso di calore 36

1.4.4 Aree sottoposte a tutela 37

1.4.5 La velocità della falda 39

1.5 La valutazione del potenziale: la mappa di sintesi 39

2. Modelli numerici per la simulazione dello scambio termico 41

3. Inquadramento normativo 47

3.1 Normativa internazionale 47

3.1.1 Criteri principali della normativa internazionale 47

3.1.2 Linee guida standard, certificazioni e permessi legali

per le pompe di calore geotermiche nell’UE 51

3.1.3 Esempi di normativa in alcuni Paesi dell’Unione europea 55

3.2 Normativa nazionale 61

Decreto Legislativo 3 marzo 2011, n. 28 (D.Lgs. 28/2011) 61

Decreto Legislativo 11 febbraio 2010, n. 22 (D.Lgs. 22/2010) 64

Sintesi normativa 67

Concessione di derivazione delle acque pubbliche 68

Autorizzazione allo scarico 69

3.2.1 Normative regionali 70

3.2.2 Proposte di normativa tecnica nazionale 73

4. Linee guida per la redazione della documentazione tecnica di progetto 81

4.1 Contenuti delle relazioni tecniche di progetto 81

4.1.1 Contenuti della relazione tecnica descrittiva generale 81

4.1.2 Contenuti della relazione geologica 82

4.2 Specifiche tecniche per la realizzazione e la verifica funzionale

delle sonde geotermiche 83

4.3 Specifiche tecniche per la realizzazione e la verifica funzionale

dei pozzi per scambio con acqua di falda 88

4.4 Qualificazione degli operatori 92

Bibliografia 95

La geotermia è scienza, tecnologia ed energia.È la scienza che indaga le fonti di calore endogeno della Terra; è la tecnologia (impiantistica e disciplinare) che permette di accedere a tali risorse e coltivarle; è l’energia che ne scaturisce, utilizzabile sia come calore – direttamente – sia per la produzione di energia elettrica.La geotermia è utile, difficile e... bella.È una disciplina utile, perché dall’indagine geotermica e dagli impianti deriva un approvvigionamento energetico efficiente e indipendente sia dalle forniture estere sia dalle fluttuazioni del prezzo del petrolio. È una sfida difficile: si esige competenza e perizia per attingere a una fonte di energia praticamente ubiqua, ma custodita; locale e disponibile sempre, rinnovabile e, dunque, sostenibile: un’energia bella! La geotermia è una branca del sapere e una pratica tecnologica poco compresa, perché poco nota, ancora scarsamente organizzata e, spesso, poco incentivata. Serve dunque informazione, che è raccolta di dati, divulgazione, formazione.Grazie a una sapienza (oggi lo chiamano know-how) e a un’esperienza uniche nel settore, messe in campo dal Consiglio Nazionale delle Ricerche, in accordo con il Ministero dello Sviluppo Economico, la geotermia oggi è anche VIGOR. Un progetto quadriennale che ha permesso di calcolare il potenziale geotermico di alcune Regioni del sud Italia e integrarlo in mappe significative del territorio, di progettarne il possibile utilizzo tramite impianti tecnologicamente ed economicamente realizzabili, dipanandone l’iter autorizzativo e indagandone il grado di accettabilità sociale per, infine, condividere tutto ciò (tramite opere e carte stampate e via web), affinché un’esperienza (inter)regionale diventi patrimonio condiviso.Da qui in poi, la geotermia è progetto e investimento. Ed è futuro: il nostro.

Adele Manzella Coordinatrice scientifica del progetto

Premessa

Fin dai tempi antichi, l’uomo ha trovato nelle grotte un rifu-gio tanto al rigore degli inverni

quanto al clima torrido delle estati, così come ha scavato cantine ove conserva-re cibi e vini; contemporaneamente, se presente in loco, ha tratto giovamen-to dal tepore delle acque termali. Fin dall’antichità, allora, l’uomo si è avval-so dei benefici derivati dal calore della Terra, senza ancora sapere esattamente di cosa si trattasse e di come funzionas-se esattamente. Oggi disponiamo di molte più informazioni al riguardo e la geotermia è a tutti gli effetti una scien-za, oltre che una fonte d’energia e una tecnica per produrre benessere.Ancora oggi l’impiego diretto dell’e-nergia geotermica riguarda principal-mente il benessere psicofisico garantito dagli usi termali e dalla balneologia; anche se non mancano applicazioni di-verse, di tipo sia agricolo sia industria-le. E tuttavia, se si pensa che in Italia il 30% del consumo totale di energia riguarda proprio usi termici a tempe-rature medio-basse (35-50 °C), non è difficile immaginare di poter estendere l’uso di acque geotermiche a ben al-tre e ben più numerose applicazioni. Tra queste, ad esempio, diverse fasi di produzione degli alimenti cosiddet-ti biologici, tra cui alcune lavorazioni di formaggi e insaccati, ma anche di vini e altre bevande; la coltivazione

in serra di frutta e verdura; nonché l’allevamento di pesci (acquacoltu-ra). L’utilizzo di acque termali, infatti, permette di riscaldare e sterilizzare, rendendo superfluo l’impiego di pro-dotti chimici di conservazione o pesti-cidi. Inoltre, l’impiego di tali acque – o anche semplicemente della differenza di temperatura tra l’ambiente dome-stico e il sottosuolo – per riscaldare e raffrescare ambienti rientra perfetta-mente nei meccanismi virtuosi del ri-sparmio energetico, migliorando anche l’efficienza della produzione di energia del Paese.L’utilizzo diretto efficiente dell’energia termica del sottosuolo, tuttavia, ha un limite intrinseco: è circoscritto local-mente. Per evitare consistenti perdite di calore, infatti, il suo impiego è limitato a un raggio di pochi chilometri dalla fonte. A meno che l’acqua termale non sia molto abbondante e a temperature elevate, intorno agli 80-100 °C. A tali condizioni, infatti, diventa pos-sibile realizzare impianti di teleri-scaldamento, in grado di trasportare l’energia senza perdere efficienza e di offrire così un servizio centralizzato di fornitura di energia termica ‘pulita’ ai distretti edilizi asserviti. In tal caso i benefici sono sotto gli occhi di tutti. Scaldare e raffrescare edifici e locali scambiando calore con il sottosuo-lo comporta anzitutto un risparmio

Premessa 9

economico sui consumi, oltre che con-tribuire alla diminuzione delle emissio-ni di gas responsabili dell’effetto serra. Tali pratiche costituiscono non solo un impegno virtuoso, mirato al rispet-to delle condizioni ambientali future, ma anche un dovere attuale, assunto come vincolo esplicito a partire dalla sottoscrizione del Protocollo di Kyoto del 1997.

Infatti, secondo il rapporto n. 4/2011 dell’EEA (cioè European Environment Agency, l’Agenzia Europea per l’Am-biente), alla fine del 2010, l’Unione europea a 15 Stati membri ha rag-giunto dei buoni risultati in linea con l’obiettivo di Kyoto 2020. Tre membri tra cui l’Italia, però, sono attualmente in difficoltà nel soddisfare il proprio programma di riduzione del-le emissioni di gas serra (Greenhouse Gas Emission o GHG). A partire dal 2004 in Italia, dopo un lungo periodo di incremento delle emissioni registrato nel decennio prece-dente, si è riscontrata una progressiva diminuzione dei GHG. In particolare, le emissioni legate al settore energeti-co sono diminuite di circa il 2,8% dal 1990 al 2009. Aumenti significativi, al contrario, sono stati osservati nei settori trasporto, unità residenziali e servizi. In ambito industriale, invece, il trend negativo si è accentuato tra il 2007 e il

2009, grazie ai miglioramenti registrati prevalentemente nell’industria chimi-ca (produzione di acido nitrico e acido adipico) e siderurgica (produzione di ghisa e acciaio). Nel settore agricolo, si sono registrate riduzioni delle emissio-ni di metano (CH4) da fermentazione enterica e di ossido di diazoto (N2O) dai terreni agricoli, mentre l’adozione di migliori procedure per lo smalti-mento dei rifiuti solidi nel terreno ha permesso di ridurre le emissioni nel set-tore dei rifiuti.

Tuttavia, nel breve periodo (2008-2009), si è potuto osservare che per cinque anni consecutivi si è avuta una riduzione delle GHG, in particolare, grazie ai risultati conseguiti dalle in-dustrie (energetiche, siderurgiche, chi-miche, del cemento) e del trasporto su strada. In quest’ultimo caso, la forte ri-duzione delle emissioni è legata all’av-vento della recessione economica.D’altro canto, le emissioni legate alle abitazioni residenziali e ai servizi sono aumentate notevolmente a causa di un inverno rigido e freddo, mentre l’au-mento dell’uso delle fonti rinnovabili sta contribuendo alla riduzione delle emissioni di gas serra nel 2009.Tornando alla recessione economica, sebbene abbia avuto un impatto signi-ficativo sull’andamento delle emissioni totali di GHG dell’Unione europea,

10 VIGOR - Prime indicazioni tecnico-prescrittive in materia di impianti di climatizzazione geotermica

ha però avuto una ricaduta limitata sugli effettivi progressi circa il conse-guimento degli obiettivi di Kyoto: le emissioni maggiormente investite dal-la crisi, infatti, sono quelle classificate all’interno del sistema ETS (European Trading Scheme, cioè il sistema di scam-bio delle quote di emissione UE), che non influiscono sulla conformità del Protocollo di Kyoto. Entro il 2020, perciò, gli Stati membri devono intensificare gli sforzi volti a ri-durre le emissioni in settori non-ETS come, ad esempio, quello residenziale, dei trasporti o dell’agricoltura, dove gli obiettivi nazionali vincolanti sono stati fissati nel quadro del pacchetto clima ed energia 2009 dell’Unione europea.Ed è in questo contesto che si inserisce il Progetto VIGOR, di cui il presente documento è emanazione.

VIGOR significa Valutazione del po-tenzIale Geotermico delle regiOni del-la conveRgenza ed è frutto dell’Intesa Operativa tra il MiSE DGENRE (cioè la Direzione Generale per l’Ener-gia Nucleare, le energie Rinnovabili e l’Efficienza energetica del Ministero per lo Sviluppo Economico) e il CNR DTA (ossia il Dipartimento Terra e Ambiente del Consiglio Nazionale delle Ricerche). Un progetto che mira alla promozione di interventi innova-tivi riguardanti l’impiego dell’energia

geotermica, a partire dalle Regioni Calabria, Campania, Puglia e Sicilia: le cosiddette ‘Regioni della Conver-genza’ (denominate anche ‘Obiettivo Convergenza’). Su indicazione eu-ropea, VIGOR si concentra su tali Regioni ma si inscrive a pieno titolo nel più ampio Piano Operativo In-terregionale (POI) Energie Rinnovabili e Risparmio Energetico 2007-2013, che pre-vede l’incremento del consumo energe-tico proveniente da fonti rinnovabili e il miglioramento dell’efficienza energeti-ca, uniti alla promozione di opportuni-tà di sviluppo locale.

In particolare, in questa sede si offriran-no le informazioni base per la conoscen-za e l’analisi di pre-fattibilità di impianti di climatizzazione basati su scambi ter-mici di bassa entalpia con il sottosuolo, nonché indicazioni per la corretta mes-sa in opera degli impianti geotermici (o di geoscambio) accoppiati a pompe di calore. Impianti che possono essere di due tipi: a sonde di geoscambio (o ‘a circuito chiuso’); e impianti che preve-dono movimentazione di acqua di fal-da (detti perciò ‘a circuito aperto’).

Oltre a fornire una descrizione del-le buone pratiche e dell’applicabilità di tali soluzioni tecnologiche, il do-cumento fornisce una panoramica dello stato attuale della normativa in

Premessa 11

Italia e propone alcune linee guida dedicate alla redazione di una norma-tiva specifica del settore, che riguardi sia gli aspetti di ecosostenibilità sia, in

generale, la progettazione e la realizza-zione dei sistemi geotermici nell’ottica di una massimizzazione dell’efficienza energetica. n


Entrato in vigore il 16 febbraio 2005, il Protocollo di Kyoto im-pone a ogni Nazione firmataria

di decrementare le proprie emissioni legate all’uso di combustibili fossili nel periodo 2008-2012, per una riduzione globale di gas serra pari al 5,2% rispetto ai livelli del 1990. Secondo l’accordo per la condivisione degli oneri tra gli Stati europei membri (il Burden-sharing Agreement del 16 giugno 1998), all’Italia spetta il compito di ridurre le proprie emissioni del 6,5% rispetto al 1990. Tuttavia, nel perio-do 1990-2002 queste sono aumenta-te del 9%, portandoci (al 2002)a una ‘distanza’ dagli obiettivi di Kyoto pari al 15,5%. Per rientrare nei parametri e adeguarsi alle norme di salvaguardia ambientale diventa ora fondamentale contenere il più possibile le emissioni in atmosfera: un obiettivo che può es-sere conseguito sia tramite politiche di risparmio energetico sia, soprattutto, con il miglioramento delle efficienze energetiche e l’impiego di fonti energe-tiche rinnovabili.Un contributo importante, in questo senso, può essere fornito dall’adozione di sistemi di climatizzazione a elevata efficienza e a forte vocazione rinnova-bile quali, ad esempio, i sistemi geoter-mici a pompa di calore. Al proposito è indispensabile intro-durre subito una prima precisazione

sul significato del termine ‘geoter-mia’, che è una forma di energia, ma anche una scienza che studia la rela-tive soluzioni tecnologiche associate. Geotermia, allora, può indicare sia l’utilizzo di un flusso termico derivan-te da fenomeni di carattere geologico o vulcanologico (sorgenti termali, soffio-ni ecc.) sia il semplice scambio termico con il sottosuolo, inteso come massa di grande capacità termica utilizzabile come sorgente e recettore in un ciclo termodinamico (dal quale estrarre ca-lore durante la stagione invernale e al quale cederne durante quella estiva). Nel primo caso, la geotermia è prin-cipalmente legata alla produzione di energia elettrica o all’utilizzo di acque idrotermali; nel secondo, invece, ri-guarda la climatizzazione degli edifici, in regime sia di riscaldamento sia di raffrescamento. In questo documento ci occupiamo nello specifico di questo secondo tipo di impiego dell’energia geotermica.

Detto ciò, gli impianti geotermici per la climatizzazione si distinguo-no sulla base della modalità con cui avviene lo scambio termico con il sot-tosuolo, ovvero ci sono:1. impianti ‘a circuito chiuso’, che pre-vedono l’accoppiamento con il terreno attraverso un sistema di tubazioni a circuito chiuso al cui interno scorre il

Introduzione

Introduzione 13

fluido termovettore (le cosiddette ‘son-de di geoscambio’);2. impianti ‘a circuito aperto’, che uti-lizzano l’acqua di falde acquifere sot-terranee come fluido termovettore, con restituzione dopo l’uso nella falda di prelievo stessa, oppure in corpi idrici superficiali;3. impianti che, attraverso un circuito che può essere sia aperto sia chiuso, uti-lizzano come sorgente termica l’acqua di laghi, corsi d’acqua o marina.

I casi 2 e 3 richiedono una situazione idrogeologica particolare, legata al con-testo specifico locale, e generalmente comportano maggiori vincoli legislati-vi correlati alla protezione delle acque sotterranee e di superficie.

Quanto al caso 1, invece, si noti che il terreno, grazie alla sua elevata inerzia termica, già a moderata profondità risente solo marginalmente delle flut-tuazioni termiche giornaliere e stagio-nali. In assenza di anomalia termica, la temperatura de sottosuolo si può con-siderare pressoché costante tutto l’an-no, assumendo generalmente un valore prossimo alla temperatura media an-nua dell’aria nella località considera-ta: l’ampiezza dell’escursione termica giornaliera si riduce a un decimo a po-che decine di centimetri di profondità, mentre quella dell’escursione termica stagionale si riduce dello stesso fattore a circa 6 metri di profondità (fig. 1). In termini più elementari si può os-servare come, a partire da una certa

Figura 1. Profili di

temperatura a varie

profondità (z).


profondità, il terreno risulti più caldo dell’aria esterna in inverno e più freddo durante i mesi estivi: una circostanza conveniente che può essere sfruttata per riscaldare o raffreddare un edificio a seconda delle esigenze. Il livello termico cui si trova il sotto-suolo non è però sufficiente a garantire temperature adeguate al totale sod-disfacimento del fabbisogno termico lato utenza. Per questo è necessario il contributo di una macchina termica, la pompa di calore geotermica, che ha il compito di spostare il calore dal sottosuolo all’edificio e viceversa. Que-sto dispositivo consente di innalzare il livello energetico della sorgente sotto-suolo, rendendo utilizzabile e spendibi-le una risorsa ampiamente disponibile, ma altrimenti inutilizzata, per soddisfa-re totalmente il fabbisogno climatico dell’edificio asservito (fig. 2).In base al suo principio di funziona-mento, la pompa di calore non risente delle oscillazioni termiche giornaliere, come avviene invece per quelle ad aria esterna, poiché il terreno costituisce una sorgente a temperatura pressoché costante. Un sistema in grado di avvalersi van-taggiosamente di queste potenzialità è pertanto in grado di offrire calo-re (azione riscaldante) e di sottrarne (azione refrigerante), in funzione delle richieste stagionali.

Per essere realizzato, un tale impianto necessita di: una perforazione atta a ospitare la sonda a circuito chiuso o un punto di emungimento; un fluido termovettore (in genere acqua); una pompa per il suo ricircolo; e di una pompa di calore, che costi-tuisce lo strumento atto a operare il trasferimento di calore nel sistema edificio-sottosuolo. Poiché ciò che avviene è un vero e pro-prio scambio di energia termica da e verso il sottosuolo (che, nell’arco di fun-zionamento annuale è in grado di auto-rigenerarsi, creando accumuli energeti-ci utilizzabili nella stagione successiva), si preferisce usare il termine ‘sistema di geoscambio’ per definire la rever-sibilità di questo tipo di impianto.È evidente che un dispositivo del ge-nere, in grado di utilizzare vantag-giosamente le caratteristiche del sot-tosuolo (inerzia e isolamento termici, nonché autorigenerazione e, quindi, rinnovabilità della risorsa primaria), abbatte l’impatto ambientale, con una

Figura 2. Schematizzazione della cosiddetta ‘funzione batteria’ del sottosuolo e processi di trasporto termico.

Batteriaricaricabile

Caloregeotermico

Convezionetermica

Conduzionetermica

- +

Radiazione solareIn�ltrazione acque

Introduzione 15

riduzione dell’emissione di sostanze in-quinanti che può arrivare fino al 70% rispetto a un tradizionale impianto a caldaia; inoltre, a lungo termine, esso comporta un considerevole ri-sparmio a livello economico, garantito dall’accoppiamento con sistemi termo-dinamici a elevata efficienza energetica (le pompe di calore).

Sebbene diffusamente applicate da or-mai più di una decina d’anni in diversi Paesi europei (primi tra tutti la Sviz-zera, l’Austria e la Svezia, ma anche la Germania), queste soluzioni tecno-logiche stentano ancora ad affermar-si in Italia: nonostante le condizioni climatiche favorevoli, infatti, sono an-cora pochi gli impianti operanti. Il ridotto numero di installazioni sem-bra essere correlato a una ancora scar-sa conoscenza della tecnologia, ai costi piuttosto elevati di realizzazione degli impianti che, ad oggi, non godono nemmeno di incentivazioni nazionali e regionali, ma anche alla mancanza di una normativa chiara e semplificata in merito.Di fatto, però, l’adozione di impianti di geoscambio per alla climatizzazione degli edifici risulta particolarmente ido-nea nella fase di raffrescamento estivo: una funzione che potrebbe e dovrebbe interessare il nostro Paese in generale e le Regioni della Convergenza (ossia le

destinatarie del Progetto VIGOR) in particolare. La letteratura internazio-nale, peraltro, rafforza la convinzione dell’idoneità dei sistemi di geoscambio in climi tipici delle Regioni circum-mediterranee, tant’è che ci sono studi finanziati dall’Unione europea espres-samente volti alla ricerca, in tali am-bienti, di soluzioni energetiche ottimali che prevedano l’uso di sistemi di clima-tizzazione a bassa entalpia.

Le pompe di calore geotermicheLe pompe di calore geotermiche (GCHP, cioè Ground-Coupled Heat Pump) sono sistemi in cui una pompa di calo-re è accoppiata a uno scambiatore di calore con il terreno, cioè a un insieme di sonde geotermiche (sistemi a circuito chiuso), oppure è alimentata dall’acqua sotterranea proveniente da un poz-zo (sistemi a circuito aperto). I sistemi GCHP utilizzano il terreno come fonte di calore quando operano in funzione di riscaldamento: in tal caso, un flui-do (abitualmente acqua o una miscela acqua-anticongelante) è il vettore che trasferisce il calore dal terreno all’eva-poratore della pompa di calore. Quan-do invece il sistema opera in modalità di raffrescamento, trasferisce il calore dalla pompa di calore al terreno. Una GCHP permette dunque di attuare sia il riscaldamento sia il raffrescamento di ambienti pressoché ovunque, con


grande flessibilità e, quindi, capacità di soddisfare la domanda. Oltre vent’anni di ricerca e sviluppo sulle GCHP in Eu-ropa hanno portato a idee ben definite riguardo alla sostenibilità di tale tecno-logia, alla buona progettazione e ai cor-retti criteri di installazione. Tra i recen-ti sviluppi si annoverano, da un lato, i test di risposta termica che permettono di determinare in situ le proprietà ter-miche del terreno ai fini di permettere una progettazione mirata; dall’altro, lo sviluppo di materiali di riempimento (malte) dalle proprietà termiche assai migliorate, atti a ridurre la resistenza termica della sonda.Il concetto di ‘immagazzinamento sot-terraneo di energia termica’ (o UTES, Underground Thermal Energy Storage), da prevedersi sia per raffrescare edifici sia per immagazzinare calore solare o anche surplus di calore che sarebbe al-trimenti sprecato, potrebbe essere inol-tre verificato con successo. Tali sistemi possono essere sia aperti (immagazzi-namento in acquiferi) sia chiusi (imma-gazzinamento mediante scambiatore di calore). Benché l’immagazzinamen-to del freddo sia ormai ben affermato nel mercato, l’immagazzinamento del calore, in particolare quello ad alta temperatura (ossia superiore ai 50 °C), è ancora nella fase di dimostrazione tecnologica.Il campo di impiego delle pompe di

calore geotermiche, con l’utilizzo allo scopo degli strati superficiali della cro-sta terrestre, è in rapida crescita in mol-ti Paesi europei, con conseguente pene-trazione nel mercato di tali sistemi. Ciò è testimoniato dal fatto che il numero di società che operano attivamente nel settore è in continuo aumento, al punto che ormai esiste una specifica voce per-fino nelle Pagine Gialle.Le condizioni climatiche dell’Europa Centrale e Settentrionale, in cui si tro-vano gran parte dei sistemi geotermi-ci, sono tali che la domanda riguarda principalmente il riscaldamento degli ambienti, mentre la domanda di cli-matizzazione dell’aria è sensibilmente minore. A differenza di quanto accade negli Stati Uniti, tali pompe di calore geotermiche operano quindi principal-mente in modalità di riscaldamento. Solo negli anni più recenti, con l’instal-lazione di GCHP nell’Europa Meridio-nale, in particolare in Grecia e Turchia Occidentale, c’è stata la possibilità di superare la fase di mera dimostrazio-ne tecnologica dei sistemi utilizzabili primariamente per la climatizzazione dell’aria. Il primo impianto pilota con GCHP con scambiatore di calore verticale (BHE, si veda il paragrafo successivo, a pag. 19) è stato realizzato in Grecia nel 1993, con supporto tecnico da parte di un team svizzero.

Introduzione 17

I risultati ottenuti hanno portato alla successiva implementazione di un nuovo progetto nel campus del Politecnico Nazionale di Atene, dove l’edificio del Dipartimento di Inge-gneria Mineraria è riscaldato e raf-frescato attraverso un sistema ibrido in cui le pompe di calore geotermi-che sono interfacciate sia a un pozzo di acque sotterranee sia a un BHE. Al progetto ne sono presto seguiti altri.

Grazie all’applicazione a grandi edi-fici di tipo commerciale, che richie-dono primariamente climatizzazione dell’aria, e alla continua proliferazione della tecnologie geotermiche anche nell’Europa Meridionale, l’utilizzo di impianti di tipo GCHP in doppia modalità (cioè per il riscaldamento invernale e per il raffrescamento estivo) diviene progressivamente sempre più importante.

Pannelli radianti

Pompa di calore

Accumolo inerziale

Scambiatore a terreno (sonda)

Figura 3. Tipica

configurazione di un sistema

GCHP.


Componenti di un sistema Ground-Coupled Heat Pump (GCHP)Come già accennato, una pompa di calore geotermica consta di tre compo-nenti principali (fig. 3): • scambiatore di calore con il terreno, oppure pozzo per le acque sotterranee; • pompa di calore che scambia calore con il fluido vettore;• sistema di riscaldamento/climatizza-zione dell’edificio.

Scambiatore di calore con il terrenoLo scambiatore di calore con il terre-no consiste di tubi sepolti nel terreno, disposti in una configurazione orizzon-tale in trincea alla profondità tipica di 1,2-2,0 m (scambiatore di calore oriz-zontale, figura 4, sulla sinistra), oppure in una configurazione verticale all’in-terno di un pozzo trivellato della pro-fondità tipica di 50-100 m (scambiatore di calore verticale, o BHE, Borehole Heat Exchanger, si veda la figura 4, al centro).

Tipicamente, il materiale utilizzato per la realizzazione dei tubi è polietilene ad alta densità (HDPE), che ne garan-tisce una vita media di almeno 50 anni; il diametro esterno è generalmente di 32 o 40 mm. In funzione del range di temperatura di funzionamento di pro-getto, i tubi possono essere riempiti con acqua o con una miscela di acqua e anticongelante. Nei sistemi orizzontali, anche il fluido refrigerante proveniente dal ciclo della pompa di calore può flu-ire attraverso i tubi posati nel terreno.Un’altra opzione è costituita dai pozzi per le acque sotterranee, in cui il calore è estratto da (o ceduto a) l’acqua pom-pata dal terreno (sistemi aperti, si veda la figura 4, a destra).Nonostante i pozzi orizzontali siano caratterizzati da un minor costo, la maggior parte dei sistemi installati utilizza BHE, i quali sono in grado di assicurare migliori prestazioni e, so-prattutto, hanno richieste di spazio di gran lunga inferiori.

Orizzontale Verticale Due pozzi

Figura 4.Esempi di scambiatori di calore col terreno: orizzontale (a sinistra), verticale o BHE (al centro), pozzi di estrazione e restituzione di acque sotterranee (a destra).

Introduzione 19

Un tipico BHE consiste di un singolo o un doppio tubo a U (fig. 5) inserito all’interno di uno o più pozzi trivellati verticali, ciascuno della profondità ti-pica di 50-100 m. Secondo la pratica scandinava, lo spazio tra il tubo a U e la parete del pozzo può essere riempi-to con acque sotterranee, a patto che il livello di falda sia sufficientemente elevato e che eventuali interferenze tra diversi acquiferi non siano problemati-che. Più spesso, tale spazio è colmato mediante apposita malta di riempi-mento (fig. 6), che permette di isolare tra loro le formazioni apportatrici di acque, impedendo così ogni flusso ver-ticale attraverso la sonda geotermica. Una buona malta di riempimento do-vrebbe aderire bene sia al tubo sia alle pareti del pozzo scavato, senza lasciare cavità che potrebbero indebolire il tra-sporto di calore. Sono disponibili sul mercato malte speciali, caratterizzate da alta conducibilità termica e ottime qualità di trasporto termico.Attualmente, i BHE sono offerti da vari produttori come prodotti standard, testati e certificati.

Anche altri prodotti (malte di riempi-mento, tubi di connessione, collettori, pompe di circolazione) sono progetta-ti specificatamente per l’installazione di GCHP e possono essere acquistati direttamente da scaffale.Progetto, installazione e messa in eserci-zio di tutti i tipi di scambiatori di calore con il terreno sono descritti in dettaglio nello standard tedesco VDI 4640, di cui è disponibile la traduzione in ingle-se. Una versione semplificata di alcune delle norme VDI 4640 è stata incor-porata nel nuovo standard EN 15450 Sistemi di riscaldamento degli edifici – Proget-to di sistemi con pompe di calore. Paesi in cui il mercato di GCHP è ma-turo hanno proprie regolamentazioni; è il caso di Svezia e Svizzera (l’importan-te questione delle normative tecniche sarà discussa in dettaglio al capitolo 4, dedicato alle linee guida).

I tipici intervalli di temperatura degli scambiatori di calore sono da -3 a 0 °C in Svezia e da -3 a +2 °C in Germania, dove sono osservate temperature medie indisturbate del suolo rispettivamente

Figura 5.Esempio di parte

inferiore di un Borehole Heat

Exchanger.


di 8,5-9,0 °C. In queste condizioni, uno scambiatore di calore orizzontale forni-sce alla pompa di calore una potenza nell’unità di area di 8-32 W/m², men-tre uno scambiatore verticale giunge a una potenza nell’unità di lunghezza di 20-70 W/m, in funzione della geologia del sottosuolo e della saturazione de-gli acquiferi. Nel caso in cui esista un forte flusso di acque sotterranee, è pos-sibile giungere a ratei di estrazione di 100 W/m in un singolo BHE. In un campo di BHE (fig. 7), è necessa-rio considerare anche la mutua interdi-pendenza tra le sonde. Un tale campo, infatti, sviluppa di solito chiari effetti di immagazzinamento di calore.Nell’Europa Meridionale le tempera-ture medie indisturbate del suolo sono comunemente di 15-18 °C e, quindi, i valori di estrazione di calore possono essere aumentati anche del 50% per le stesse temperature di operazione negli scambiatori di calore. Nel caso in cui non siano usati anticongelanti, possono comunque raggiungersi gli stessi tassi di estrazione tipici dell’Europa Centrale, ma con temperature di operazione ne-gli scambiatori di calore che vanno da +3 a +8 °C. Ciò permette migliori pre-stazioni energetiche dell’intero sistema GCHP.Oltre alle linee guida offerte dalle nor-me VDI 4640, la metodologia di pro-gettazione degli scambiatori di calore

con il terreno è descritta nel manuale ASHRAE del 1995 sulle applicazio-ni HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning, ossia ‘Riscaldamento, Ven-tilazione e Climatizzazione dell’Aria’). Inoltre, esistono alcuni pacchetti soft-ware atti alla progettazione di sistemi geotermici, spesso forniti dagli stessi produttori delle pompe di calore.

Figura 6.Sommità di un BHE con doppio tubo a U cementato.

Figura 7.Campo di BHE immediatamente dopo il completamento.

Introduzione 21

Fra tali pacchetti, può annoverarsi Earth Energy Designer (EED), sviluppa-to dall’Università di Lund (Svezia), nel quadro di una collaborazione tedesco-svedese.Nei sistemi più grandi, dove un sovra-dimensionamento degli scambiatori di calore potrebbe dar luogo a forti penalizzazioni dei costi, le proprietà termiche del terreno e le prestazioni termiche dei BHE possono essere stu-diate mediante Test di Risposta Termi-ca (Thermal Response Test o TRT). Du-rante un TRT, il calore è trasferito al fluido che circola in un BHE e la tem-peratura di uscita del fluido stesso è mi-surata con continuità. La conducibilità termica efficace e la resistenza termica del BHE sono due parametri che pos-sono essere calcolati mediante un’ap-prossimazione di tipo ‘sorgente lineare’ (approccio analitico), oppure possono essere stimati mediante adattamento dei risultati dei transienti di tempera-tura, ottenuti mediante simulazione numerica, a quelli misurati sperimen-talmente. In genere, un TRT è attuato immediatamente dopo la realizzazione del primo BHE; l’obiettivo è definire il numero esatto di BHE necessario per uno specifico sistema.

Pompe di caloreIn un GCHP sono normalmente uti-lizzate pompe di calore del tipo acqua-

acqua; tuttavia, alcuni costruttori of-frono anche pompe di calore del tipo acqua-aria. La scelta del tipo è dettata dalla pratica nella realizzazione degli edifici nelle differenti aree. In Europa Centrale i sistemi del tipo acqua-acqua sono la stragrande maggioranza. Le pompe di calore sono utilizzate sia per il riscaldamento/raffrescamento de-gli edifici sia per la fornitura di acqua calda domestica. Poiché esse utilizzano acqua, che ha proprietà di trasporto termico migliori rispetto all’aria, e poi-ché la temperatura del fluido prove-niente dagli scambiatori di calore con il terreno è stabile (ed è più alta rispetto alle condizioni estreme in caso di picchi di carico in riscaldamento e più bassa rispetto alle condizioni estreme in caso di picchi di carico in raffreddamento), una GCHP ben progettata e costruita opera tipicamente con un’efficienza energetica almeno del 30% superiore a quella delle migliori pompe di calore del tipo acqua-aria. Sono attualmente disponibili sul mer-cato pompe di calore a elevata efficien-za, basate sull’impiego di compressori scroll a regolazione on-off, che utilizza-no miscele R407C o R134a come fluidi termovettori. Recentemente è nata la tendenza a utilizzare la miscela R410A, caratterizzata da migliori proprietà di scambio termico e migliore efficienza nei sistemi reversibili di riscaldamento/


raffrescamento; in ogni caso, le miscele refrigeranti in questione non danneg-giano l’ozono atmosferico. In futuro è prevista l’introduzione di compressori a capacità variabile.Il COP (Coefficient Of Performance), os-sia il coefficiente della prestazione di una pompa di calore è definito come il rapporto tra l’energia termica resa e l’energia elettrica consumata. L’efficienza media stagionale (Seasonal Performance Factor o SPF) di una pompa di calore è il valore medio del COP in modalità fase di funzionamento in ri-scaldamento e/o raffrescamento. I valori di COP e SPF nelle pompe di calore accoppiate a sonde geotermiche sono molto più elevati di quelli delle pompe di calore ad aria, e ciò per via della stabilità della temperatura del sot-tosuolo e del fatto che la temperatura del fluido è vicina a quella di comfort dell’interno dell’edificio. Minore in-fatti è la differenza di temperatura fra lo scambiatore di calore e l’acqua che scorre all’interno del circuito di riscal-damento/raffrescamento nell’edificio, maggiore è il COP. Per un sistema costituito da uno scambiatore di ca-lore con il terreno (sonda geotermica) e pannelli radianti si hanno general-mente valori di COP e SPF compresi tra 4,2 e 5,0. Nel caso in cui la pompa di calore sia accoppiata a un pozzo per le acque sotterranee (circuito aperto), i

valori tipici del COP aumentano fino a valori compresi tra 5,0 e 6,5.

Impianti di riscaldamento e climatizzazione di un edificioCome accennato nel paragrafo pre-cedente, le prestazioni di un sistema GCHP aumentano nel caso in cui la temperatura del fluido circolante all’in-terno dell’impianto di riscaldamento sia bassa. Durante la fase di raffrescamento av-viene invece il contrario: si ha maggior efficienza nel caso in cui la temperatura del fluido sia elevata.Gli impianti di riscaldamento a pavi-mento o a parete consentono di ope-rare con basse temperature dei fluidi termovettori (fig. 8, a sinistra). Basse temperature del fluido e, quin-di, alta efficienza possono aversi anche negli impianti dotati di ventilconvettori (fig. 8, a destra). Per la climatizzazione dell’aria, le migliori prestazioni si ot-tengono nel caso di impianti posiziona-ti sulle pareti o sui soffitti.

Generalità del Ground Response Test (GRT) o Thermal Response Test (TRT)Per il dimensionamento delle sonde geotermiche la conoscenza delle carat-teristiche termiche del sottosuolo è di primaria importanza. Per i piccoli impianti (potenza termica di picco inferiore ai 10/20 kW) questi

Introduzione 23

parametri vengono generalmente sti-mati dalla stratigrafia presunta. Per gli impianti di potenzialità termica mag-giore, invece, queste proprietà vanno misurate in loco. Quando si va a solle-citare il terreno con importanti prelievi e immissioni di energia durante l’anno, infatti, è senza dubbio necessario valu-tare attraverso opportune procedure di dimensionamento l’andamento delle temperature dello scambiatore geoter-mico allo scopo di assicurare che le tem-perature minime e massime di ingresso e uscita dalla pompa di calore e dall’im-pianto rimangano coerenti con i valori di progetto. La lunghezza delle sonde è determinata a partire proprio dai valori di temperatura minima e mas-sima desiderati in ingresso alla pompa di calore (o allo scambiatore dell’im-pianto se si realizza raffrescamento passivo o free-cooling).Il Ground Response Test (GRT) detto an-che Thermal Response Test (TRT) è lo strumento che permette di rilevare le

proprietà termofisiche di scambio del sottosuolo e, di conseguenza, di proce-dere al corretto dimensionamento del campo geotermico, evitando sovradi-mensionamenti che incrementerebbero inutilmente il costo finale dell’opera; oppure, peggio ancora, sottodimen-sionamenti che andrebbero a inficia-re inequivocabilmente la funzionalità dell’installazione.Definiti i fondamenti teorici negli anni Ottanta dello scorso secolo, il pri-mo GRT è stato effettuato in Svezia da C. Eklöf e S. Gehlin nel 1995 con l’apparecchiatura sviluppata presso i laboratori dell’Università di Lund, suc-cessivamente un apparato simile fu co-struito e provato negli USA da W. Austin (Oklaoma State University) nel 1998. Nel 1999 viene sperimentato nei Paesi Bassi da G. Van Gelder un ap-parato che si differenziava da quelli di Gehlin e Austin in quanto prevedeva l’estrazione di calore dal sottosuolo me-diante una pompa di calore.

Figura 8.Impianti di

riscaldamento e climatizzazione

di un edificio: sistema con

riscaldamento a pavimento (a sinistra) e

ventilconvettore (a destra).


A partire dal 2001, a seguito delle esperienze effettuate nell’ambito dei progetti Annex 12 e Annex 13 della International Energy Agency IEA, il GRT diventa routine nella progettazione di campi sonde di un certo rilievo.

Esecuzione del GRTLa prova consiste nel sollecitare il ter-reno con un impulso termico di valore il più possibile costante e per un pe-riodo tale da assicurare che il sistema sonda-terreno circostante raggiunga una situazione di equilibrio cosicché, dalle misure, si possano rilevare indi-stintamente l’effetto della resistenza termica sia della sonda sia del terreno. I dati così ottenuti vengono elabora-ti mediante l’utilizzo della cosiddetta line source theory, uno dei principali mo-delli analitici diretti utilizzati per valu-tare i dati di risposta termica. In questo caso il problema di trasferimento di calore tra il foro e la regione infinita circostante viene assunto come una so-luzione analitica del line source method, (si veda pag. 77) che richiede la semplifica-zione di diverse ipotesi a secondo della geometria del foro e della configurazio-ne dello scambiatore. In relazione alla durata del test, è stato stabilito che, in base al raggio del foro (r) e alla diffusività termica (α), la dura-ta minima della prova (tb) deve essere pari a: tb = 5 r2/α.

È stato osservato (Spitler et al. 1999) che una durata di 20 ore induce una deviazione standard della conduttività termica pari a ±15%, mentre con una durata di 50 ore la deviazione standard è pari a ±5%. La durata raccomandata è pari ad almeno 60 ore. Per l’esecuzione delle fasi di acquisizio-ne generalmente si utilizza un apparato del tipo illustrato in figura 9, raccoman-dato dall’ ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineeers). L’acquisizione deve essere condotta in modalità a potenza costante.

Lo scopo della prova consiste nella mi-sura in funzione del tempo, all’interno dello scambiatore verticale interrato oggetto del test, dell’andamento della temperatura media del fluido termovet-tore (acqua) che scorre al suo interno, per un valore prefissato costante della potenza termica trasmessa al terreno.Viene preliminarmente misurata la temperatura media del terreno in con-dizioni indisturbate. Mediante i risul-tati ottenuti, è possibile ricavare il va-lore della conducibilità termica media dell’insieme sonda-terreno. Si può inoltre ottenere il valore del co-efficiente globale di scambio termico, per unità di lunghezza dello scambia-tore, fra l’acqua che scorre nello scam-biatore stesso e il terreno indisturbato,

Introduzione 25

in condizioni quasi-stazionarie (varia-zioni molto lente della temperatura del fluido termovettore nel tempo). Lo studio eseguito consente di certificare i risultati dei test di risposta termica in accordo con le più recenti indicazioni dell’ASHRAE (2007).

In genere è consigliabile eseguire un test di risposta termica del terreno in corrispondenza di una sonda verticale dopo un certo periodo di tempo dalla messa in opera della stessa, al fine di operare in condizioni di stabilità ter-mica e in epoca successiva alla fase di maturazione e consolidamento del materiale di cementazione del perfo-ro. Inoltre, dopo un periodo di tempo sufficiente a ripristinare l’equilibrio termico indisturbato del sottosuolo, è possibile operare una prova GRT an-che in modalità di raffreddamento, per simulare il funzionamento invernale dell’impianto.

Strumentazione GRT L’apparato tipo di un sistema GRT è costituito da un circuito chiuso in cui scorre un flusso di acqua. Come illustrato in figura 9, il fluido è riscaldato da sei resistenze elettriche che possono erogare complessivamente la potenza di 12 kW, contenute entro un serbatoio di accumulo (1). Questo è dotato di isolamento termico ed è

inserito in un recipiente termicamente isolato (doppio sistema di isolamento); il fluido è mosso da una pompa (2) dotata di un isolamento termico auto-nomo. Vengono misurate e registrate, con continuità (avviamento) oppure a intervalli di 1 minuto: la portata in vo-lume dell’acqua (misuratore 3) da cui si ricava la portata in massa, la tempera-tura di mandata (sonda termica 4) e la temperatura di ritorno (sonda termica 5) dell’acqua, nonché la potenza elet-trica assorbita dalle resistenze e dalla pompa; questa coincide con la potenza termica erogata all’acqua, per effetto Joule e per dissipazione viscosa entro il fluido. Quando la temperatura media del fluido aumenta molto lentamente nel tempo (dopo alcune ore di prova), questa potenza può essere considerata coincidente con la potenza termica tra-smessa al terreno.

Il circuito segue il seguente percorso:Il fluido termovettore (acqua) esce dal serbatoio (1) e, tramite la pompa (2), viene fatto fluire all’interno della son-da geotermica dove scambia calore con il terreno; infine, rientra nel serbatoio, dove riceve potenza dalle resistenze elettriche. Le sonde di temperatura (4-5) regi-strano le temperature di ingresso (Tin) dell’acqua nella sonda e di uscita (Tout) dell’acqua dalla sonda


Isolamento termicoTutte le tubazioni dell’impianto di prova devono essere opportunamen-te isolate; anche la pompa, il filtro, i rubinetti, le curve, gli spigoli sono op-portunamente coibentati; tutte le parti che risultano in contatto diretto con il fluido termovettore oggetto delle misu-re e che in qualche modo potrebbero originare un ponte termico disperden-do nell’ambiente una quota parte della

potenza termica imposta, vengono iso-late al fine di non falsare i risultati della prova. Il tratto di tubazione in polietile-ne facente parte della sonda geotermi-ca che fuoriesce dal pozzo e collega la sonda geotermica all’apparato di prova deve essere coibentato con guaina di elastomero di spessore non inferiore a 25 mm, per limitare l’influenza del-le variazioni termiche dell’ambiente esterno sull’impianto in prova (fig. 10).

Figura 9.Schema dell’apparato di misura GRT.

1 Serbatoio in acciaio inox con 6 resistenze elettriche da 12 kW cad.

2 Pompa centrifuga a inverter di potenza massima pari a 200 W, prevalenza 17 m, portata max 4 mc/h.

3 Misuratore di portata volumetrico elettromagnetico.

4/5 Sonde di temperatura a immersione con pozzetto, posizionate in prossimità dell’ingresso nella sonda (uscita dal serbatoio) e dell’uscita dalla sonda.

6 Sonda temperatura serbatoio.

7 Sonda temperatura aria esterna.

8 Sistema di controllo, misurazione istantanea, registrazione e telecontrollo della potenza elettrica erogata dalla rete alle resistenze elettriche e alla pompa, della portata e di tutti i dati di temperatura (comprese quella esterna dell’aria e all’interno della macchina).

Introduzione 27

Esecuzione del test di risposta termicaPer l’esecuzione del test sullo scam-biatore, il piano di lavoro prevede le seguenti fasi.1. Misura della temperatura del terreno indisturbato.2. Misura della temperatura media del fluido termovettore in funzione del tempo, per un valore prefissato della potenza, costante, immessa nel terreno.

3. Determinazione della conducibili-tà termica dell’insieme sonda-terreno (valore medio dalla superficie al fondo dello scambiatore).4. Determinazione del coefficiente globale di scambio termico, per unità di lunghezza dello scambiatore, fra l’ac-qua che scorre nello scambiatore e il terreno indisturbato, in condizioni quasi-stazionarie. n

Figura 10.Impianto

GRT: stazione di misura (a

sinistra); unità centrale con chiller per la modalità in

raffreddamento (a destra).


Dal punto di vista geotermi-co, il sottosuolo può essere definito come un volume di

materiale (roccioso o allo stato sciolto e acqua) con diverse caratteristiche fisi-co-termiche. Pertanto, in una specifica area di indagine è possibile determi-nare, a partire dai dati di base e dalle informazioni disponibili, la capacità di scambio termico del volume di terreno coinvolto.Le proprietà rilevanti del sottosuolo che interessa conoscere sono: • mineralogico-petrografiche, tessiturali;• idrogeologiche: livello di falda, conducibilità e gradiente idraulici; • termodinamiche: conducibilità e capacità termica, gradiente geotermico.

Quindi è necessario definire volumi di sottosuolo caratterizzati da analoghe caratteristiche competenti ai processi di scambio termico.Viene definito in tal senso il Modello Geotermico del Sottosuolo (MGS) che costituisce una rappresentazione concettuale del sottosuolo o di una por-zione di esso schematizzata nelle tre dimensioni.Il processo di integrazione necessario per la realizzazione del modello ge-otermico del sottosuolo deve iniziare dalla definizione chiara dei parametri

quantitativi utili e dei prodotti attesi, che sono:• zonazione della risorsa geotermica;• valutazione del potenziale geotermico.

La zonazione geotermica consiste nella definizione di superfici che sot-tendono, nel sottosuolo, corpi tridi-mensionali con definite caratteristiche termo-fisiche.La valutazione del potenziale ge-otermico consiste nell’individuazione dei volumi precedentemente definiti con parametri termo-fisici idonei al ge-oscambio e nell’integrazione con dati superficiali relativi all’uso del territorio e alla successiva stima di parametri.È importante sottolineare che c’è una grande differenza tra i due prodotti. La zonazione geotermica è finalizzata all’individuazione della sorgente e/o della risorsa geotermica, qualunque essa sia. Da questo punto di vista, in linea teorica, il modello del sottosuo-lo deve arrivare al massimo dettaglio compatibile con i dati di base e le in-formazioni disponibili (distribuzio-ne delle informazioni stratigrafiche e idrogeologiche). La valutazione del potenziale, invece, è altamente dipendente dalla sua uti-lizzazione e dalla modalità elaborati-va scelta per il suo calcolo; essa dovrà quindi fare riferimento a un sottoinsie-me minimo e definito di dati di base

1. La valutazione geotermica


e delle informazioni (granulometria e tessitura in particolare).

1.1 La zonazione e la definizione delle Unità Geotermiche OmogeneeIl modello concettuale del sottosuolo è il risultato di un processo finalizzato alla definizione del minimo numero di parametri termo-fisici necessari per fornire, mediante appropriate procedure di calcolo, una ricostruzione del sottosuolo in Unità Geotermiche Omogenee (UGO).Si definiscono UGO le unità caratteriz-zate da valori simili (entro limiti di in-certezza/errore) dei parametri rilevanti ai fini della valutazione del potenziale geotermico.La definizione del modello a partire da informazioni e da dati di base diversi (ovvero geologia, idrogeologia, geoter-mia, geofisica/geotecnica) necessita di una serie di processi di elaborazione. Il modello del sottosuolo rappresenta l’integrazione di informazioni di di-versa natura e provenienza che, come tali, devono essere normalizzate e omogeneizzate.In sintesi il processo prevede la creazio-ne di una corrispondenza che permet-ta il passaggio da unità litologiche e/o formazioni a unità caratterizzate da parametri geometrici, termici, idroge-ologici, geotecnici/geofisici.La corrispondenza è realizzata da una

procedura operativa che associ e/o classifichi i dati di base mediante tecni-che cluster e/o tessiturali.In particolare, per le diverse UGO si devono definire:• i parametri geologici: litostratigra-fia, granulometria, caratteristiche geomorfologiche;• i parametri idrogeologici: profondità della falda, gradiente idraulico e livello di saturazione dei materiali, distribu-zione areale dell’acquifero, temperatu-ra della falda, velocità di flusso; • i parametri idraulici e termotecnici: la tipologia dell’edificio e il profilo di carico termo-frigorifero, la lunghezza, il diametro, la distanza tra le sonde e il tipo di sonde utilizzate, la disposi-zione del campo sonde rispetto alla direzione della falda, la portata del fluido vettore all’interno della son-da, la differenza di temperatura tra ingresso e uscita del fluido alla sonda e la tipologia di fluido termovettore.

Si vuole sottolineare che le UGO non corrispondono alle unità lito-stra-tigrafiche ma possono essere il risultato di accorpamento o, viceversa, della se-parazione di esse.La caratterizzazione di una UGO di-pende dalla quantità e dalla qualità dei dati disponibili utili alla sua definizio-ne; di conseguenza anche il modello concettuale consentirà una zonazione e


una valutazione del potenziale con una discriminazione più o meno fine.In funzione dei risultati da raggiungere potremmo distinguere tra zonazione di primo di secondo livello.Una zonazione di I livello (ossia primo livello di progetto) è basata sulla definizione di un modello concettuale geotermico del sottosuolo che preveda una UGO. Essa è costituita dal volume inglobante tutte le unità lito-stratigrafi-che fino a una profondità definita (pro-fondità operativa del geoscambiatore, di solito 50-150 m) con parametri medi e relativa deviazione standard. Una definizione minima come quella data consentirebbe la zonazione geotermica da cui partire per la stima del potenzia-le geotermico.La zonazione di II livello è quella che richiede la chiara identificazione di una o più UGO con una discriminazio-ne fine (ad esempio quelle interessate da flussi idrici) e la definizione dei cor-rispondenti parametri fisico-termici.

1.2 La definizione del potenziale geotermicoLa valutazione del potenziale di geo-scambio prevede la realizzazione dei seguenti passaggi: • il modello del sottosuolo suddiviso in UGO e zonato arealmente (zonazione geotermica); • il filtraggio delle zone o porzioni di

esse sulla base dei dati di superficie riguardanti: morfologia del rilievo, dis-sesti e vincoli ambientali di vario tipo;• la stima di indicatori integrali del potenziale termico;• l’intersezione con carte d’uso del territorio e dati climatici dell’area;• la stima del rendimento medio di possibili installazioni.

1.3 Il sistema informativo e l’organizzazione dei dati: la banca dati geotermica di bassa entalpiaUno degli scopi del progetto VIGOR consiste nella costruzione di una ban-ca dati contenente una serie di infor-mazioni dedicate alla caratterizzazione geotermica del territorio. Il processo logico-tecnico seguito per la costruzio-ne della carta di sintesi è strutturato in modo tale da permettere una chiara comprensione dei livelli informativi che costituiscono l’organizzazione del lavoro.Gli inserimenti a indirizzo geotermi-co prevedono la raccolta e selezione di informazioni stratigrafiche relative a profondità comprese tra 30 e 100 m. Tale limite è suggerito dalla necessi-tà di rappresentare il comportamento del terreno a profondità confrontabili con quelle tipiche di sonde geotermiche verticali che, in genere, non superano i 100-120 m di profondità e che costitu-iscono la tipologia di geo-scambiatore


più comunemente utilizzata negli im-pianti geotermici. Tale limite, inol-tre, è correlato alle caratteristiche costruttive delle sonde stesse, che sono in grado di sopportare sollecitazioni meccaniche entro limiti definiti in base a intervalli combinati di temperatura e pressione. Il lavoro di selezione, archiviazione e validazione dei dati prevede anche un’operazione di omogeneizzazione fra le diverse fonti, in modo da otte-nere gli stessi standard qualitativi di altre banche dati destinate alla consul-tazione dell’uso del suolo e sviluppate nel medesimo ambiente GIS (ossia Geographic Information System). La validazione avviene tramite il con-trollo incrociato tra i dati stessi e quelli limitrofi di contesti geologici affini; in caso di discrepanze si provvederà all’e-liminazione del dato difforme, a favore di quelli più coerenti e affidabili. I dati raccolti, inoltre, possono presentare una certa disomogeneità descrittiva, dovuta ai diversi metodi di esecuzio-ne delle perforazioni e alla soggettività della redazione del rapporto di perfo-razione, che andrà invece uniformata.Vista la notevole complessità dell’as-setto geologico e idrogeologico delle Regioni di Convergenza si stanno adot-tando criteri di organizzazione dei dati dedicati alla particolare variabilità ge-ologica. La banca dati creata per ogni

Regione nell’ambito di VIGOR risulta caratterizzata da un’elevata flessibilità che, tramite il modello relazionale, una volta determinate le tabelle di riferi-mento, consente di creare e modifica-re nuove combinazioni tra tabelle con campi diversi, interrogabili in base alle diverse esigenze dell’utente. A titolo di esempio, si riporta di seguito uno stralcio di quanto è stato attual-mente prodotto, nell’ambito del Pro-getto VIGOR e sulla base dei dati di-sponibili, per la Regione Puglia, al fine di mettere in evidenza la procedura uti-lizzata per l’archiviazione dei dati e la realizzazione della cartografia tematica a fini geotermici.Per le altre Regioni coinvolte dal Pro-getto (Campania, Calabria e Sicilia) si è seguito il medesimo approccio meto-dologico, seppure in relazione alle spe-cifiche peculiarità geomorfologiche, ge-ologiche e idrogeologiche, nonché alla quantità e qualità delle informazioni di base disponibili.

La banca dati stratigrafica al momen-to disponibile per l’inserimento dei tematismi geotermici è quella redatta nell’ambito del Progetto Tiziano (con-venzione tra l’autorità di bacino della Puglia e l’IRSA-CNR), completati con altri dati di varia provenienza.I punti di informazione della rete do-cumentata dal Progetto Tiziano sono


465 (fig. 11), distribuiti in modo piut-tosto omogeneo sul territorio (la Puglia ha un’estensione di circa 19538 km2; i punti di informazione sono caratteriz-zati da una distribuzione media di circa 2 ogni 100 km2). Una maggiore densità di dati si riscon-tra nel Tavoliere di Puglia e nella Piana di Metaponto, oltre che in prossimità della città di Andria; minore densità di informazioni si rinviene soprattutto nell’area subappenninica.I pozzi più profondi si trovano nel promontorio del Gargano e nell’Alto-piano delle Murge dove, nella maggior parte dei casi, superano la profondità di 600 m; i meno profondi si trovano nel Tavoliere di Puglia, nella Piana di Metaponto e nel Salento.A causa degli impieghi dei pozzi pro-fondi, siano essi destinati alla ricerca

di idrocarburi o pozzi intercettanti gli acquiferi, la stratigrafia dei livelli più superficiali non risulta dettagliatamen-te descritta. Per questo motivo, ai fini della realizza-zione di una banca dati a scopo geoter-mico di bassa entalpia vengono scelte tra le stratigrafie disponibili quelle che interessano le profondità tipiche rag-giunte dalle sonde geotermiche. Vista la complessità del quadro geolo-gico della Regione Puglia, per necessità di semplificazione, sono stati adottati particolari criteri di organizzazione dei dati litostratigrafici.I parametri a carattere litostratigrafico e idrogeologico utilizzati nella banca dati finale derivano dai valori delle pro-prietà geologiche e geotermiche locali medio-pesati sulla base di una colonna equivalente di 100 m di profondità.

Figura 11. Distribuzione dei pozzi presenti in Puglia, distinti in funzione delle classi di profondità (dati del Progetto Tiziano, fonte: autorità di bacino della Puglia e IRSA-CNR).

Profondità (m)l 0-25 l 26-50 l 51-150l 151-200l 201-300l 301-400l 401-600l 601-900


1.4 La cartografia tematicaAl fine di presentare una cartografia si-gnificativa della zonazione geotermica è necessario identificare le grandezze fisiche che caratterizzano il compor-tamento del terreno dal punto di vista della capacità di scambio termico. Tali parametri, ricavati a partire da quanto riportato in precedenza, sono sinteti-cizzati, con un criterio dedicato alla specifica finalità di scambio termico, secondo quanto segue:• le proprietà di carattere prettamente geologico, quali la tessitura dei mate-riali, e di conseguenza la loro granu-lometria, ricavata dallo studio delle sequenze litostratigrafiche;• le informazioni di tipo idrogeologico, quali la profondità della prima falda, la permeabilità equivalente stimata dai dati granulometrico-tessiturali, la velocità teorica della falda (ottenuta dai valori di conducibilità idraulica e di gradiente tramite la legge di Darcy semplificata);• le grandezze di tipo termodinamico, quali la conducibilità termica del terre-no (stimata da dati bibliografici su base granulometrico-tessiturale e petrografi-ca) e la distribuzione della temperatura nel sottosuolo.

La presenza dell’acqua nei materia-li risulta fondamentale per la valuta-zione della conducibilità termica del

materiale stesso, in quanto influenza in modo importante i processi di trasporto termico. La conducibilità termica viene de-finita sulla base di valori di letteratura che vengono assegnati con un criterio di affinità delle proprietà termofisiche; la temperatura media annua del sottosuolo, in assenza di anomalie termiche superficiali, coincide di soli-to con la temperatura media annuale dell’aria della località considerata. Il riconoscimento di aree sottoposte a particolari vincoli e/o tutele può limitare o precludere l’impiego delle so-luzioni geotermiche. I dati raccolti vengono interpolati usan-do metodi statistici semplificati e diffe-renziati a seconda delle caratteristiche dei singoli parametri considerati e dello loro distribuzione.

Alla fine del processo di semplificazio-ne e scelta dei parametri fondamentali, allo scopo di realizzare le carte temati-che di interesse vengono presi in consi-derazione i seguenti indici:• temperatura media annua dell’aria;• conducibilità termica media equiva-lente dei terreni;• gradiente di temperatura;• velocità teorica della falda ricavata tramite la legge di Darcy semplificata.

Vediamoli nel dettaglio.


1.4.1 Temperatura media dell’ariaLa temperatura dell’aria, facilmente ri-levabile, consente di associare il valore termico corrispondente al primo sotto-suolo con la temperatura media annua misurata in superficie.Dalla figura 12 si osserva che la massi-ma variazione delle temperature massi-me annue dell’aria è di 7 °C (a sinistra), mentre quella delle temperature mini-me annue dell’aria è di 6 °C (a destra).Tali misure di temperatura hanno permesso il calcolo della temperatura media annua dell’aria: dalla figura 13 si evince che la differenza massima di temperatura media su tutto il territorio è di 6 °C. Dai valori indicati si desume quindi che il valore medio di tempera-tura del primo sottosuolo nella Regione Puglia è di circa 14 °C.

È possibile quindi riconoscere diver-se zone climatiche quali, ad esem-pio, il promontorio del Gargano o le aree subappenniniche, caratteriz-zate da una temperatura media in-feriore rispetto alle zone limitrofe

(effetto evidentemente dovuto alle diverse situazioni altimetriche). L’in-formazione così ottenuta può essere utilizzata, da un lato, nella definizione del gradiente geotermico locale una volta associato a informazioni di tem-peratura in profondità; dall’altro, nella progettazione termotecnica di impianti geotermici di climatizzazione.

1.4.2 Conducibilità termicaLa conducibilità termica, la cui distri-buzione è rappresentata in figura 14, è un parametro che dipende dalle ca-ratteristiche litologiche dei materiali, opportunamente definito e ‘pesato’ su base bibliografica, considerando i valo-ri riportati da vari autori per le diverse litologie riconosciute. A partire dalla cartografia geologica della Regione sono state distinte litologie appartenen-ti a periodi che vanno dal Cretaceo al Pliocene-Olocene. La figura 14 mostra un estratto della carta della conducibilità termica foca-lizzato sulla Provincia di Foggia. La conducibilità termica deve essere

Figura 12. Le carte rappresentano le temperature annue dell’aria per la Regione Puglia: a sinistra le massime; a destra le temperature minime (fonte: CNR-IRSA).

T (°C)l 14,5 l 15 l 15,5l 16l 16,5l 17l 17,5l 18l 18,5 l 19 l 19,5l 20l 20,5l 21l 21,5

T (°C)l 8 l 9 l 10l 11l 12 l 13l 14


necessariamente stimata in funzione della presenza di materiali saturi o in-saturi poiché è sensibilmente condizio-nata dalla presenza di acqua nei pori. I materiali sciolti saturi, infatti, subiscono un notevole aumento di

conducibilità termica rispetto a quelli non saturi.

1.4.3 Flusso di caloreLa temperatura del terreno super-ficiale è strettamente correlata alla

Figura 14. Estratto della

carta della conducibilità

termica media (fonte: sito

GeoThopica).

Figura 13. Temperatura media annua dell’aria nella

Regione Puglia (fonte:

CNR-IRSA).

T (°C)l 11 l 12 l 13l 14l 15 l 16l 17

Gruppo PD

λ (W/mK) Litologie

2 1,7 argille grigio-azzurre del ciclo bradanico

1 1,8 depositi detritici16 1,9 rocce ignee delle Pietre Nere

12 2 depositi alluvionali recenti sabbiosi e ciottolosi

7 2,2 marne argillose6 2,3 arenarie

5a 2,4 alternanza di arenarie con marne argillose

9 2,5 calcareniti grossolane11 2,6 calcareniti e calciruditi10 2,8 calcareniti e calcari marnosi


temperatura media annua dell’aria e il calore che ne deriva è direttamente determinato dall’energia solare assor-bita dalla superficie; nelle porzioni più profonde del sottosuolo, invece, agisce prevalentemente il flusso geotermico di origine endogena.La carta del flusso di calore (fig. 15) che deriva da fonti CNR, ENEA, ENEL ed ENI (Inventario delle Risorse Geoter-miche, Legge n. 896 del 1986; e Progetto GeoThopica CNR-IGG, si veda il sito http: / /geothopica. igg.cnr. i t ) mostra la presenza di valori minimi (40 mW/m2) in corrispondenza dell’a-rea meridionale e del promontorio del Gargano; i valori massimi (80 mW/m2), invece, si riscontrano al confine con la Basilicata e nel settore occidentale dell’altopiano dell’Alta Murgia.

1.4.4 Aree sottoposte a tutelaIl Decreto Legislativo (abbreviato D.Lgs.) 152/2006 stabilisce norme in materia ambientale con particolare attenzione alla tutela e al rispetto delle aree di salvaguardia delle risorse idri-che, sia sotterranee sia di superficie. Le opere di presa delle acque superfi-ciali e sotterranee, intese come prelievo di acqua, sono regolamentate princi-palmente attraverso la creazione di aree suddivise in zone di tutela assoluta e zone di rispetto (art. 94).La figura 16 mostra le aree sottoposte a tutela, che rappresentano le sorgenti, i pozzi a uso idropotabile, i corpi idri-ci superficiali e le aree vulnerabili per contaminazione salina. Le sorgenti e i pozzi a uso idropotabile ricadono nel-le zone di tutela assoluta e in quelle

D.Lgs. 152/2006

Flusso (mW/m2)-- 30 -- 40 -- 50-- 60-- 70-- 75 -- 80-- 100

(mW/m2)l 30-40 l 40-50 l 50-60l 60-70l 70-80

Figura 15. Carta del flusso di calore (fonte: sito GeoThopica).


http://geothopica.igg.cnr.it

di rispetto. Di fatto, la zona di tutela assoluta corrisponde alla «area im-mediatamente circostante le derivazio-ni; […] in caso di acque sotterranee e, ove possibile, di acque superficiali, deve avere un’estensione di almeno dieci metri di raggio dal punto di captazio-ne, deve essere adeguatamente protetta e deve essere adibita esclusivamente a opere di presa e a infrastrutture di ser-vizio». La zona di rispetto è invece la «porzione di territorio circostante la zona di tutela assoluta da sottopor-re a vincoli e destinazioni d’uso tali da tutelare qualitativamente e quantitati-vamente la risorsa idrica e può essere suddivisa in zona di rispetto ristretta e zona di rispetto allargata, in rela-zione alla tipologia di opera di presa e alla situazione locale di vulnerabilità e rischio della risorsa».

Nelle aree di tutela dei corpi idrici superficiali ricadono gli acquiferi del Salento e quelli delle Murge. Dal momento che le acque sotterranee rappresentano la più importante risor-sa idrica idropotabile, l’adozione di mi-sure di massima cautela costituisce una prassi imprescindibile per garantire la preservazione delle forme di approv-vigionamento da un punto di vista sia qualitativo sia quantitativo.

Va inoltre considerato che il crescente prelievo di acque di falda può favorire, nelle aree maggiormente critiche, l’ag-gravamento dei fenomeni di intrusione salina. Pertanto, l’installazione di even-tuali impianti di emungimento, anche per uso geotermico, deve fare riferi-mento al Piano di Tutela delle Acque (PTA) della Regione.

Figura 16. Carta delle

aree sottoposte a tutela.

l Sorgenti l Pozzi a uso idropotabile n Aree di tutela dei corpi idrici superficialin Aree vulnerabili per contaminazione salina


1.4.5 La velocità della faldaGeneralmente la velocità degli acqui-feri intercettati a uso geotermico può risultare un fattore favorevole nei pro-cessi di scambio termico e di trasporto termico in quanto la presenza di tra-sporto di massa (advezione) si somma ai processi di tipo conduttivo.

Poiché solo raramente sono disponi-bili valori puntuali di velocità di falda misurati in situ, per produrre informa-zioni utili ai tematismi competenti alla definizione del potenziale di scambio termico si utilizzano valori ricavabili da fonti bibliografiche che vanno poi validati con misure in situ. Per questo motivo, in fase di prima valutazione, è consigliabile considerare i valori mi-nimi competenti, adottando quindi un approccio cautelativo.

La conducibilità idraulica, che ri-sulta essere il parametro più critico sia per la mancanza di dati diretti sia per la maggior variabilità laterale, viene stimato mediante l’assegnazione di valori desunti da bibliografia alle litologie riscontrate nel database lito-stratigrafico. Il gradiente piezometrico è definito come il rapporto tra la variazione del carico idraulico su una determinata lunghezza ∆h/∆L, e può essere ricava-to dall’analisi delle carte delle isofreati-che (fig. 17).

1.5 La valutazione del potenziale: la mappa di sintesiLa valutazione del potenziale geo-termico consiste nell’integrare la car-tografia precedentemente definita (T media dell’aria, conducibilità termica,

Figura 17. Carta delle isofreatiche (fonte: Piano di Tutela delle Acque 2009, Regione Puglia).


flusso di calore, aree sottoposte a tutela, velocità della falda) con i parametri ter-mo-fisici idonei al geoscambio e i dati superficiali relativi all’uso del territorio. Le carte descritte nella zonazione ter-mica andranno attentamente valutate, facendo un’analisi della sensitività dei parametri, in modo da definire come ciascun parametro interviene a mag-gior titolo nello scambio termico.Si integreranno la combinazione delle

carte tematiche indicanti le proprietà fisiche con la carta delle aree di salva-guardia (quest’ultima non definisce un potenziale sfruttabile, ma individua le aree in cui lo scambio termico nel sot-tosuolo può comportare pericoli nei confronti di livelli acquiferi pregiati).La carta di sintesi risultante sarà allo-ra uno strumento utile per capire dove pianificare la costruzione di impianti che scambiano calore col terreno. n


I sistemi geotermici a bassa entalpia possono modificare le condizioni ambientali del territorio circostan-

te: gli impatti su aria, acque superficiali e sotterranee, terreni e sistemi ecologici possono essere non trascurabili soprat-tutto in caso di una non corretta esecu-zione e calibrazione degli impianti.Per studiare le possibili modificazioni termiche create nell’intorno dell’instal-lazione, una volta attivata, e la diffusio-ne delle variazioni termiche prodotte a medio e lungo termine in condizioni cicliche, sia in sistemi a circuito chiuso sia in quelli a circuito aperto, si ricorre all’impiego di codici di calcolo (pro-grammi) capaci di eseguire simulazioni in regime transitorio.Il trasporto di calore può avvenire sia per conduzione sia per convezione (le-gato in quest’ultimo caso al trasporto di massa liquida o gassosa nel terreno). A seconda che il sistema geotermico sia a circuito chiuso in presenza o assenza di moto di falda o a circuito aperto, la modellazione si differenzia.

In un sistema a circuito aperto, l’acqua estratta dal pozzo d’iniezio-ne, usata per riscaldare o raffrescare un edificio attraverso una pompa di calore, viene reinserita nell’acquifero attraverso un pozzo di re-immissione. Se la velocità della falda è abbastanza ridotta, l’acquifero può essere usato

per accumulare (o cedere) calore e si comporta, pertanto, come un serbato-io di energia termica (Aquifer Thermal Energy Storage o ATES). A lungo ter-mine nell’acquifero si può creare una variazione di temperatura in grado di alterare le prestazioni della sonda geo-termica, il cui rendimento può ridursi fino ad annullarsi. Per analizzare le dif-ferenze termiche prodotte dall’utilizzo dell’acquifero e le conseguenze di que-ste variazioni sui sistemi a circuito aper-to, si può simulare il flusso di calore per mezzo di un modello deterministico. Le equazioni di moto del flusso e di trasporto di calore vengono associate e il sistema di equazioni differenzia-li parziali che ne deriva viene risolto iterativamente usando uno dei diversi codici numerici disponibili sul mercato (FEFLOW; MODFLOW; MT3D; SUTRA; SWIFT ecc.).Nel caso della modellazione del tra-sporto di calore in falda, in un mezzo poroso con flusso idrico, prevale la trasmissione del calore per convezio-ne e si registra una termo-dispersione idrodinamica.Per una corretta simulazione bisogna:1. elaborare un modello geologico e idrogeologico accurato dell’area di studio, 2. effettuare un’accurata progettazione termotecnica dell’impianto;

2. Modelli num

erici per la simulazione dello scam

bio termico


3. programmare una corretta gestione delle soluzioni fisiche, analitiche e nu-meriche per risolvere il problema.

Per esempio, nella stagione estiva l’ac-qua prelevata per raffrescare l’edificio è estratta a una temperatura costante ma, una volta passata attraverso lo scambia-tore geotermico, viene ceduta nuova-mente all’acquifero a una temperatu-ra più elevata. La continua attività di pompaggio modifica il gradiente natu-rale e, dopo un certo intervallo di tem-po (∆t) dall’inizio dell’emungimento, le acque sotterranee più calde vengono richiamate dal pozzo di re-immissione a quello di estrazione, innalzando-ne progressivamente la temperatura dell’acqua. Per continuare il raffredda-mento dell’edificio, dunque, il sistema GWHP (Ground Water Heat Pump, cioè la Pompa di Calore ad Acqua) richiede un incremento della richiesta di ener-gia e l’efficienza energetica diminuisce. Tale fenomeno è noto come ‘feedback termico’ è può essere definito come una cortocircuitazione termica (TSC) del sistema, per cui tra il pozzo di inie-zione e quello di re-immissione il calore non riesce a dissiparsi.

Se il gradiente idraulico della falda è troppo basso, il rischio di cortocircu-itazione è elevato e aumenta notevol-mente nelle aree urbane, dove non è

possibile distanziare i pozzi tra loro (a causa dei vincoli di proprietà) e dove sono frequenti le interferenze tra due o più pozzi.Usando un codice basato sul metodo degli elementi finiti (Finite Element Method o FEM) si è in grado di valutare preventivamente, in modelli bi (2D) o tri (3D) dimensionali, i possibili scenari prodotti dall’inserimento di un sistema geotermico aperto in un ambiente di pianura, considerando l’eterogeneità e l’anisotropia geologica e idrogeologica caratteristiche dell’area. Si possono riconoscere gli effetti di in-terferenza tra i pozzi di estrazione e di re-immissione, calcolandone il raggio di influenza, e si possono determinare i progressivi aumenti di temperatura in corrispondenza del pompaggio sul-la base dei valori registrati nel pozzo di immissione.Tuttavia, i principali limiti dell’ap-proccio FEM 2D sono: l’impossibilità di modellare il flusso di acqua sotter-ranea e le disomogeneità geologiche locali; e il fatto che siano trascurati il gradiente geotermico e la dispersione di calore a lungo termine all’interfaccia suolo-atmosfera.Una valutazione analitica preliminare del sistema a circuito aperto contribui-sce pertanto alla corretta progettazione dell’impianto, stimandone la resa effet-tiva e il tempo di vita.


In un sistema a circuito chiuso si può simulare lo scambio termico esi-stente considerando modelli molto det-tagliati e complessi, oppure solamente lo scambio netto tra estrazione e iniezio-ne attraverso le condizioni al contorno. Dove una pompa di calore è associata a una sonda geotermica verticale (Borehole Heat Exchanger o BHE), è necessaria una stima attendibile del rendimento a lungo termine dell’im-pianto, per verificare la stabilità della capacità di scambio termico nel tempo e per valutare gli effetti del flusso di fal-da sul sistema.

Oggi, avendo a disposizione un am-pio spettro di prestazioni e requisiti hardware e di tempo di calcolo, si uti-lizzano tecniche sia analitiche sia nu-meriche. Il modello agli elementi finiti (FEM) riesce a ricreare in dettaglio il comportamento di una sonda geoter-mica, in condizioni sia di stato transi-torio sia di stato stazionario. Si possono modellare agevolmente schemi irre-golari di BHE e gli effetti del flusso di acque sotterranee, ma il costo compu-tazionale è spesso molto elevato e po-trebbe essere al di fuori della capacità di un normale personal computer.

Tuttavia, nel caso in cui non sia pre-sente nel sottosuolo una circolazione delle acque sotterranee e le proprietà

del terreno non cambino significati-vamente con la profondità, in fase di modellazione, è consentito l’utilizzo di valori medi per i parametri del terre-no. Ecco allora che, sia per la simula-zione a lungo termine di un campo di sonde sia per la valutazione dei test di risposta termica (con programmi tipo EED, COMSOL ecc.), può essere uti-lizzato un approccio 2D. Nei calcoli 2D del FEM, il gradiente geotermico e le perdite di calore nel lungo perio-do all’interfaccia suolo-atmosfera sono trascurabili. Detto questo, una corretta progetta-zione di un sistema a circuito chiuso richiede:• una valutazione del carico termico stagionale in funzione della temperatu-ra esterna e dell’uso dell’edificio; • una caratterizzazione delle proprietà geologiche e idrogeologiche del terreno (con particolare attenzione alla possibi-le esistenza di flusso idrico sotterraneo);• una valutazione del coefficiente di prestazione energetica (COP) e dell’in-dice di efficienza energetica (EER) della pompa di calore, che caratte-rizzano le sue prestazioni in modalità rispettivamente di riscaldamento e raffrescamento; • la definizione dell’architettura delle sonde BHE;• una modellazione accurata del sistema;


• una verifica delle prestazioni a lungo termine, tenendo conto della possibile interazione con altre sonde geotermiche.

Obiettivo di un’analisi del comporta-mento di una sonda geotermica è la valutazione della soluzione dello stato stazionario, corrispondente a condizio-ni di equilibrio dinamico in cui il com-portamento del sistema osservato di recente continuerà nel futuro o, in al-ternativa, la valutazione della soluzione transitoria, cioè una soluzione a breve termine (alcune ore) di un sistema non in equilibrio (fig. 18). Il metodo agli elementi finiti (FEM) fornisce le soluzioni di un’equazione differenziale a derivate parziali (PDE) per mezzo di una discretizzazione della forma della funzione utilizzata per rap-presentare la soluzione.

La simulazione consiste: 1. nell’analisi del fenomeno e nella scelta

delle equazioni in grado di descriverlo; 2. nella caratterizzazione geometrica del sistema; 3. nella caratterizzazione delle proprie-tà fisiche dei sottodomini in cui il siste-ma è suddiviso; 4. nell’impostazione delle condizioni al contorno e dei valori iniziali;5. nella scelta degli elementi e nella cre-azione di una griglia adeguata (meshing);6. nella scelta del solutore e della solu-zione di calcolo (allo stato stazionario o transitorio) appropriati; 7. nel post-processing dei risultati.

In un impianto con sonde di geoscam-bio l’energia termica viene trasferita dal terreno all’edificio (in inverno) e vice-versa dall’edificio al terreno (in estate) mediante un fluido termovettore (CF) costituito da sola acqua o da una mi-scela di acqua e fluido antigelo (glicole propilenico, glicole etilenico, etanolo, metanolo, cloruro di sodio, acetato di potassio o Freezium). La temperatura in entrata e in uscita del fluido termovettore deve però possede-re una temperatura minima (Tmin) di almeno 5 °C se costituito da sola acqua (Tmin ≥ − 5 °C con un quantitativo di glicole propilenico pari al 25%) e una temperatura massima Tmax ≤ 35 °C.Il trasferimento di calore nel caso di una BHE avviene per convezione tra il fluido termovettore e il tubo della

Figura 18. Mappa realizzata

mediante applicazione di

FEM in ambiente COMSOL: traccia

la temperatura di un impianto di geoscambio

(26 sonde verticali

lunghe 100 m e distanti 6 m

una dall’altra), al 25° anno di

funzionamento(fonte: CNR-IGG

Padova).

Max

14,

7M

in 9

,198


sonda e per conduzione tra il materiale di riempimento e il terreno. Particolare attenzione bisogna porre nell’acquisi-zione dei dati sul campo e nel verificare l’esistenza o meno di un flusso di falda nel sottosuolo.Una previsione affidabile nel lungo periodo dell’interazione tra il sistema geotermico progettato e quello esisten-te/futuro deve considerare il possibile utilizzo dell’energia geotermica di un impianto vicino. In questo caso è ne-cessario valutare l’interazione tra im-pianti confinanti, sempre più elevata

in presenza di uno sbilanciamento del carico termico.Nel caso il carico termico sia fortemen-te sbilanciato, come in presenza di solo riscaldamento invernale, con il passare del tempo si può registrare un significa-tivo effetto di deriva termica. L’ipotesi che nei pressi dei sistemi geo-termici esistenti o previsti ci sia un effet-to termico trascurabile non può essere accettata se il carico termico annuale è sbilanciato, in particolare se i limiti tec-nici di temperatura del fluido termovet-tore sono prossimi a essere raggiunti. n


3.1 Normativa internazionale

3.1.1 Criteri principali della normativa internazionaleDall’articolo International legal status of the use of shallow geothermal energy Haehnlein S., Bayer P., Blum P. (2010), in Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, pagg. 2611-2625. La legislazione internazionale volta a definire i criteri per controllare e re-golare l’uso dell’energia geotermica per mezzo sia di sonde geotermiche (Ground-Source Heat Pump, GSHP, os-sia sistemi chiusi o closed systems) sia attraverso l’impiego di acqua di falda (GroundWater Heat Pump, GWHP, cioè sistemi aperti oppure open loop systems) è ancora a uno stadio iniziale.Le soluzioni adottate da ogni singola Nazione sono molto eterogenee. La normativa, le direttive e le stan-dardizzazioni che regolano i sistemi di geoscambio servono a disciplinare lo sviluppo e la diffusione degli impian-ti geotermici. Attualmente tali sistemi rientrano nella legislazione di compe-tenza mineraria e di difesa delle acque. Dai dati pubblicati dallo European Re-newable Energy Council (EREC) la diffu-sione della tecnologia è direttamente proporzionale agli incentivi che vengo-no forniti dal Paese per l’installazione dell’impianto di geoscambio.

Ed è per questo che in Italia le instal-lazioni sono circa un terzo rispetto a quelle dell’Austria, che prevede con-tributi a fondo perduto, e della Svezia, che ha inserito una tassazione molto se-vera per chi utilizza combustibili fossili negli impianti di riscaldamento.A livello europeo non sono ancora stati definiti standard tecnici comuni per la realizzazione di impianti geo-termici a bassa entalpia (< 400 m di profondità). Tuttavia, il numero di in-stallazioni geotermiche continua ad au-mentare e non si prevede un’inversione di tendenza nel prossimo futuro, data l’elevata compatibilità ambientale e la valida alternativa energetica di queste tecnologie rispetto a quelle tradizionali (caldaie a gas o a nafta, condizionatori ad aria) per il riscaldamento e il raffre-scamento di edifici ad uso domestico.Le Nazioni europee presentano una normativa (leggi, direttive, linee gui-da, standard, norme) per la geotermia a bassa entalpia più articolata rispetto ai Paesi extraeuropei, in cui l’uso della geotermia profonda è prevalente (Nuo-va Zelanda, Indonesia, El Salvador, America Centrale). In molti Paesi non esistono regole o raccomandazioni sui limiti di temperatura per l’uso dell’ac-qua di falda e del sottosuolo a fini geo-termici. In genere nei sistemi a circuito chiuso la legislazione e i valori di soglia sono definiti per il fluido termovettore,

3. Inquadramento norm

ativo


mentre nei sistemi a circuito aperto si considerano la disponibilità di acqua potabile e le zone di tutela. L’uso delle risorse geotermiche a bassa entalpia, infatti, comporta a lungo ter-mine lo sviluppo di anomalie di tem-peratura locali nel sottosuolo (plumes caldi o freddi) e, considerando i sistemi aperti, interazioni con l’acqua di falda. In quest’ultimo caso, bisogna valutare attentamente i criteri per la salvaguar-dia dell’acqua di falda a fini potabili e le precauzioni da adottare per evita-re l’inquinamento della riserva idrica sotterranea, ovvero per non alterarne la composizione chimica, fisica e bio-logica (Germania) e per mantenerne costante la biocenosi (Svizzera).Definire un quadro normativo comune relativo ai sistemi geotermici è la nuova sfida che si prospetta a livello interna-zionale per consentire una corretta ge-stione del territorio: è auspicabile che i diversi ordinamenti convergano e che si basino su criteri ambientali, tecnolo-gici ed economici obiettivi e scientifica-mente provati.

Attualmente, a livello internazionale, per un uso sostenibile dell’acqua di falda a fini geotermici sono gene-ralmente considerati quattro diversi ambiti legislativi riguardanti:1. tecniche di perforazione e installazione adottate, che garantiscono la pro-

tezione della risorsa idrica disponibile;2. materiale di riempimento, che impedisce, da un lato, l’infiltrazione di materiale inquinante nel sottosuolo e, dall’altro, il contatto tra livelli acquiferi sovrapposti;3. distanze minime, per evitare ac-cumuli di temperatura nel terreno, l’interazione tra sistemi geotermici superficiali vicini e con altri manufatti (acquedotti, sottoservizi ecc.);4. soglie di temperatura, per garan-tire la resa dell’impianto e preservare l’ecologia dell’ambiente circostante.

In particolare, sia per i sistemi aperti sia per i sistemi chiusi, le normative inter-nazionali si concentrano sulla defini-zione di criteri di:• distanza minima: tra sonde geo-termiche verticali adiacenti, tra sonde geotermiche e pozzi di captazione per acqua o limiti di proprietà o edifici con-finanti o altre installazioni di pubblica utilità esistenti nelle vicinanze (linea elettrica); i valori da applicare variano notevolmente e sembrano definiti in modo empirico piuttosto che valutati scientificamente (Tab. 1, 2 e 5);• soglia di T a livello ecologico: in sistemi a circuito aperto, soltanto in poche Nazioni i valori di temperatura (T) massimi e minimi sono vincolati per legge (Austria, Danimarca, Fran-cia, Liechtenstein, Olanda e Svizzera)


o semplicemente raccomandati (Ger-mania e Gran Bretagna). Nella mag-gior parte dei casi, invece, sono accet-tati degli intervalli di valori; in sistemi a circuito aperto i valori di ∆T am-missibili sono sensibilmente diversi a seconda del Paese (3 °C in Svizzera; -11 °C in Francia, in Tab. 1, 2 e 4);

• soglia di T a livello tecnologico: in sistemi a circuito chiuso anche i valori di temperatura massima e minima relativi al fluido termovet-tore sono fissati per legge solo in Austria e in Danimarca, e sono rac-comandati in Germania (si vedano le tabelle 1, 2 e 3).

NAZIONE ΔT (K) T massima (°C) T minima (°C)

Austria ±15 35 0a / -5b

Danimarca - 25 2

Germania ±11a / ±17b - -

a: con carico medio settimanaleb: con carico di picco

SITUAZIONE LEGALE Soglia di T a livello ecologico

Soglia di T a livello tecnologico Distanze minime

valori giuridicamente vincolanti (GV)

13,0% 6 Nazioni

0% 0 Nazioni

6,5% 3 Nazioni

valori raccomandati (R)

4,3% 2 Nazioni

4,3% 2 Nazioni

4,3% 2 Nazioni

assenza di normativa (AN)

78,3% 36 Nazioni

89,1% 41 Nazioni

84,8% 39 Nazioni

informazioni non disponibili (ND)

4,3% 2 Nazioni

6,5% 3 Nazioni

4,3% 2 Nazioni

SITUAZIONE LEGALE Soglia di T a livello ecologico

Soglia di T a livello tecnologico Distanze minime

valori giuridicamente vincolanti (GV)

4,3% 2 Nazioni

4,3% 2 Nazioni

10,9% 5 Nazioni

valori raccomandati (R)

0% 0 Nazioni

2,1% 1 Nazione

6,5% 3 Nazioni

assenza di normativa (AN)

89,1% 41 Nazioni

84,8% 39 Nazioni

78,3% 39 Nazioni

informazioni non disponibili (ND)

6,5% 3 Nazioni

8,7% 4 Nazioni

4,3% 2 Nazioni

Tab.2: Sonde a circuito chiuso.

Tab.3: soglie di T a livello tecnologico riportate nella legislazione internazionale per il fluido termovettore all’interno di una sonda verticale (GSHP).

Dall’indagine sulle normative esistenti in 46 Nazioni, considerando i criteri delle soglie di temperatura (ecologiche e tecnologiche) e delle distanze minime.(da Haehnlein et al. 2010, modificato):

Tab.1: Sonde a circuito aperto.


NAZIONE ΔT (K) T massima (°C) T minima (°C)

Austria 6 GV 20 GV 5 GV

Danimarca - 25 GV 2 GV

Francia 11 GV - -

Germania 6 R 20 R 5 R

Gran Bretagna 10 R 25 R -

Liechtenstein -3 / +1,5 GV - -

Olanda - 25 GV 5 GV

Svizzera 3 GV - -

GV: valore giuridicamente vincolanteR: valore raccomandato

NAZIONE sistemi a circuito chiuso sistemi a circuito aperto stato legale

Austria 2,5 m dal limite di proprietà - R

Cina 3/6 m dalla sonda geotermica più vicina - R

Repub. Ceca 5 m dal limite di proprietà 5 m dal limite di proprietà GV

Danimarca 300 m dal più vicino pozzo d’acqua potabile - GV

Finlandia

30 m per tutte le acque reflue20 m dal sistema di trattamento

delle acque reflue in situ5 m da fognature e acquedotti

20 m da un pozzo scavato o di energia

40 m da un pozzo interrato10 m dal limite di proprietà

- R

Germania 5 m dal limite di proprietà10 m dall’installazione più vicina - R

Grecia - 5 m dagli edifici vicini20 m dalla linea elettrica più vicina GV

Liechtenstein 3 m dal limite di proprietà6 m dall’installazione più vicina - R

Svezia

10 m dal limite di proprietà20 m dall’installazione più vicina

30 m dal più vicino pozzo d’acqua potabile

10 m dal limite di proprietà20 m dall’installazione più vicina

30 m dal più vicino pozzo d’acqua potabile

R

Svizzera 3/4 m dal limite di proprietà5/8 m dall’installazione più vicina - R/GV

Tab.4: soglie di T a

livello ecologico per l’acqua di

falda in sistemi aperti (GWHP).

Tab.5: distanze minime

raccomandate (R) o vincolanti (GV) in sistemi

chiusi (GSHP) e aperti (GWHP).


3.1.2 Linee guida standard, certificazioni e permessi legali per le pompe di calore geotermiche nell’UELa direttiva 2009/28/CE dell’Unio-ne europea (23 aprile 2009) riguarda la promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili (energia eolica, solare, aero termica, geotermica, idrotermica e oceanica, idraulica, bio massa, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas). All’articolo 2 si definisce l’energia geotermica come «energia immagazzinata sotto forma di calore sotto la crosta terrestre».Per finalità di riscaldamento/raffred-damento essa può essere utilizzata:• direttamente: tramite estrazione di calore dall’acqua calda o dal vapore erogati da pozzi geotermici o da sor-genti termali;• con pompe di calore geotermiche: il calore terrestre è estratto dalle acque di falda e superficiali o direttamente dal terreno, anche in assenza di acqua.

La direttiva 2009/28/CE stabilisce un quadro comune per la produzione e la promozione di energia da fonti rinnovabili. Ogni Stato membro deve stabilire un piano d’azione nazionale che consen-ta la costruzione di un futuro più so-stenibile. A tal riguardo si ritengono obiettivi appropriati e raggiungibili il miglioramento del 20% dell’efficienza

energetica entro il 2020, legato al rag-giungimento di un 20% della quota complessiva di energia ottenuta da fon-ti rinnovabili e di una percentuale pari al 10% per le energie da fonti rinnova-bili nel campo dei trasporti.

Art. 5 - Calcolo della quota di energia da fonti rinnovabiliComma 4[...] Si tiene conto dell’energia da calore aerotermico, geotermico e idrotermale catturata da pompe di calore ai fini del [riscaldamento/raffrescamento], a condizione che il rendimento finale di energia ecceda in maniera signifi-cativa l’apporto energetico primario necessario per far funzionare le pom-pe di calore. La quantità di calore da considerare quale energia da fonti rinnovabili ai fini della presente diret-tiva è calcolata secondo la metodologia di cui all’Allegato VII. [...]

Allegato VIIComputo dell’energia prodotta dalle pompe di calore.La quantità di energia aerotermica, geotermica o idrotermica catturata dalle pompe di calore da considerarsi energia da fonti rinnovabili ai fini della presente direttiva, ERES, è calcolata in base alla formula seguente:

ERES = Qusable * (1 – 1/SPF) dove:

Direttiva 2009/28/CE


• Qusable = il calore totale stimato pro-dotto da pompe di calore che rispon-dono ai criteri di cui all’articolo 5, paragrafo 4, applicato nel seguente modo: solo le pompe di calore per le quali SPF > 1,15 * 1/η sarà preso in considerazione; • SPF = il fattore di rendimento stagionale medio stimato per tali pompe di calore; • η = il rapporto tra la produzione totale lorda di elettricità e il consumo di energia primaria per la produzione di energia e sarà calcolato come media a livello UE sulla base dei dati Eurostat.

Entro il 1° gennaio 2013, la Commis-sione stabilisce orientamenti sul valore che gli Stati membri possono confe-rire ai valori Qusable e SPF per le varie tecnologie e applicazioni delle pompe di calore, prendendo in considerazione le differenze nelle condizioni climatiche, particolarmente per quanto concerne i climi molto freddi.

Art. 13 - Procedure amministrative, regolamentazioni e codiciComma 6Nelle regolamentazioni e nei codici in materia edilizia, gli Stati membri pro-muovono l’uso di sistemi e di apparec-chiature per il riscaldamento e il raf-freddamento da energie rinnovabili che consentano una riduzione significativa

del consumo di energia. Gli Stati mem-bri utilizzano le etichette energetiche, i marchi di qualità ecologica o le altre certificazioni o norme adeguate svilup-pate a livello nazionale o comunitario, se esistono, per incentivare tali sistemi e apparecchiature. [...]Nel caso delle pompe di calore, gli Stati membri promuovono quelle che soddi-sfano i requisiti minimi per il rilascio del marchio di qualità ecologica ai sen-si della decisione 2007/742/CE della Commissione, del 9 novembre 2007, che stabilisce i criteri ecologici per l’assegnazione del marchio comunita-rio di qualità ecologica alle pompe di calore elettriche[...].

Art. 14 Informazione e formazioneComma 3Gli Stati membri assicurano che entro il 31 dicembre 2012 sistemi di certifica-zione o sistemi equivalenti di qualifica-zione siano messi a disposizione degli installatori su piccola scala di caldaie o di stufe a biomassa, di sistemi solari fotovoltaici o termici, di sistemi geoter-mici poco profondi e di pompe di ca-lore. Tali sistemi possono tener conto, se del caso, dei sistemi e delle strutture esistenti e si basano sui criteri enunciati all’Allegato IV. Ogni Stato membro ri-conosce le certificazioni rilasciate dagli altri Stati membri conformemente ai predetti criteri.


Allegato IVCertificazione degli installatori.I sistemi di certificazione o i sistemi equivalenti di qualificazione menzio-nati all’articolo 14, paragrafo 3, sono basati sui criteri seguenti:1. La procedura di certificazione o di qualificazione deve essere trasparente e chiaramente definita dallo Stato mem-bro o dall’organismo amministrativo da esso designato.2. Gli installatori di sistemi a biomassa, di pompe di calore, di sistemi geotermi-ci poco profondi e di solare fotovoltaico e di solare termico ricevono la certifica-zione nel quadro di un programma di formazione o da parte di un fornitore di formazione riconosciuti.3. Il riconoscimento del programma di formazione o del fornitore di forma-zione è rilasciato dallo Stato membro o dagli organismi amministrativi da esso designati. [...] Oltre alla formazione di base, il fornitore di formazione deve anche proporre corsi di aggiornamento più brevi su temi specifici, ivi comprese le nuove tecnologie, per assicurare una formazione continua sulle installazioni. Il fornitore di formazione può essere il produttore dell’apparecchiatura o del sistema, un istituto o un’associazione. 4. La formazione per il rilascio della certificazione o della qualificazione de-gli installatori comprende sia una parte teorica sia una parte pratica.

Al termine della formazione, gli in-stallatori devono possedere le capacità richieste per installare apparecchiatu-ra e sistemi rispondenti alle esigenze dei clienti in termini di prestazioni e di affidabilità, essere in grado di offri-re un servizio di qualità e di rispettare tutti i codici e le norme applicabili, ivi comprese le norme in materia di mar-chi energetici e di marchi di qualità ecologica.5. La formazione si conclude con un esame in esito al quale viene rilasciato un attestato. L’esame comprende una prova pratica mirante a verificare la corretta installazione [...] di pompe di calore, di sistemi geotermici poco pro-fondi [...].6. I sistemi di certificazione o i siste-mi equivalenti di qualificazione di cui all’articolo 14, paragrafo 3, tengono debitamente conto degli orientamenti seguenti.(a) Programmi di formazione ricono-sciuti dovrebbero essere proposti agli installatori in possesso di esperien-za professionale che hanno seguito o stanno seguendo i tipi di formazione seguenti:i. per gli installatori di caldaie e di stufe a biomassa: una formazione prelimi-nare di idraulico, installatore di cana-lizzazioni, tecnico del riscaldamento o tecnico di impianti sanitari e di riscal-damento o raffreddamento;


ii. per gli installatori di pompe di calore: una formazione preliminare di idrauli-co o di tecnico frigorista e competenze di base di elettricità e impianti idraulici (taglio di tubi, saldatura e incollaggio di giunti di tubi, isolamento, sigillamento di raccordi, prove di tenuta e installa-zione di sistemi di riscaldamento o di raffreddamento); [...]iv. un programma di formazione profes-sionale che consenta agli installatori di acquisire competenze adeguate corri-spondenti a tre anni di formazione nei settori di competenze di cui alle lettere (a), (b) o (c), comprendente sia la forma-zione in classe che la pratica sul luogo di lavoro.[...](c) L’aspetto teorico della formazione degli installatori di pompe di calore dovrebbe fornire un quadro della situa-zione del mercato delle pompe di calo-re e coprire le risorse geotermiche e le temperature del suolo di varie Regioni, l’identificazione del suolo e delle rocce per determinarne la conducibilità ter-mica, le regolamentazioni sull’uso delle risorse geotermiche, la fattibilità dell’u-so di pompe di calore negli edifici, la determinazione del sistema più ade-guato e la conoscenza dei relativi re-quisiti tecnici, la sicurezza, il filtraggio dell’aria, il collegamento con la fonte di calore e lo schema dei sistemi.

La formazione dovrebbe anche per-mettere di acquisire una buona co-noscenza di eventuali norme europee relative alle pompe di calore e della legislazione nazionale e comunitaria pertinente. Gli installatori dovrebbe-ro dimostrare di possedere le seguenti competenze fondamentali:i. comprensione di base dei principi fisici e di funzionamento delle pompe di calore, ivi comprese le caratteristiche del circuito della pompa: relazione tra le basse temperature del pozzo caldo, le alte temperature della fonte di calore e l’efficienza del sistema, determinazione del coefficiente di prestazione (COP) e del fattore di prestazione stagionale (SPF);ii. comprensione dei componenti e del loro funzionamento nel circuito della pompa di calore, ivi compreso il com-pressore, la valvola di espansione, l’e-vaporatore, il condensatore, fissaggi e guarnizioni, il lubrificante, il fluido fri-gorigeno, e conoscenza delle possibilità di surriscaldamento e di subraffredda-mento e di raffreddamento; eiii. capacità di scegliere e di misurare componenti in situazioni di installazio-ne tipiche, ivi compresa la determina-zione dei valori tipici del carico calorifi-co di vari edifici e, per la produzione di acqua calda in funzione del consumo di energia, la determinazione della capa-cità della pompa di calore in funzione


del carico calorifico per la produzione di acqua calda, della massa inerziale dell’edificio e la fornitura di energia elettrica interrompibile; determina-zione di componenti, quale il serba-toio tampone e il suo volume, nonché integrazione di un secondo sistema di riscaldamento.[...](e) La certificazione degli installatori dovrebbe avere una durata limitata nel tempo, cosicché il rinnovo sarebbe su-bordinato alla frequenza di un corso di aggiornamento, in forma di seminario o altro.

3.1.3 Esempi di normativa in alcuni Paesi dell’Unione europea

GermaniaSecondo la legge federale sulle miniere (BBergG o Bundesberggsetz) l’energia geotermica a bassa entalpia appartiene alla Repubblica federale di Germania.Lo Stato può approvare l’estrazione di energia geotermica, se sono interessa-te le acque sotterranee è applicabile il Water Act (2002), valido a livello fe-derale. Devono essere evitate alterazio-ni chimiche, fisiche e biologiche delle acque. Per l’installazione delle sonde geotermi-che, 15 dei 16 Stati federali (Land) pos-siedono una propria regolamentazione,

in cui viene descritto il processo per la richiesta delle concessioni e le normati-ve locali per l’uso di sonde geotermiche verticali e orizzontali (GSHP). Sono incluse anche le raccomandazioni sulle distanze minime da osservare tra due sonde BHE (5-10 m) e tra una sonda ge-otermica e il limite di proprietà (3-5 m). Nel Land del Baden-Württemberg nel 2009 è stata emanata per la prima volta una linea guida relativa ai sistemi aper-ti, che comprende anche una soluzione analitica per calcolare la lunghezza del plume termico freddo per i sistemi geo-termici a circuito aperto.Le linee guida generali e tecniche VDI e VBI (dettate dalle più autorevoli asso-ciazioni nazionali di ingegneri) conten-gono informazioni per la pianificazione e la progettazione delle sonde geotermi-che. La VDI 4640, in particolare, è sud-divisa in quattro sezioni (Part I - Ther-mal use of the underground - Fundamentals, approvals, environmental aspects 2010-06, corrigendum 2011-12; Part II - Thermal use of the underground - Ground source heat pump systems 2001-09; Part III - Utilization of the subsurface for thermal purposes - Underground thermal energy storage 2001-06, reviewed 2006-11; Part IV - Thermal use of the underground - Di-rect uses 2004-09, reviewed: 2009-12) e fornisce raccomandazioni sui valori di temperatura massima e minima nonché sulla differenza di temperatura

VDI 4640 (2001-12)

Water Act (2002)


in modalità di riscaldamento e di raf-frescamento per il fluido termovettore e per le acque sotterranee utilizzate. Facendo riferimento alle direttive in materia mineraria e difesa delle acque, la VDI 4640 presta particolare atten-zione agli aspetti ambientali. Nella prima parte sono indicate le autorizza-zioni necessarie per la posa in opera di sistemi sia a circuito chiuso sia a circu-ito aperto. Nella seconda parte sono indicati i parametri idraulici e idro-chimici che devono caratterizzare le acque in un impianto a circuito aperto.Una nota particolare viene riservata al caso in cui l’impianto sia dismesso: è necessaria la sicura rimozione delle sonde per evitare che vi siano possibili contaminazioni della falda, o che il foro di sondaggio collassi su e stesso.Nella VDI 4640 si fa riferimento anche a impianti che, non utilizzando pompe di calore, rientrano nei cosiddetti ‘usi diretti’ dell’energia geotermica.L’ultima parte, infine, riguarda il di-mensionamento dell’impianto. Si distinguono impianti di piccole di-mensioni (utilizzati per gli edifici resi-denziali) e impianti di grandi dimensio-ni (utilizzati per i grandi fabbricati).Per le procedure del calcolo del Fatto-re di Rendimento Stagionale (Seasonal Performance Factor, SPF) ci si attiene alla VDI 4650 del 2009 (Part I - Calculation

of heat pumps - Simplified method for the cal-culation of the seasonal performance factor of heat pumps - Electric heat pumps for space heating and domestic hot water 2009-03; Part II - Simplified method for the calculation of the annual coefficient of performance and the annual utilisation ratio of sorption heat pumps - Gas heat pumps for space heating and domestic hot water 2010-11, expiry date 30/04/2011).

SvizzeraLa Svizzera è uno dei Paesi che mag-giormente utilizza i sistemi di geoscam-bio e che possiede una vera e propria normativa a riguardo. La legge che disciplina tali installazioni considera i problemi che un impianto di geoscam-bio può comportare nell’immediato intorno della perforazione: la connes-sione tra diversi livelli di falde freatiche e la comunicazione di acqua d’alta qualità con acqua di qualità inferiore, soprattutto quando si tratta di acqua a uso potabile.

Inoltre ne limita l’applicazione nelle zone dove le acque godono di una pro-tezione particolare.Tra le leggi che regolamentano le ac-que sotterranee e la geotermia si ricor-dano le seguenti:• La Legge federale sulla Protezione dell’Ambiente LPAmb 814.01, che mira a «proteggere l’uomo, la fauna e

LPAmb 814.01 (1983)

VDI 4650 (2009)


la flora, le loro biocenosi e i loro biotopi dagli effetti dannosi e molesti, e di con-servare in modo duraturo le basi natu-rali della vita, in particolare la diversità biologica e la fertilità del suolo».• La Legge federale sulla Protezione delle Acque LPAc 814.20, applicata a tutte le acque, superficiali o sotterra-nee. Nello specifico, l’articolo 42 regola il prelievo e l’immissione di acqua o di acque di scarico, e l’art. 43 prevede la protezione delle falde freatiche;• L’Ordinanza sulla Protezione delle Acque OPAc 814.201: che ha come scopo principale di «proteggere le ac-que superficiali e sotterranee da effetti pregiudizievoli e di consentirne l’utiliz-zazione secondo il principio dello svi-luppo sostenibile».• L’Ordinanza contro l’inquinamen-to delle acque con liquidi nocivi Oliq 814.202: all’articolo 1 fa riferimento agli impianti di geoscambio, attestando che l’ordinanza «si applica ai seguenti impianti se contengono liquidi nocivi alle acque [...] circuiti che prelevano calore dall’acqua, dal suolo o dal sotto-suolo oppure ve lo immettono».

Le installazioni geotermiche sono trat-tate nello specifico dal Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (l’Agenzia svizzera per l’Ambiente, le Foreste e il Paesaggio), in particolare le direttive BUWAL del 1994 e del 2003 indicano

dove è possibile installare un impianto geotermico e suddividono il territorio in zone di protezione sulla base della presenza o meno della falda e sulla pre-senza di punti di captazione a uso pota-bile. In quest’ultimo caso l’installazione d’impianti non è permessa.

Per ottenere la concessione per il prelie-vo di acqua sotterranea a uso geotermi-co è necessario consegnare alla Sezione per la protezione dell’aria, dell’acqua e del suolo la domanda preliminare; tale richiesta rende possibile valutare la fattibilità dell’installazione, cui seguirà la domanda di concessione vera e pro-pria. I moduli da presentare contengo-no i dati tecnici dell’impianto: il tipo di pompa di calore, la potenza termi-ca ed elettrica e se vi sarà immissione di calore. In seguito gli enti cantonali competenti effettuano le verifiche per il rilascio della concessione che viene pubblicata sul foglio ufficiale del Can-tone e sull’albo comunale per un mese.Scaduto questo periodo vi è la possibili-tà di presentare ricorso entro 15 giorni. Se non ci sono opposizioni, l’Ammini-strazione cantonale rilascia la conces-sione la quale, per l’operazione di un impianto geotermico, ha una validi-tà di 10 anni, dopo i quali può essere rinnovata. Il costo annuo per una concessione di-pende dal tipo d’installazione.

LPAc 814.20 (1991)

OPAc 814.201 (1998)

Oliq 814.202 (1998)

BUWAL (1994/2003)


Tutte le norme appena descritte fanno riferimento alla legge cantonale del 12 settembre 1978 R.L. 9.1.3.2 che di-sciplina e accerta l’utilizzazione delle acque sotterranee. Oltre alle direttive per l’utilizzo del calore mediante sonde geotermiche esistono anche certificati di qualità per l’installazione di pom-pe di calore e per le ditte di perfora-zione di sonde geotermiche verticali. Per queste ultime il certificato viene concesso se si verifica la fattibilità in funzione delle dimensioni del campo sonde; se si garantisce il riempimento immediato del foro con una misce-la di bentonite e cemento; se il fango di perforazione è eliminato in modo che l’ambiente e le acque sotterranee vengano protette.

AustriaIn Austria i sistemi di geoscambio han-no avuto un notevole incremento a partire dalla fine degli anni Ottanta del secolo scorso.La normativa austriaca fa riferimento alle normative europee.; tuttavia l’Au-stria non richiede un valore di efficien-za minima per la produzione di acqua calda, al contrario dell’UE che intende proporre dei valori limite. L’Austria ha adottato le linee guida del-la VDI 4640, istituita dalla Germania e considerata una delle direttive più im-portanti a livello europeo riguardante

la regolamentazione dell’installazione di impianti di geoscambio.

Pertanto, sono stati definiti i seguenti accorgimenti tecnici:• soglie tecniche di temperatura: ∆T = ± 15 K; Tmax = 35 °C;• distanza minima dal confine di pro-prietà: 2,5 m;• per GWHP: ∆T = 6 K; Tmin = 5 °C; Tmax = 20 °C;• uso di un modello analitico per ca-ratterizzare la lunghezza del plume di contaminazione termica;• distanza minima di 4 m dalle pro-prietà confinanti (in Carinzia).

Una legislazione nazionale per l’ener-gia geotermica a bassa entalpia è anco-ra da definire.

SveziaNorme e regolamenti (misura della qualità)Nel paese scandinavo, l’installazione di sistemi a circuito chiuso prevede la presentazione delle informazioni spe-cificate dalla Svensk författningssamling SFS 1985:245. Tutte le società di per-forazione sono tenute per legge a invia-re una copia del protocollo del pozzo all’archivio delle perforazioni del SGU (Servizio Geologico della Svezia), dove tutti i pozzi sono identificati con le ri-spettive coordinate, onde facilitare la

R.L. 9.1.3.2 (1978)

VDI 4640 (2001)

SFS 1985:245


localizzazione delle aree idonee per l’esecuzione di nuovi pozzi. Bisogna dichiarare che si sta progettando un pozzo per il riscaldamento geotermico all’ufficio di igiene ambientale del Co-mune. Per i sistemi a circuito aperto bi-sogna chiedere un permesso all’ufficio regionale dell’Ambiente.

Programmi di incentivazione (criterio per la concessione sovvenzioni)I privati possono ottenere sgravi fi-scali per tutti i lavori di riparazione, di manutenzione e retrofit (lavori di ri-strutturazione, detti ROT) compresa l’installazione di GSHP. La riduzione delle imposte è consentita solo per il costo del lavoro. Materiali e spese di viaggio relativi ai lavori non sono in-clusi. La riduzione è concessa per la metà del costo del lavoro per non più di 5000 euro a persona all’anno. La Società delle Pompe di Calore Svedese ha sviluppato dei modelli di costo per la stima dell’importo del costo del lavoro rispetto al costo totale del contratto per l’installazione di una pompa di calore geotermica, che per una GSHP è sti-mato pari al 30% del costo totale.

Sistemi di certificazione di qualità (scala di valutazione)• The European Eco-label for Heat Pumps: marchio di qualità ecologica per la Comunità europea.

• Svanen, or Nordic Ecolabelling: marchio di qualità ecologica per i Paesi nordici.• Pmarking/SPCR130: apposto su una pompa di calore indica che rispet-ta i requisiti previsti nella certificazione SPCR 130. • EHPA Testing Regulations ed EHPA Quality Label: il sistema di qualità EHPA è riconosciuto in Svezia, Svizzera, Germania, Austria. • NORMBRUNN 07: sia i pozzi di energia sia quelli ad acqua devono es-sere conformi alla procedura standard per la loro esecuzione. La Normbrunn 07 è suddivisa in quattro argomenta-zioni principali: acque sotterranee, le-gislazione, costruzione di pozzi, riem-pimento e sigillatura del pozzo.

Standard e linee guida tecniche (misura della qualità)Standard generali e metodi:• SP method 0033 Calculation of annual energy savings;• EN 14511:2007;• prEN 15879-1;• CEN /TS 14825;• prEN 14825.

Standard e metodi per la produzione di acqua calda domestica:• LOT 2 Annex IV on Eco-design implementing measures for dedicated water heaters - Domestic hot water;


• EN 255-3:1997 - Domestic hot water;• FprEN 16147 - sound test.

Test di prova:• SS-EN 12102 - sound test; • ISO 3747:2010 - sound test.

Certificazione per gli installatoriCi sono tre diverse tipologie di certifi-cazione per gli installatori di pompe di calore in Svezia. Due di esse si focalizzano sulla quali-tà dell’installazione e si basano sullo stesso percorso di educazione e for-mazione, l’UEcert. HP e lo SVEP certificate. In base a questi schemi la certificazione è volontaria. Per ottenere il certificato, l’installatore deve dimo-strare competenza nella progettazione e nell’installazione di sistemi a pompa di calore.La terza certificazione adempie i requi-siti della direttiva europea 303/2008, ed è necessaria ogni volta che l’installa-tore effettuerà un intervento sul circui-to refrigerante.

BelgioNella Regione fiamminga (le Fiandre, situate a nord) non esiste al momen-to alcuna normativa relativa all’uso dell’acqua di falda a fini geotermici. Non si parla né di temperature limite né di distanze minime.I permessi sono regolati secondo il

Decreto sui permessi Ambientali del 1985, in cui non si menziona l’utilizzo di acque di falda o superficiali per riscaldamento o raffrescamento di ambienti.Le decisioni sulle concessioni vengono prese caso per caso a seconda delle si-tuazioni locali degli acquiferi.Tuttavia, l’installazione di una pompa di calore può beneficiare di una detra-zione fiscale per le «misure di rispar-mio energetico».

Riguardo alla normativa, la protezione dell’ambiente è una questione gestita a livello distrettuale/regionale: Fiandre, Vallonia e Bruxelles hanno il proprio inquadramento normativo. Per il setup e il funzionamento di un sistema geotermico è necessario richie-dere un permesso sia ambientale sia per la costruzione. L’utilizzo di energia geotermica superficiale nelle Fiandre è regolato dal decreto del governo fiam-mingo 6 febbraio 1991 per le licenze ambientali (VLAREM I). A seconda del sistema geotermico adottato, le sezioni di riferimento del decreto possono essere:• sezione 16: gas;• sezione 52: scarichi nelle acque sotterranee;• sezione 53: estrazione delle acque sotterranee;• sezione 54: rifornimento artificiale delle acque sotterranee;

VLAREM I (1991)


• sezione 55: attività di perforazione.

In ogni caso bisogna richiedere alcune autorizzazioni agli enti locali, quali:• il permesso ufficiale alla Provincia;• la domanda di autorizzazione ufficia-le a livello comunale (con la consulenza specifica del Vlaamse Milieumaatschappij o VMM, vale a dire il Servizio Am-bientale fiammingo).

Per i sistemi a circuito chiuso (GSHP e BTES), i sistemi a circuito aperto (GWHP e ATES) e le pompe di calore esistono riferimenti legislativi specifici all’interno del VLAREM.

3.2 Normativa nazionale

Decreto Legislativo 3 marzo 2011, n. 28 (D.Lgs. 28/2011)Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE (11G0067).

Il decreto, in attuazione della direttiva 2009/28/CE e nel rispetto dei criteri stabiliti dalla Legge 4 giugno 2010 n. 96, definisce gli strumenti, i meccanismi, gli incentivi e il quadro istituzionale, finanziario e giuridico, necessari per il raggiungimento degli obiettivi fino al 2020 in materia di quota complessiva

di energia da fonti rinnovabili sul con-sumo finale lordo di energia e di quota di energia da fonti rinnovabili nei tra-sporti. Il presente decreto, inoltre, detta norme relative ai trasferimenti statistici tra gli Stati membri, ai progetti comuni tra gli Stati membri e con i Paesi terzi, alle garanzie di origine, alle procedure amministrative, all’informazione e alla formazione nonché all’accesso alla rete elettrica per l’energia da fonti rinnova-bili e fissa criteri di sostenibilità per i biocarburanti e i bioliquidi.

Il decreto definisce i seguenti indirizzi:• procedure amministrative, regola-menti e autorizzazioni per i sistemi di energia rinnovabile; • autorizzazioni per la produzione di energia termica da fonti rinnovabili (quali impianti solari termici, biogas);• regolamenti specifici per promuo-vere la ricerca e lo sviluppo di nuovi impianti geotermici a basso impatto ambientale;• specifici requisiti tecnici da rispettare per ottenere gli incentivi nazionali;• obblighi di integrare le fonti rinno-vabili in edifici di nuova costruzione e nelle ristrutturazioni importanti;• criteri generali per la certificazione energetica degli edifici;• criteri generali per la certificazione degli installatori;• programmi di incentivazione per la

D.Lgs. 28/2011


produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili;• programmi di incentivazione per promuovere l’efficienza energetica e la produzione di energia termica da fonti rinnovabili;• programmi di incentivazione per promuovere l’uso di risorse rinnovabili nel settore dei trasporti.

Il decreto stabilisce le disposizioni generali emanate dallo Stato in materia di autorizzazioni e procedure ammi-nistrative per gli impianti alimentati da Fonti Energetiche Rinnovabili (FER) considerati di carattere speciale e per la Procedura Abilitativa Semplifi-cata (PAS).

Art. 4 Principi generali1. Al fine di favorire lo sviluppo delle fonti rinnovabili e il conseguimento, nel rispetto del principio di leale collabora-zione fra Stato e Regioni, degli obiet-tivi di cui all’articolo 3, la costruzione e l’esercizio di impianti di produzione di energia da fonti rinnovabili sono di-sciplinati secondo speciali procedure amministrative semplificate, accelerate, proporzionate e adeguate, sulla base delle specifiche caratteristiche di ogni singola applicazione.2. L’attività di cui al comma 1 è rego-lata, secondo un criterio di propor- zionalità:

(a) dall’autorizzazione unica di cui all’articolo 12 del decreto legislativo 29 dicembre 2003, n. 387, come modifi-cato dall’articolo 5 del presente decreto;(b) dalla procedura abilitativa semplifi-cata di cui all’articolo 6, ovvero (c) dalla comunicazione relativa alle at-tività in edilizia libera di cui all’articolo 6, comma 11. [...]

Art.6 - Procedura abilitativa semplificata e comunicazione per gli impianti alimentati da energia rinnovabile1. Ferme restando le disposizioni tribu-tarie in materia di accisa sull’energia elettrica, per l’attività di costruzione ed esercizio degli impianti alimentati da fonti rinnovabili di cui ai paragrafi 11 e 12 delle linee guida, adottate ai sensi dell’articolo 12, comma 10 del decreto legislativo 29 dicembre 2003, n. 387 si applica la procedura abilitativa sempli-ficata di cui ai commi seguenti. [...]

Art.7 - Regimi di autorizzazione per la produzione di energia termica da fonti rinnovabili[...]4. Con decreto del Ministro dello Svi-luppo Economico, da adottare, di con-certo con il Ministro dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare e con il Ministro delle Infrastrutture e dei Trasporti, previa intesa con la


Conferenza Unificata, di cui all’articolo 8 del decreto legislativo 28 agosto 1997, n. 281, entro tre mesi dalla data di en-trata in vigore del presente decreto, sono stabilite le prescrizioni per la posa in opera degli impianti di produzione di calore da risorsa geotermica, ovvero sonde geotermiche, destinati al riscalda-mento e alla climatizzazione di edifici, e sono individuati i casi in cui si applica la procedura abilitativa semplificata di cui all’art. 6. [...]

Le Regioni, pertanto, disciplinano le autorizzazioni di impianti di scambio termici con previsione di procedure semplificate e possono emanare disci-plinari su:• limiti e prescrizioni per l’esercizio del-le operazioni di sfruttamento di piccole utilizzazioni locali sottoposte alla sola dichiarazione di inizio attività;• limiti e prescrizioni in aree consi-derate inidonee all’utilizzo di energia geotermica.

Il decreto inoltre regolamenta la qualifi-ca professionale per gli installatori.

Art. 15 - Sistemi di qualificazione degli installatori1. La qualifica professionale per l’atti-vità di installazione e di manutenzione straordinaria di caldaie, caminetti e stufe a biomassa, di sistemi solari fotovoltaici

e termici sugli edifici, di sistemi geo-termici a bassa entalpia e di pompe di calore, è conseguita con il possesso dei requisiti tecnico professionali di cui, in alternativa, alle lettere (a), (b) o (c) del comma 1 dell’articolo 4 del decreto del Ministro dello Sviluppo Economico 22 gennaio 2008, n. 37, fatto salvo quan-to stabilito dal comma 2 del presente articolo.2. A decorrere dal 1° agosto 2013, i requisiti tecnico-professionali di cui all’articolo 4, comma 1, lettera (c) del regolamento di cui al decreto del Mini-stro dello Sviluppo Economico 22 gen-naio 2008, n. 37 si intendono rispettati quando: (a) il titolo di formazione professionale è rilasciato nel rispetto delle modalità di cui ai commi 3 e 4 e dei criteri di cui all’allegato 4 e attesta la qualificazione degli installatori; (b) il previo periodo di formazione è ef-fettuato secondo le modalità individua-te nell’allegato 4.3. Entro il 31 dicembre 2012, le Regio-ni e le Province autonome, nel rispetto dell’allegato 4, attivano un programma di formazione per gli installatori di im-pianti a fonti rinnovabili o procedono al riconoscimento di fornitori di for-mazione, dandone comunicazione al Ministero dello sviluppo economico, al Ministero dell’ambiente e della tutela del territorio e del mare.


4. Allo scopo di favorire la coerenza con i criteri di cui all’allegato 4 e l’o-mogeneità a livello nazionale, ovvero nel caso in cui le Regioni e le Provin-ce autonome non provvedano entro il 31/12/2012, l’ENEA mette a disposi-zione programmi di formazione per il rilascio dell’attestato di formazione. Le Regioni e le Province autonome posso-no altresì stipulare accordi con l’ENEA e con la scuola di specializzazione in di-scipline ambientali, di cui all’articolo 7, comma 4, della Legge 11 febbraio 1992, n. 157, e successive modificazioni, per il supporto nello svolgimento delle atti-vità di cui al comma 3.5. Gli eventuali nuovi o maggiori oneri per la finanza pubblica derivanti dalle attività di formazione di cui ai commi 3 e 4 sono posti a carico dei soggetti par-tecipanti alle medesime attività.6. Il riconoscimento della qualificazio-ne rilasciata da un altro Stato mem-bro è effettuato sulla base di principi e dei criteri di cui al decreto legislativo 7 novembre 2007, n. 206, nel rispetto dell’allegato 4.7. I titoli di qualificazione di cui ai pre-cedenti commi sono resi accessibili al pubblico per via informatica, a cura del soggetto che li rilascia.

Decreto Legislativo 11 febbraio 2010, n. 22 (D.Lgs. 22/2010)Riassetto della normativa in materia di

ricerca e coltivazione delle risorse geotermiche, a norma dell’articolo 27, comma 28, della Legge 23 luglio 2009, n. 99.

Il D.Lgs. 22/2010 regola l’uso delle risorse geotermiche individuando le procedure ordinarie e le procedure per impianti sperimentali.

Il decreto legislativo distingue due tipo-logie di impianti geotermici:• impianti di potenza superiore a 2 MW termici o con pozzi di profondi-tà superiore a 400 metri, la cui conces-sione di coltivazione fa riferimento alla legge che disciplina l’attività mineraria (Regio Decreto 29 luglio 1927, n. 1443, recante le «norme di carattere legislati-vo per disciplinare la ricerca e la colti-vazione di miniere nel Regno»);• impianti di potenza inferiore a 2 MW termici e pozzi di profondità in-feriore a 400 metri (art.10), la cui con-cessione, in presenza di acqua di falda, fa riferimento al Testo Unico delle disposizioni di legge sulle acque e sugli impianti elettrici (Regio Decreto 11 dicembre 1933, n. 1775).Tuttavia, gli impianti di potenza infe-riore a 1 MW termico ottenibile dal fluido geotermico sono esclusi dalle procedure regionali di verifica di assog-gettabilità ambientale.I passaggi salienti del decreto legislativo sono:

D.Lgs. 22/2010


Art.1 Ambito di applicazione della legge e competenze[...]2. Ai sensi e per gli effetti del presente decreto legislativo, valgono le seguentidefinizioni:(a) sono risorse geotermiche ad alta entalpia quelle caratterizzate da una temperatura del fluido reperito supe-riore a 150 °C;(b) sono risorse geotermiche a media entalpia quelle caratterizzate da una temperatura del fluido reperito com-presa tra 90 °C e 150 °C;(c) sono risorse geotermiche a bassa entalpia quelle caratterizzate da una temperatura del fluido reperito inferio-re a 90 °C.3. Sono d’interesse nazionale le risorse geotermiche ad alta entalpia, o quelle economicamente utilizzabili per la re-alizzazione di un progetto geotermi-co, riferito all’insieme degli impianti nell’ambito del titolo di legittimazione, tale da assicurare una potenza erogabile complessiva di almeno 20 MW termici, alla temperatura convenzionale dei re-flui di 15 °C; sono inoltre di interesse nazionale le risorse geotermiche eco-nomicamente utilizzabili rinvenute in aree marine.4. Fatto salvo quanto disposto ai commi 3 e 5 sono di interesse locale le risorse geotermiche a media e bassa entalpia, o quelle economicamente utilizzabili per

la realizzazione di un progetto geoter-mico, riferito all’insieme degli impianti nell’ambito del titolo di legittimazione, di potenza inferiore a 20 MW termici ottenibili dal solo fluido geotermico alla temperatura convenzionale dei reflui di 15 °C.5. Sono piccole utilizzazioni locali le risorse geotermiche come definite e disciplinate dall’articolo 10. Le stes-se non sono soggette alla disciplina mineraria di cui al Regio Decreto 29 luglio 1927, n. 1443, e all’art. 826 del Codice Civile.6. Le risorse geotermiche, ai sensi e per gli effetti di quanto previsto e discipli-nato dal Regio Decreto 29 luglio 1927, n. 1443, e dall’articolo 826 del Codice Civile, sono risorse minerarie, dove le risorse geotermiche di interesse na-zionale sono patrimonio indisponibile dello Stato mentre quelle di interesse locale sono patrimonio indisponibile regionale.7. Le autorità competenti per le funzio-ni amministrative, ai fini del rilascio del permesso di ricerca e delle concessioni di coltivazione, comprese le funzioni di vigilanza sull’applicazione delle nor-me di polizia mineraria, riguardanti le risorse geotermiche d’interesse na-zionale e locale sono le Regioni, o enti da esse delegati, nel cui territorio sono rinvenute o il Ministero dello sviluppo economico di concerto con il Ministero


dell’ambiente e della tutela del territo-rio e del mare [...]

Art.10 - Piccole utilizzazioni locali1. Sono piccole utilizzazioni locali di calore geotermico quelle per le quali sono soddisfatte congiuntamente le se-guenti condizioni:(a) consentono la realizzazione di im-pianti di potenza inferiore a 2 MW termici, ottenibili dal fluido geotermico alla temperatura convenzionale dei re-flui di 15 °C;(b) ottenute mediante l’esecuzione di pozzi di profondità fino a 400 metri per ricerca, estrazione e utilizzazione di flu-idi geotermici o acque calde, comprese quelle sgorganti da sorgenti per poten-za termica complessiva non superiore a 2 MW termici, anche per eventuale produzione di energia elettrica con im-pianti a ciclo binario a emissione nulla.2. Sono altresì piccole utilizzazioni lo-cali di calore geotermico quelle effet-tuate tramite l’installazione di sonde geotermiche che scambiano calore con il sottosuolo senza effettuare il prelievo e la re-immissione nel sottosuolo di ac-que calde o fluidi geotermici.3. Le autorità competenti per le fun-zioni amministrative, comprese le funzioni di vigilanza, riguardanti le piccole utilizzazioni locali di calore geotermico sono le Regioni o enti da esse delegati.

4. Le piccole utilizzazioni locali di cui al comma 1, sono concesse dalla Regione territorialmente competente con le modalità previste dal Testo Unico delle disposizioni di legge sulle acque e impianti elettrici, di cui al Regio Decreto 11 dicembre 1933, n. 1775.5. Le piccole utilizzazioni locali di cui al comma 2 sono sottoposte al rispetto della specifica disciplina emanata dalla Regione competente, con previsione di adozione di procedure semplificate.6. Le operazioni per lo sfruttamento delle piccole utilizzazioni locali pos-sono essere vietate o limitate, dall’au-torità competente, su aree già oggetto di concessioni di coltivazione di risorse geotermiche di interesse nazionale o locale, previa valutazione delle possibili interferenze.7. Gli impianti di potenza inferiore a 1 MW ottenibile dal fluido geotermi-co alla temperatura convenzionale dei reflui di 15 °C geotermico e le utilizza-zioni tramite sonde geotermiche sono escluse dalle procedure regionali di verifica di assoggettabilità ambientale.

Art. 17 Iniziative proconcorrenziali1. [...] per la terraferma le Regioni, nell’ambito della propria competenza, possono emanare uno o più disciplina-ri tipo per le attività previste dal pre-sente decreto legislativo, in particolare relativamente a: [...]


(h) le prescrizioni specifiche relative al reinserimento dei fluidi;(i) i limiti e le prescrizioni per il rilascio di concessioni di risorse geotermiche di interesse locale su aree già oggetto di concessioni di coltivazione di risorse geotermiche di interesse nazionale;(l) i limiti e le prescrizioni per l’eserci-zio delle operazioni di sfruttamento di piccole utilizzazioni locali su aree già oggetto di titoli per la coltivazione di risorse geotermiche di interesse na-zionale o locale e o in aree considerate inidonee allo sfruttamento geotermico;(m) i limiti e le prescrizioni per l’eser-cizio delle operazioni di sfruttamento di piccole utilizzazioni locali sottoposte sola dichiarazione di inizio attività.

Sintesi normativaLe normative applicabili ai sistemi di geoscambio sono così sintetizzabili:

Sistemi a circuito chiusoLa legge è scarsamente sviluppata:• D.Lgs. 22/2010 - Riassetto della norma-tiva in materia di ricerca e coltivazione delle risorse geotermiche: il decreto delega alle Regioni il compito di definire procedu-re semplificate per applicazioni geoter-miche a bassa temperatura.

Sistemi a circuito apertoNon sono regolamentati nello specifico. La normativa rientra nel:

• Decreto del Presidente della Repub-blica D.P.R. 236/88 - norme tecniche per lo scavo, la perforazione, la manu-tenzione e la chiusura dei pozzi d’ac-qua per consumo umano.• Testo Unico Regio Decreto n. 1775 dell’11/12/1933 e D.P.R. 616/77 - che affidano alla Regione il potere di disci-plinare l’uso delle risorse idriche fino a un flusso massimo di 100 l/s.• Regolamento della Regione Emilia- Romagna Reg. R.E.R. n. 41/2001 - per la disciplina del procedimento di concessione di acqua pubblica.• D.Lgs. 112/98, articoli 80 e 89 - per lo scarico nel sottosuolo e l’utilizzazio-ne delle acque sotterranee. A livello locale, la concessione di per-messi per l’estrazione delle acque di falda e per il loro scarico nel sottosuolo può fare riferimento ad altre normative di seguito elencate.Il Testo Unico ambientale del 2006 (D.M. 152/06) indica le disposizioni in termini di scarico delle acque. Con la Legge Galli (L. 36/94), la L. 183/89 e il D.Lgs. 112/98 sono sta-te introdotte numerose modifiche alla normativa in questione, moltiplican-do, di fatto, gli enti di riferimento con i quali bisogna interfacciarsi. Le prime indicazioni riguardanti le risorse geotermiche si trovano nella Legge del 9 dicembre 1986, n. 896

D.P.R. 236/88

T.U. n.1775

D.P.R. 616/77

Reg. R.E.R. n. 41/2001

D.Lgs. 112/98

D.M. 152/06

D.Lgs. 22/2010

L. 36/94L. 183/89 e D. Leg. 112/98


(L. 896/86) Disciplina della ricerca e della coltivazione delle risorse geotermiche.Attualmente in vigore è la Legge del 31 luglio 2009, n. 99 (L. 99/2009) che va a modificare la L. 896/86 all’art. 1, abbassando da 25 a 15 °C la tempera-tura convenzionale dei reflui.

Per quanto riguarda, invece, la gestio-ne delle acque a valle della pompa di calore, il riferimento normativo è il Decreto Legislativo 3 aprile 2006, n. 152 (D.Lgs. 152/2006) Norme in materia am-bientale, che interviene sulla gestione delle risorse idriche sotterranee e sulla materia ambientale nel suo complesso e, più specificatamente, regolamenta lo scarico diretto in falda delle acque utilizzate esclusivamente a uso geoter-mico (art. 104). Concessione di derivazione delle acque pubblicheL’ufficio competente per la presenta-zione della richiesta di autorizzazione e concessione di derivazione di acque sotterranee pubbliche è il Genio civile, che predispone l’opportuna modulistica che dovrà essere presentata e accompa-gnata dalla documentazione di seguito elencata.

Relazione tecnica a firma di professio-nista abilitato, che dovrà comprendere:• una premessa dalla quale risulti se

l’istanza è riferita a nuova realizzazione o variante di concessione esistente;• una descrizione della zona: sito, loca-lità, Comune, dati catastali in cui è pre-vista l’installazione;• la dichiarazione circa l’uso per il quale si rende necessario l’impiego dell’emun-gimento con descrizione accurata del processo tecnologico, stima dell’acqua prelevata con profilo calcolato sulle 24 ore giornaliere per 365 giorni all’anno;• la prova documentata dell’ampia di-sponibilità della risorsa idrica;• la giustificazione per cui si ricorre all’utilizzo dell’acqua di falda;• la descrizione di massima delle appa-recchiature di sollevamento idrico.

Autorizzazione allo scarico in falda tramite richiesta alla Provincia di competenza.

Relazione geologica a firma di professionista abilitato, che dovrà comprendere:• descrizione geo-lito-idrogeologica della zona interessata all’emungimento;• stratigrafia presunta delle formazioni geologiche interessate;• verifica di eventuali interferenze con altri pozzi limitrofi o corpi idrici superficiali;• corografia della zona interessata;• estratti di mappa, disegni e/o planimetrie.

L. 896/86

L. 99/2009

D.Lgs. 152/2006


Ogni struttura del Genio civile regio-nale, ai fini dell’ottenimento dell’auto-rizzazione all’emungimento di acque per scopi energetici, identifica con pro-pria definizione tale utilizzo e richiede eventuali integrazioni alla documenta-zione minima.Il Genio civile verifica la completezza della documentazione trasmessa, co-municando al richiedente eventuali in-tegrazioni. Una volta che la domanda è corredata di tutti gli elaborati tecni-ci, la stessa viene inviata all’autorità di bacino competente per l’acquisizione del parere in ordine alla compatibilità dell’emungimento con il Piano di Tute-la delle Acque regionale.Acquisito il parere dell’autorità di baci-no, l’ufficio del Genio civile individua ulteriori pareri da chiedere per il com-pletamento dell’istruttoria (Provincia, consorzi di bonifica, soggetti privati titolari di concessioni all’emungimento nella zona interessata ecc.). In questa fase viene anche verificata l’autorizzazione allo scarico, che va presentata contestualmente alla do-manda di emungimento.La concessione prevede un disciplinare con clausole e condizioni di emungi-mento il quale si articola nei seguenti elementi:• dati del concessionario;• quantità di acqua da derivare;• portata massima istantanea;

• uso a cui è destinata la risorsa idrica;• localizzazione della presa;• descrizione dell’opera di emungi-mento e di eventuale restituzione;• termini per l’esercizio di lavoro;• durata della concessione;• modalità e termini per il rinnovo;• importo del canone annuo;• indicazione sui contatori;• prescrizioni generali.

Autorizzazione allo scaricoCome accennato, lo scarico delle acque emunte per scopi termici è regolato dal D.Lgs. 152/2006, sebbene la norma-tiva consideri le acque scaricate come acque ‘sporche’ o, comunque, come acque che hanno subito una contami-nazione di tipo chimico, cosa che in-vece, generalmente, non avviene con i sistemi di geoscambio a circuito chiuso.In particolare, all’art. 104 del decreto, si fa divieto di scarico diretto nelle acque sotterranee e nel sottosuolo (comma 1), ma si dispone che «in deroga a quanto previsto al comma 1, l’autorità compe-tente, dopo indagine preventiva, può autorizzare gli scarichi nella stessa falda delle acque utilizzate per scopi geoter-mici, delle acque di infiltrazione di mi-niere o cave o delle acque pompate nel corso di determinati lavori di ingegne-ria civile, ivi comprese quelle degli im-pianti di scambio termico» (comma 2). Secondo quanto dettato dall’art. 124

D.Lgs. 152/2006


del sopracitato D.Lgs., l’autorità com-petente è la Provincia.Lo scarico in corpo idrico superficiale viene autorizzato dagli organi specifi-camente competenti (autorità di baci-no, consorzi di bonifica, Comuni ecc.) che predispongono una propria modu-listica ove indicare:• i dati anagrafici del richiedente;• la modalità e la durata dello scarico;• gli eventuali sistemi di ricircolo e accumulo;• le modalità e i sistemi di emungimento;• le planimetrie e le mappe delle aree di interesse.La richiesta di autorizzazione viene evasa mediamente in 90-180 giorni e ha una validità di 4 anni, rinnovabile.

3.2.1 Normative regionaliSecondo la normativa vigente, la rego-lamentazione dell’installazione di son-de geotermiche rientra nelle competen-ze delle Regioni in materia di difesa del suolo e tutela delle acque ma, di fatto, solo alcune Regioni o Province hanno definito procedure in merito; in più, le linee guida differiscono tra loro.Distinguendo in base al tipo di siste-ma di geoscambio (a circuito chiuso o aperto), vediamo il dettaglio delle normative (Leggi o Regolamenti Re-gionali, rispettivamente abbreviati con L.R. e R.R.; e Decreti Regionali o

Provinciali, della Giunta o del suo Presidente, rispettivamente D.G.R., D.G.P. e D.P.G.P.) e delle procedure di autorizzazione.

Sistemi a circuito chiusoLombardiaL.R. n. 24 11/12/2006 (art.10)R.R. n.7 15/02/2010• < 150 m: registrazione dell’impianto al Registro Regionale Sonde Geotermi-che (RSG);• > 150 m: necessario ottenere pre-ventivamente l’autorizzazione da parte della Provincia competente.

Trentino Alto Adige Provincia di TrentoD.P.G.P. n. 141 (art. 30 bis)Bisogna inviare comunicazione pre-ventiva al Servizio Geologico 60 giorni prima (Delibera n. 320 26/02/2010 e 2154 03/09/2009).

Provincia di BolzanoD.G.P. n. 356 26/9/2005Inviare notifica 20 giorni prima dell’i-nizio dei lavori.

Emilia RomagnaR.R. n. 41 21/11/2001 (art.17)L’interessato invia al Servizio Regiona-le una comunicazione corredata di:- relazione tecnica generale; - progetto di massima delle perfora-

L.R.n. 24 11/12/2006

R.R.n.7 15/02/2010

D.P.G.P. n. 1-41

D.G.P. n. 356 26/9/2005

R.R.n. 41 21/11/2001


zioni da realizzare; - cartografia idonea a individuare la localizzazione della perforazione.

Veneto Provincia di VeneziaRegolamento Provinciale 16/6/2011Gli impianti geotermici sono distinti in base alla potenza (Pt):- categoria A: Pt < 30 kW; - categoria B: Pt ≥ 30 kW (richiesta di un GRT, ossia Ground Response Test).La domanda di autorizzazione deve comprendere una relazione tecnica generale e una relazione geologica con i contenuti minimi indicati (allegato 2).

Provincia di TrevisoDeliberazione del Consiglio Provinciale n. 14 1/7/2009Gli impianti geotermici sono distinti in:- categoria 1: Pt < 50 kW; - categoria 2: Pt ≥ 50 kW (richiesta esecuzione di un GRT).La domanda di autorizzazione deve comprendere una relazione descrittiva generale e una relazione geologica.

Provincia di VicenzaRegolamento Provinciale 31/5/2011La realizzazione di sonde geotermiche orizzontali e verticali deve essere auto-rizzata ai sensi del Piano Regionale di Tutela delle Acque e del Regolamento

Provinciale 31/5/2011.La domanda di autorizzazione deve comprendere una relazione descrittiva generale e una relazione geologica.

UmbriaD.G.R. n.386 8/3/2010La domanda per l’autorizzazione alla realizzazione di perforazioni deve es-sere presentata al Comune competente per territorio.La domanda di autorizzazione deve comprendere una relazione descrittiva generale e una relazione geologica.

ToscanaL.R. n. 39 24/2/2005 (art. 16, comma 3, paragrafo h)È prevista la richiesta di autorizzazio-ne, seguendo la Dichiarazione Inizio Attività (DIA), e la presentazione della domanda al Comune.

Sistemi a circuito apertoLombardiaR.R. 24 marzo 2006, n. 2Le Province sono gli enti responsabili della pianificazione, del controllo delle singole opere e della tutela delle acque sotterranee.

Trentino Alto Adige Provincia di TrentoDecreto del Presidente della Provincia 13 maggio 2002, n. 9-99/Leg,

R.R.24 marzo 2006, n. 2

Regolamento Provinciale 16/6/2011D.G.R. n.386 8/3/2010

Deliberazione del Consiglio Provinciale n. 14 1/7/2009

Regolamento Provinciale 31/5/2011

Decreto del Presidente della Provincia 13 maggio 2002, n. 9-99/Leg

L.R.n. 39 24/2/2005


che fa riferimento al Testo Unico Pro-vinciale sulla Tutela dell’Ambiente da-gli Inquinamenti (Decreto del Presidente della Giunta Provinciale del 26 gennaio 1987, n. 1-41/Legisl.(1) – Approvazione del testo unico del-le leggi provinciali in materia di tutela dell’ambiente dagli inquinamenti).[...] I medesimi divieti allo scarico sul suolo o negli strati superficiali del sot-tosuolo continuano ad applicarsi inol-tre allo scarico nella stessa falda delle acque utilizzate per scopi geotermici e delle acque degli impianti di scambio termico di cui all’articolo 30, comma 2, del decreto legislativo n. 152 del 1999, nonché nei casi indicati dall’articolo 30, comma 3, dello stesso decreto legislati-vo. (art. 8, comma 4).

Provincia di BolzanoD.G.P. n. 356 26/9/2005Presentazione della domanda di concessione d’acqua e del progetto all’ufficio Gestione risorse idriche.

Emilia RomagnaR.R. n. 41 20/11/2001 (art.6)I prelievi d’acqua pubblica sono assog-gettati al rilascio di una concessione, di competenza dei Servizi Tecnici dei Bacini (STB) della Regione.

VenetoPiano di Tutela delle Acque.

Norme tecniche di attuazione 2010 (art.31)L’autorizzazione delle concessioni per derivazioni di acque per scopi geo-termici o di scambio geotermico con re-immissione nella medesima falda segue le direttive previste dall’art. 30 del D.Lgs. 152/1999 (riprese nel-l’art.31 del PTA 2010 della Regione). Secondo le norme tecniche di attuazio-ne del PTA, infatti: 1. È vietato lo scarico diretto nelle ac-que sotterranee e nel sottosuolo.2. In deroga al divieto, la Provincia, dopo indagine preventiva, può autoriz-zare gli scarichi nella stessa falda dalla quale sono state prelevate, delle acque utilizzate per scopi geotermici [...] ivi comprese quelle degli impianti di scambio termico, purché siano restitui-te in condizioni di qualità non peggiori rispetto al prelievo. [...] 3. Ai fini della protezione delle acque sotterranee, la realizzazione di sistemi di scambio termico con il sottosuolo che non prevedano movimentazione di acqua di falda è autorizzata dalla Provincia.4. Vista la particolarità idrogeologica del territorio dei Comuni del Veneto orientale compresi tra i fiumi Livenza e Tagliamento, l’autorità competente, dopo indagine preventiva, può auto-rizzare la re-immissione di acque uti-lizzate per scambio termico anche in

D.P.G.P. 26 /01/ 1987, n. 1-41/

Legisl.(1)

D.G.P. n. 356 26/9/2005

R.R.n. 41 20/11/2001

D.Lgs. 152/1999PTA 2010


falde appartenenti alla stessa formazio-ne di provenienza secondo le modalità dell’articolo 64 del D.P.R. 27 maggio 1991, n. 395, «Approvazione del rego-lamento di attuazione della Legge 9 di-cembre 1986, n. 896, recante disciplina della ricerca e della coltivazione delle risorse geotermiche» e successive mo-dificazioni, e le disposizioni tecniche specifiche che verranno indicate all’at-to della concessione alla derivazione.

UmbriaD.G.R. n. 386 8/3/2010L’istanza per la realizzazione di perfo-razioni deve essere presentata alla Pro-vincia per la derivazione diretta delle acque di falda a ciclo aperto, con circo-lazione in scambiatore a pompa di ca-lore in quanto soggetta a concessione di derivazione ai sensi del T.U. 1775/33.

ToscanaL.R. 39/2005 (articoli 11 e 15) D.Lgs. 22/2010 e R.D. 1775/33La Regione richiede l’autorizzazione provinciale per il rilascio della conces-sione di derivazione di acqua pubblica.

3.2.2 Proposte di normativa tecnica nazionaleL’Unione Geotermica Italiana (UGI)L’Unione Geotermica Italiana (UGI) sta elaborando in questi mesi alcune proposte da sottoporre all’attenzione

del Ministero, per la redazione di un Decreto Ministeriale (D.M.) relativo alle prescrizioni per la posa in opera degli impianti di produzione di calore da risorsa geotermica (ovvero sonde geotermiche) destinati al riscaldamento e alla climatizzazione di edifici, e all’in-dividuazione dei casi di applicazione delle procedure abilitative semplificate (PAS), di cui al D.Lgs. n. 28/2011.Il decreto sarà finalizzato esclusiva-mente a individuare i criteri e fornire gli indirizzi circa le prescrizioni per la posa in opera degli impianti di produ-zione di calore da risorsa geotermica, identificare i casi in cui applicare la procedura abilitativa semplificata di cui all’art. 6 del D.Lgs. n. 28/2011; stabili-re gli indirizzi per l’esercizio da parte delle Regioni delle funzioni previste dai commi 3 e 6 dell’art. 10 e dal comma 1 dell’art. 17 del D.Lgs. 22/2010. In particolare, conterrà diverse indica-zioni relative a:• norme tecniche: per la progetta-zione e la definizione della modalità di installazione delle sonde, gli enti competenti per la disciplina e i proce-dimenti amministrativi inerenti la posa in opera di impianti di produzione di calore da energia geotermica (sonde geotermiche) dovranno fare riferimen-to, quando disponibili, ai requisiti pre-visti dalle specifiche norme tecniche nazionali;

D.G.R. n. 386 8/3/2010

L.R.39/2005 D.Lgs. 22/2010 e R.D.1775/33


• qualificazione degli installatori di sistemi geotermici a bassa entalpia: le imprese di installazione di sonde geotermiche e impianti di produ-zione di calore da energia geotermica devono essere in possesso della qualifica professionale di cui all’art. 15 del D.Lgs. n. 28/2011 prevista per i sistemi geoter-mici a bassa entalpia o sistemi geoter-mici poco profondi e per pompe di ca-lore; inoltre, i programmi di formazione per gli installatori di sistemi geotermici a bassa entalpia o sistemi geotermici poco profondi devono prevedere la co-noscenza delle norme tecniche per i si-stemi geotermici a pompa di calore;• ambiti di competenza regionali: l’adozione di procedure semplificate per la posa di sonde geotermiche da parte delle Regioni può avvenire anche tramite l’individuazione delle aree in cui sono consentite le procedure sem-plificate (PAS o comunicazione), utiliz-zando i quadri conoscitivi sull’assetto idrogeologico del sottosuolo.L’emanazione dei disciplinari previsti alle lettere (h), (l) e (m) del comma 1 dell’art. 17 del D.Lgs. 22/2010, valido a livello nazionale, deve essere basata sull’assetto idrogeologico e della risor-sa geotermica del sottosuolo; i limiti e le prescrizioni per l’esercizio delle ope-razioni di sfruttamento di piccole uti-lizzazioni locali sottoposte alla proce-dura autorizzativa semplificata (PAS)

devono essere formulati sulla base delle caratteristiche idrogeologiche del territorio (permeabilità, conduci-bilità termica, trasmissività idraulica, distribuzione delle temperature ecc.); gli eventuali regimi autorizzativi per la posa in opera di sonde geotermiche senza prelievo di acqua devono fare riferimento a specifiche esigenza di tu-tela del sottosuolo in base ad adeguati quadri conoscitivi.• registri regionali e monitoraggio degli impianti: presso tutte le Regioni saranno istituite procedure di registrazione e monitoraggio, per via telematica, delle sonde geotermiche e degli impianti di produzione di calore da risorsa geotermica;• applicazione delle procedure semplificate: le principali tipologie di impianti di produzione di calore da risorsa geotermica, destinati al riscal-damento e alla climatizzazione di edi-fici, e le corrispondenti PAS possono essere così individuate: - Sonde geotermiche orizzontali senza scambio di acque o fluidi: comunica-zione e registrazione impianto;- Sonde geotermiche integrate con pali di fondazione di nuove costruzioni senza scambio di acque o fluidi: comu-nicazione collegata al permesso a co-struire e registrazione impianto;- Sonde geotermiche verticali senza scambio di acque o fluidi: procedura


abilitativa semplificata e registrazione impianto;- Impianti di produzione di calore da energia geotermica tramite pompa di calore di capacità termica inferiore a 1 MWt, mediante prelievo di acque sotterranee inferiore a 50 l/s, e a pro-fondità inferiore a 400 m;- Impianti di produzione di calore da energia geotermica inferiore a 1 MWt mediante prelievo di acque sotterranee calde (temperature superiori a 15 °C) inferiore a 50 l/s e a profondità inferio-re a 400 m.

L’Ente Nazionale Italiano di Unificazione (UNI) Le norme tecniche proposte dall’Ente Nazionale Italiano di Unificazione (e, in particolare, dal Gruppo di lavoro 608, UNI-GL608) sui sistemi geotermici a pompa di calore, attualmente in fase fi-nale di inchiesta pubblica, comprendo-no una regolamentazione dei requisiti relativa a:(a) il dimensionamento e la progetta-zione dei sistemi geotermici;(b) l’installazione degli impianti;(c) la qualificazione delle ditte installa-trici e delle imprese che forniscono ser-vizi di perforazione e/o installazione degli impianti geotermici a pompa di calore;(d) la preservazione degli aspetti ambientali.

In particolare, la norma (a) relativa ai requisiti per il dimensionamento e la progettazione:• definisce i criteri di progettazione e le procedure di calcolo per determinare le prestazioni di progetto degli impianti a pompa di calore geotermica;• permette di determinare le tempe-rature medie mensili del fluido termo-vettore lato terreno che servono per determinare le prestazioni energetiche delle pompe di calore ai fini della certi-ficazione energetica;• si applica agli impianti geotermici a pompa di calore mediante fluido secon-dario, utilizzati per la climatizzazione invernale ed estiva e per la produzio-ne di acqua calda sanitaria mediante scambio di calore con il terreno.

Il progetto deve sempre essere cor-relato da una relazione tecnica e deve essere compatibile con i vincoli am-ministrativi e urbanistici definiti dalla pubblica autorità.

Per le diverse tipologie di impianto pos-sibili, sistemi a circuito chiuso e sistemi a circuito aperto, vengono descritte in dettaglio le caratteristiche tecniche.

Per esempio, nei sistemi chiusi, che non prevedono alcun prelievo o emun-gimento di acqua di falda, le tubazioni devono presentare:


• buona resistenza meccanica;• scarsa se non assente reattività chimi-ca agli agenti e/o sostanze presenti nel terreno;• assenza di tossicità del materiale im-piegato per la loro realizzazione;• minima resistenza allo scorrimento interno del fluido termovettore;• elevata durabilità (tempo di vita), su-periore a quella media delle apparec-chiature meccaniche installate a com-pletamento dell’impianto.

Si rinvengono indicazioni specifiche sulla realizzazione di geosonde verticali (materiali, configurazioni geometriche possibili, tipo e diametro della sonda, tipo e diametro della perforazione, flu-ido vettore utilizzabile) e orizzontali (piano di posa consigliato in funzione delle caratteristiche climatiche del sito e operazioni di posa), pali energetici (gettati in opera o pali battuti prefab-bricati vuoti), connessioni e integrazio-ni tra i pali, nonché valutazioni circa i possibili effetti strutturali sui pali in condizioni di funzionamento dell’edi-ficio in riscaldamento o in raffresca-mento, evidenziando le procedure di verifica da seguire per conservare la ca-pacità di sopportare il carico strutturale dell’edificio.

Per i sistemi a circuito aperto si evidenzia la necessità di un’indagine

idrogeologica del sito per verificare che l’oscillazione annua di temperatura delle falde attorno al livello medio sia trascurabile, per procedere con la pro-gettazione energetica e per definire la portata dell’acqua disponibile (prova di pompaggio in campo, a portata varia-bile e a portata costante). È necessario valutare la deformazione delle linee piezometriche e l’eventuale subsiden-za indotta dal pompaggio della falda, tenendo presente che la risorsa sotter-ranea deve permettere un’estrazione continua della portata di progetto sulla base del fabbisogno coperto dalle pom-pe di calore. Sono inoltre illustrate le modalità di impianto previsto (uso diretto e uso disaccoppiato) e l’importanza di cono-scere le caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua per scegliere correttamente i materiali da utilizzare (pozzi, tubazio-ni e scambiatori) e per prevedere mo-dalità e manutenzione del sistema.Sono presentate anche le modalità per una corretta restituzione in falda delle acque e per lo scarico in acque superficiali.Una sezione specifica è dedicata alle caratteristiche tecniche dei sottoinsiemi costituenti le pompe di calore geotermiche: ovvero la centrale termica, il collegamento orizzontale e lo scambiatore di calore a terreno (oriz-zontale o verticale).


Sono considerate anche le caratteristi-che termiche del terreno, suddiviso in:• strato termicamente instabile (sistemi scambio orizzontale);• strato termicamente stabile (sistemi scambio verticale);• superficie neutra, che separa i due strati precedenti.Le condizioni termiche del terreno sono alterate dalla presenza di acqua di falda, la cui velocità di scorrimento influisce sulla capacità di scambio ge-otermico e sulla capacità di accumulo interstagionale dell’energia. I parametri termofisici caratteristici del terreno termicamente stabile sono:- temperatura (T) indisturbata del ter-reno misurata con un profilo verticale all’interno della geosonda installata (effettivo gradiente termico naturale del sottosuolo) o con la circolazione forza-ta del fluido termovettore in assenza di sollecitazioni termiche (TRT ossia Thermal Response Test, Test di Risposta Termica);- conduttività termica (λ);- densità (ρ);- calore specifico (Cp);- capacità termica del terreno (ρ* Cp).

Per l’argilla e per la sabbia sono pre-sentate delle possibili correlazioni in funzione del contenuto d’acqua.Per il terreno termicamente instabile, invece, bisogna considerare

la variazione di T in funzione della profondità e del periodo dell’anno considerato.Per il Test di Risposta Termica (TRT), in grado di determinare in situ le proprietà termofisiche fondamentali del terreno e dei geoscambiatori, ne-cessarie per il loro dimensionamento (conducibilità termica efficace del ter-reno, T del terreno indisturbata, resi-stenza termica per unità di lunghezza di un geoscambiatore verticale), ven-gono elencati gli apparati di prova e i sistemi di misura che lo costituiscono: elementi necessari per una corretta ese-cuzione del test. Sono illustrati i metodi principali per l’interpretazione dei dati acquisiti: il modello analitico della sorgente lineare indefinita (Line Source Method, o LSM, per cui si veda anche a pag. 25) e i mo-delli numerici basati sulla stima dei pa-rametri caratteristici. Sono inoltre descritte le specifiche e le raccomandazioni per le componenti dei macchinari, le condizioni generali dei sistemi di misura, le procedure del test (inizio, durata, potenza termica, portata, salto termico, modalità del-la sollecitazione termica, modalità di controllo della potenza di iniezione ed estrazione), l’interpretazione dei dati (scelta del modello, stato transitorio iniziale, profilo temporale, temperatura media fluido vettore).


Per il corretto dimensionamento degli impianti geotermici sono iden-tificate tre metodologie di calcolo:• simulazione dinamica integrata dell’edificio, della pompa di calore e del terreno;• i carichi termici e frigoriferi dell’edi-ficio vengono calcolati separatamente e sono utilizzati come input per il sistema pompa di calore-terreno;• i carichi termici e frigoriferi dell’edi-ficio vengono calcolati separatamente e sono utilizzati come input della pompa di calore (temperatura costante della sorgente termica).

L’analisi energetica dell’edificio può essere effettuata come design rating (cioè valutazione del progetto) per edifici di nuova progettazione o come asset rating (valutazione patrimoniale) per edifici esistenti.Nel primo caso si distinguono tre tipo-logie di calcolo a seconda del tipo di edificio considerato:• edifici residenziali con potenza infe-riore a 20 kW;• edifici residenziali con potenza supe-riore a 20 kW;• edifici del terziario.

Nel secondo caso i calcoli possono ba-sarsi sui dati di progetto dell’impianto e sui dati di targa della pompa di calore e della pompa del fluido termovettore.

Le metodologie di calcolo per sistemi a circuito chiuso (sonde verticali e son-de orizzontali) prendono in esame lo scambio termico a terreno e il funzio-namento della macchina in funzione delle temperature di condensazione e di evaporazione, utilizzando soluzio-ni analitiche, soluzioni numeriche e funzioni di trasferimento. Si riportano inoltre indicazioni sull’impatto termico dell’impianto in assenza o in presenza di falda in movimento.

Per dimensionare correttamente i siste-mi a circuito chiuso o aperto, si posso-no adottare soluzioni analitiche o solu-zioni numeriche. La soluzione analitica, valida per applicazioni residenziali di potenza in-feriore a 20 kW richiede come dati di input la conoscenza del:• fabbisogno energetico mensile per il riscaldamento;• fabbisogno energetico mensile per il raffrescamento;• potenza termica/ frigorifera di picco di progetto.L’utilizzo di una soluzione numerica agli elementi finiti, alle differenze finite o ai volumi finiti consente una maggio-re precisione nel calcolo ma, allo stesso tempo, richiede un maggior tempo di elaborazione e una certa esperienza dell’operatore nella modellazione. Inoltre, come dato di input è necessario


fornire il profilo orario delle potenze richieste dall’impianto. Nei sistemi a circuito aperto, il calcolo viene eseguito separatamente per i carichi termici e per i carichi frigoriferi dell’edificio.

Le norme relative all’installazione de-gli impianti (b) contengono indicazioni specifiche applicabili agli impianti ge-otermici a pompa di calore usati per riscaldamento, raffrescamento, clima-tizzazione e produzione di acqua cal-da sanitaria in edifici civili, industriali, commerciali e del terziario, quali:• metodologie di perforazione;• procedure di realizzazione delle geo-sonde e dei test di risposta geotermica;• requisiti di installazione delle pompe di calore e delle altre apparecchiature dell’impianto;• caratteristiche dei fluidi di geoscam-bio e perforazione;• caratteristiche dei materiali di riem-pimento e geoscambio;• macchinari, utensili, attrezzature di realizzazione delle geosonde e per i test di risposta geotermica;• procedure di cantiere;• collaudo dell’impianto;• stesura della documentazione e dei rapporti di realizzazione.

Inoltre, nella parte relativa alla qua-lificazione delle ditte installatrici (c), sono descritti, da un lato, i requisiti

minimi che una società del settore deve possedere per poter operare pres-so i propri clienti (ad esempio le capa-cità tecniche, organizzative, gestionali, economiche e finanziarie) e, dall’altro, sia i criteri per accertare le capacità delle imprese sia le linee guida redatte a supporto dei clienti per facilitare la scelta consapevole dei servizi richiesti e offerti dalle aziende del settore.

Da un punto di vista ambientale (d), sono individuate le possibili inter-ferenze con l’ambiente degli impianti geotermici e vengono indicati alcuni criteri da seguire per verificare la fatti-bilità del progetto e per dimensionarlo opportunamente. Per valutare la soste-nibilità ambientale bisogna anzitutto caratterizzare il serbatoio geotermico, creando un modello concettuale di ri-ferimento sulla base delle informazioni geologiche, idrogeologiche e idrologi-che disponibili e di nuova esecuzione. Quindi si procede alla caratterizzazio-ne e all’analisi del rischio, individuan-do possibili effetti e interferenze dello scambio termico con tutte le opere preesistenti, con l’ambiente e con le persone.Le analisi del rischio si basano su stru-menti di simulazione applicati al mo-dello concettuale che individua la sor-gente e il recettore del pericolo, nonché il collegamento fisico tra di essi.


In particolare, sia per sistemi a circuito chiuso sia per quelli a circuito aperto, la diffusione delle variazioni termiche a medio e lungo termine è eseguita in regime transitorio servendosi di codici di tipo numerico.Una volta elaborato, il modello deve essere sottoposto a validazione, al ter-mine della quale è possibile esprimere un giudizio di sostenibilità ambientale.

Infine, in fase di progetto, esecuzione e gestione dell’impianto devono essere adottate tutte le precauzioni previste.

Il controllo ambientale ripetuto nel tempo (monitoraggio quantitativo e qualitativo) permette di individuare anomalie significative rispetto ai mo-delli previsionali e di agire con adegua-te contromisure. n


4.1 Contenuti delle relazioni tecniche di progetto Alla richiesta di autorizzazione alla re-alizzazione di un impianto di scambio termico mediante utilizzo di sonde geo-termiche deve essere allegata la seguen-te documentazione tecnica:1. relazione tecnica descrittiva generale;2. relazione geologica.

4.1.1 Contenuti della relazione tecnica descrittiva generaleNella relazione generale devono essere illustrati i principali dati di progetto e le caratteristiche costruttive dell’impianto di cui si chiede l’autorizzazione e va descritta la tipologia dell’insediamen-to servito (residenziale, commerciale o industriale), ai fini della valutazione del fabbisogno energetico dell’insedia-mento stesso. Se l’insediamento è di tipo industriale, deve essere specificata l’attività produttiva svolta e se l’energia ottenuta dal geoscambio è impiegata nel ciclo produttivo o solo per climatiz-zazione ambientale e/o produzione di acqua sanitaria.Nella descrizione del sistema di geo-scambio da utilizzare e delle sue carat-teristiche costruttive, si devono fornire le specifiche elencate di seguito.• La cartografia relativa all’insediamento (alla scala 1:10000) in cui siano evidenziati gli eventuali vincoli territoriali esistenti.

• La stima del fabbisogno energetico dell’insediamento, relativamente al periodo di utilizzo previsto, sia lungo l’arco dell’anno sia giornaliero, preci-sando i valori di impiego nelle condi-zioni più gravose (invernali ed estive).• Le caratteristiche costruttive del sistema di sonde, precisando:- il numero delle sonde;- l’ubicazione planimetrica delle sonde e del circuito di scambio termico (alme-no alla scala 1:500);- la profondità massima prevista;- la stratigrafia del terreno inte-ressato, ipotizzata sulla base di conoscenze bibliografiche atten-dibili o, in caso di impianti con po-tenza termica (Pt) pari o superiore a 50 kW, ricavata direttamente mediante almeno un sondaggio geognostico rea-lizzato in situ;- il metodo di perforazione, precisan-do gli eventuali fluidi di perforazione da impiegare;- i diametri di perforazione;- i materiali di riempimento del perfo-ro e il metodo di cementazione;- il materiale con cui sono realizzate le tubazioni delle sonde;- gli eventuali particolari costruttivi.• Le caratteristiche costruttive delle macchine termiche, specifi-cando la tipologia del fluido di scambio termico, del quale deve essere allegata la scheda tecnica o di sicurezza.

4. Linee guida per la redazione della documentazione tecnica di progetto


• L’eventuale presenza di pozzi all’interno dell’insediamento, specifi-candone l’impiego.• La strumentazione di controllo e di monitoraggio della tenuta idraulica del circuito di scambio termico.• Le procedure operative da adottare in caso di perdite accidentali del circuito.• L’eventuale possesso, da parte delle ditte esecutrici delle perforazioni e del-le sonde, dell’attestato SOA (si veda di seguito) e della certificazione del processo di qualità.

In particolare, l’attestato SOA viene rilasciato dalle Società Organismi di Attestazione, enti di diritto privato italiani con forma giuridica di S.p.A., autorizzati dall’autorità per la vigilanza sui lavori pubblici. Tale certificazione dimostra il possesso dei requisiti di cui all’articolo 8 della Legge 11 febbraio 1994, che accertano l’esistenza nei sog-getti esecutori di lavori pubblici degli elementi di qualificazione, ovvero della conformità dei requisiti alle disposizio-ni comunitarie in materia di qualifi-cazione dei soggetti esecutori di lavori pubblici.

La relazione generale deve essere sotto-scritta dal tecnico progettista, regolar-mente iscritto all’albo professionale, e dal soggetto proponente.

4.1.2 Contenuti della relazione geologicaLa relazione geologica ha il compito di inquadrare l’impianto nel contesto geo-logico e geomorfologico, mediante una dettagliata descrizione dei principali elementi presenti nell’intorno dell’ope-ra prevista.Nel caso di impianti con Pt pari o supe-riore a 30 kW le informazioni ricavabi-li da bibliografia, di cui devono essere citate le fonti, devono essere integrate con i dati ricavati da almeno un son-daggio geognostico appositamente rea-lizzato in situ.Su un’apposita cartografia alla scala 1:5000 o 1:10000 (su base della CTR, la Carta Tecnica Regionale) devono es-sere, perciò, rappresentati:• gli elementi geologici, geomorfologi-ci e di uso del suolo;• i pozzi e i centri di pericolo, intesi come fonti di possibile inquinamento delle acque sotterranee a seguito di per-colazioni di sostanze contaminanti nel sottosuolo, presenti nel raggio di 500 metri.

Nella relazione geologica, inoltre, deve essere definito l’assetto idrogeologico dell’area di intervento, mediante lo studio delle stratigrafie di pozzi esi-stenti nell’area (nel caso di impianti con Pt pari o superiore a 30 kW, tali dati sono integrati dalle informazioni


stratigrafiche ricavate dal o dai sondag-gi geognostici realizzati in situ). Deve essere descritta, mediante una o più sezioni idrogeologiche (tratte anche da fonti bibliografiche e/o ottenute cor-relando le stratigrafie dei pozzi vicini all’area interessata), la geometria degli acquiferi presenti fino alla profondità interessata dall’intervento, indicando le caratteristiche delle singole falde in-dividuate (permeabilità per porosità o fessurazione, falda libera, falda confi-nata), i loro reciproci rapporti spaziali e il regime di alimentazione.Sulla base di un numero sufficiente di misure piezometriche, effettuate nei pozzi esistenti in un intorno dell’area oggetto dell’intervento, oppure sulla base di dati bibliografici di cui deve essere citata la fonte, deve essere rico-struita la superficie piezometrica della falda interessata dal sistema di sonde geotermiche, nonché il suo andamento stagionale, sulla scorta dei dati derivan-ti dai pozzi delle reti di monitoraggio esistenti nelle vicinanze.Le suddette informazioni devono tro-vare corrispondenza anche in appositi elaborati grafici (carta della piezome-tria e della soggiacenza).Nel caso di impianti con Pt pari o su-periore a 50 kW, alla relazione geolo-gica deve essere, inoltre, allegato uno studio che stimi e analizzi l’impatto dell’impianto di scambio termico sulla

temperatura delle acque di falda, valu-tando l’estensione massima del cam-po perturbato rispetto alle condizioni indisturbate.

4.2 Specifiche tecniche per la realizzazione e la verifica funzionale delle sonde geotermiche Nella realizzazione delle perforazioni in cui alloggiare le sonde geotermiche, è necessario che sia posta particolare attenzione alla impermeabilizzazione del perforo stesso. In linea generale, la miscela plastica impermeabilizzan-te, da iniettare mediante apposita tu-bazione, deve essere costituita da una miscela di acqua, cemento e bentonite (in percentuale ridotta), in modo da evitare fessurazioni dovute al ritiro; più eventuali superplasticizzanti. A tale prodotto possono essere aggiun-ti anche additivi aventi la funzione di migliorare la conducibilità termica tra sonda e terreno circostante (ad esempio sabbia silicea).

Durante la realizzazione di un campo sonde geotermico, le direttive tecniche impongono particolare attenzione alle procedure da seguire, onde evitare una serie di rischi, tra cui: • il rischio di inquinamento della fal-da freatica durante la perforazione e il reinterro del foro; • il rischio di messa in comunicazione


degli acquiferi superficiali con quelli profondi;• il rischio di interferenza delle sonde con l’assetto idrogeologico locale, in relazione agli usi e alle utenze censite al momento della posa in opera della sonda in un intorno significativo;• il rischio correlato alla dinamica dei versanti e, dunque, il rischio di danneg-giamento della sonda post operam in aree franose.

Si sconsiglia la realizzazione di sonde geotermiche verticali nel caso che la distanza di campi sonde da aree per la tutela dell’acqua a uso idropotabile sia inferiore a 1 km e che sia possibile l’in-terferenza e la messa in comunicazione di sistemi acquiferi differenti (falde fre-atiche con falde in pressione).Inoltre, prima dell’inizio dei lavori, deve essere preparata una stima accu-rata dei costi per l’accantieramento di tutti i macchinari e attrezzature occor-renti, per il trasporto in andata e ritor-no, per la manovalanza per carichi e scarichi e per la smobilitazione del can-tiere a lavori ultimati.

La perforazione e le modalità di sca-vo e di perforazione devono rispettare quanto indicato nel progetto dell’im-pianto e devono evitare qualsiasi con-seguenza negativa per il suolo e sotto-suolo. È richiesto l’utilizzo di materiali

e lubrificanti che non si disperdano nel suolo e il rischio di perdite di olio della macchina perforatrice nonché perdite di prodotti specifici per la perforazio-ne (ad esempio carburanti, lubrificanti, olii idraulici ecc) deve essere ridotto al minimo. Nei primi 5 m di sottosuolo bisogna inserire un rivestimento atto a garantire lo scorrimento del fluido di perforazione senza contaminare il ter-reno superficiale. È da evitare l’uso di fanghi bentonici durante le opere di perforazione, men-tre è ammesso l’utilizzo di polimeri bio-degradabili addensanti. Acque e fanghi di perforazione devono essere smaltiti in siti idonei, secondo la normativa vigente. Infiltrazioni d’ac-qua superficiali devono essere impedite tramite un’idonea strutturazione della zona attorno al foro di perforazione, vale a dire con l’utilizzo di una cami-cia di rivestimento sporgente rispetto al piano campagna.Il fluido di perforazione deve essere se-parato dal materiale scavato mediante decantazione meccanica o separazione meccanica con vibrovaglio e ciclone sabbiatore.In caso di attraversamento di falde idriche in pressione con risalienza ol-tre il piano campagna bisogna inserire all’inizio della perforazione un rive-stimento in metallo oppure applicare il metodo di perforazione a rotazione


con circolazione diretta di fluido con aumento della densità del fluido stesso(barite).

Le caratteristiche della geosonda devono essere conformi alle specifiche di progettazione. Ogni sonda deve es-sere accompagnata da una documenta-zione tecnica che ne attesti le caratte-ristiche e che contenga indicazioni su:• marchiatura IIP per i materiali plastici;• marchiatura del nome del costruttore per i materiali metallici;• lunghezza;• pressione nominale di impiego;• Tmax e Tmin di impiego;• resistenza termica della parete;• peso della zavorra.

Il tipo e il diametro della geosonda ver-ticale devono consentire un’agevole e sicura operazione di inserimento della tubazione che impedisca il danneg-giamento della parete esterna; essere tale da non prevedere un eccessivo spessore del materiale di riempimen-to; e garantire la possibilità di ripristi-no della continuità degli aquitardi e degli aquiclude tramite sigillatura. Per evitare ogni possibile scalfittura della superficie esterna, è consigliato l’impie-go della camicia durante le operazioni di posa. Ogni 5 metri possono essere inseriti dei distanziali per limitare la

cortocircuitazione dei flussi termici.Le tubazioni devono essere realizzate in polietilene ad alta densità (HDPE) nella classe di pressione da 16 a 10 bar (PN 16, PN 10) o in polietilene reticola-to (PE-X) avente analoghe caratteristi-che meccaniche. Devono essere senza giunzioni né saldature per tutta la loro lunghezza. Al piede la sonda sarà co-stituita da un unico condotto piegato direttamente dal produttore, che ne garantisce la qualità tramite certificati di collaudo e tenuta. Eventuali scelte difformi, conseguenti a specifiche va-lutazioni sulle effettive condizioni di utilizzo e in fase di cementazione del perforo, devono essere adeguatamente illustrate nel progetto.

Il fluido termovettore da utilizzare nel circuito di scambio termico deve:• essere compatibile con tutti i mate-riali con cui viene a contatto;• presentare bassa aggressività chimica;• essere atossico;• essere non infiammabile (almeno nel-le concentrazioni di utilizzo);• essere disponibile in quantità non limitate;• non essere proibito da eventuali auto-rità (comunali, provinciali, regionali, na-zionali) aventi giurisdizione in materia.Il fluido dovrebbe consistere (tran-ne nei sistemi a espansione diretta di


fluido frigorigeno) solo di acqua, even-tualmente additivata con fluido anti-gelo in opportuna concentrazione e con un inibitore di corrosione anch’es-so in opportuna concentrazione. Nel caso di utilizzo di sola acqua non bisogna lavorare con temperature (T) che portino al congelamento del flu-ido. In genere si considera un valore di T limite di mandata alle sonde nel terreno di 5 °C, valore variabile in funzione della tipologia di macchina e consigliato dal produttore.Nel caso di utilizzo di una miscela anticongelante bisogna:• verificare le proprietà della miscela nella geosonda;• verificare l’eventuale maggiore vi-scosità del fluido ai fini dell’energia di pompaggio;• corredare il progetto di una relazio-ne tecnica che dichiari la compatibilità ambientale del fluido termovettore e ne valuti il rischio ambientale.

Il fluido da utilizzare nel circuito di scambio termico deve preferibilmente essere acqua potabile, eventualmente addizionata a glicole propilenico atossi-co e biodegradabile per uso alimentare; la scelta di un fluido di diversa natura deve trovare specifica motivazione ne-gli elaborati progettuali. È comunque vietato l’uso del metanolo e dell’etanolo.

La cementazione del foro di perforazione deve garantire un’impermea-bilizzazione idraulica continua ottimale e omogenea. Si usa una miscela cemen-tizia particolarmente adatta all’impiego previsto con conducibilità termica non inferiore a 1 W/m K, iniettata a pres-sione dal fondo del foro fino al piano campagna o alla quota riportata negli elaborati grafici di progetto. L’estrazio-ne della camicia di rivestimento avvie-ne contestualmente alla cementazione dal basso. La cementazione deve essere continua e non devono essere presenti bolle d’aria all’interno del foro di posa. Dopo l’indurimento, la struttura deve essere compatta, duratura e stabile sia chimicamente sia fisicamente, nonché garantire caratteristiche di elevata im-permeabilità idraulica.In occasione della realizzazione della sonda deve essere accertato dalla Di-rezione Lavori che la miscela imper-meabilizzante, pompata sino a fondo foro mediante apposita tubazione (da recuperare al termine dell’operazio-ne), risalga lentamente in superficie in modo da escludere perdite lungo tutta la perforazione stessa. In caso contrario la sonda dovrà essere estratta e il foro chiuso. Le sonde verticali sono inserite mediante l’uso di srotolatore, una volta ultimata la perforazione, aver fatto ri-salire i detriti e aver estratto gli utensili del perforo.


Su ciascuna sonda deve essere svolto, a cura della Direzione Lavori, un test di tenuta idraulica e di circolazione con acqua potabile, della durata non inferiore a 6 ore, con pressione di prova pari ad almeno 1,5 volte la pressione di esercizio e comunque non inferiore a 500 kPa (5 bar), mediante l’utilizzo di apposito manometro registratore. La prova non si intende superata nel caso in cui si dovesse registrare una perdita di pressione pari o superiore a 50 kPa (0,5 bar).Anche le sonde orizzontali, messe in posto mediante l’uso di srotolatore una volta ultimato lo scavo, devono essere sottoposte a prova di tenuta e di circo-lazione idraulica.

Terminato il test di tenuta, le tubazioni della sonda devono essere chiuse con tappi o comunque in modo appropria-to al fine di evitare l’ingresso di inqui-nanti (fluidi o solidi) fino al successivo collegamento delle tubazioni al circuito geotermico orizzontale. Se la stagione comporta eventuali gelate, prima di chiudere le tubazioni le sonde devono essere parzialmente svuotate.

I collegamenti dalla testa delle sonde fino ai collettori di distribuzione, po-sizionati in appositi pozzetti interrati, dovranno avvenire mediante raccor-di meccanici in ottone e tubazioni in

polietilene reticolato PE-Xa. I collega-menti tra collettori ed edificio, invece, dovranno avvenire mediante tubazioni in polietilene ad alta densità o retico-lato, eventualmente preisolato, qualora le profondità di posa siano inferiori al metro di profondità

I pali energetici possono essere pre-fabbricati o costruiti in opera. Nell’eventualità di pali costruiti in ope-ra, le sonde devono essere legate alla gabbia metallica e mantenute in pres-sione fino alla completa realizzazione del palo, in modo da essere certi di ga-rantirne il funzionamento.Per quanto riguarda il Test di Rispo-sta Termica (TRT), le attività in situ non possono essere iniziate prima di 15 giorni per le geosonde e prima di 30 giorni per i pali energetici a partire dall’ultimazione del riempimento. Le tubazioni che collegano il TRT e la geosonda devono essere flessibili, a tenuta ed esenti da perdite.

La prova di tenuta e circolazione della geosonda e dell’impianto deve essere eseguita utilizzando:• 1 flussometro con classe di precisio-ne non superiore al 3% sul valore della portata nominale dello scambiatore;• 2 manometri con classe di precisio-ne non superiore al 3% sul valore della pressione nominale dello scambiatore;


• 1 pompa idraulica di portata e preva-lenza del 30% superiore alle caratteri-stiche della geosonda da analizzare;• 2 valvole di intercettazione a sfera.Il collaudo dell’impianto deve verificare:• le T di prelievo termico di progetto, mediante lettura con adeguato stru-mento con classe di precisione non su-periore a 0,3 °C, sia lato edificio sia lato terreno;• le portate di prelievo termico di pro-getto, mediante lettura con adeguato strumento con classe di precisione non superiore a 0,3 °C, sia lato edificio sia lato terreno;• la funzionalità dei dispositivi di con-trollo e sicurezza.

La manutenzione dell’impianto deve essere effettuata con cadenza non su-periore a 1 anno dalla messa in servi-zio e a 2 anni nei periodi successivi; e deve essere riportata nel Libretto di Centrale.

Per la dismissione dei pozzi di pre-lievo e re-immissione si ammette l’uso di ghiaia in corrispondenza dei filtri, mentre la restante tubazione deve esse-re cementata. Le pompe di calore e le rimanenti ap-parecchiature, invece, devono essere smontate e conferite ai centri di raccol-ta autorizzati.

4.3 Specifiche tecniche per la realizzazione e la verifica funzionale dei pozzi per scambio con acqua di falda

Nella realizzazione dei sistemi a circu-ito aperto bisogna considerare le tec-niche di perforazione più efficaci dal punto di vista geologico, idrogeologico e per la salvaguardia da eventuali dan-neggiamenti e inquinamenti degli ac-quiferi attraversati.Il capitolato per la costruzione di poz-zi per uso idrotermico deve prevedere i costi per l’accantieramento di tutti i macchinari e le attrezzature occorrenti, per il trasporto in andata e ritorno, per la manovalanza per carichi e scarichi, nonché per la smobilitazione del can-tiere a lavori ultimati.La realizzazione di pozzi di estrazione e iniezione di acqua di falda per sistemi a circuito aperto è vincolata al comple-tamento delle procedure amministrati-ve richieste e deve seguire le direttive di protezione delle acque comunitarie, nazionali e regionali in vigore.I pozzi di estrazione e iniezione vengono realizzati:• seguendo le attività pianificate nel progetto;• scegliendo mediante procedure di calcolo un sistema filtrante, la sezione aperta della tubazione e il dreno artifi-ciale ottimali;• usando una tubazione definitiva posta in opera mediante giunzione e


mantenuta coassiale al foro;• utilizzando un dreno in ghiaia silicea messa in posto per gravità;• usando, per sigillare l’intercapedi-ne, prodotti cementanti o equivalenti (montmorillonite);• collaudando il pozzo di prelievo con prove di pompaggio e sviluppandolo fino a ottenere le minori perdite di ca-rico e la massima efficienza in fase di esercizio;• assicurandosi che, se la profondità di posa del collegamento tra pozzi di estrazione e pompa di calore mediante tubazioni è inferiore a 1,5 m, le tuba-zioni abbiano una resistenza termica lineare superiore a 4 mK/W e una dispersione massima dei tubi inferiore al 2% della potenza di progetto scam-biata; nei pozzi di iniezione il punto di cessione deve essere sempre al di sotto del livello piezometrico.

Le norme tecniche relative alle perforazioni suggeriscono:• perforazione a secco con benna mor-dente (idraulica e a fune), con bucket o elica di rotazione, in terreni incoerenti per pozzi con diametro > 400 mm e profondità < 60 m;• perforazione a percussione con son-da a cucchiaia in terreni incoerenti per pozzi con diametro > 400 mm;• perforazione a rotazione con circo-lazione diretta di fluido in ogni tipo

di terreno, con fluido di perforazione formato da acqua e bentonite per pozzi con diametro fino a 500 mm e per tutte le profondità;• perforazione ad aria compressa con martello fondo foro in rocce compatte la cui stabilità non richiede carico idro-statico di sostegno per pozzi a elevata profondità; usata anche in terreni inco-erenti non saturi o saturi con granulo-metria elevata, purché accompagnata dal temporaneo rivestimento del foro con tubi metallici per pozzi entro i 40 m di profondità;• perforazione a rotazione con circola-zione inversa di acqua chiara o fluido bentonico in terreni incoerenti o rocce tenere per pozzi con diametro > 500 mm e profondità < 400 m.

In terreni incoerenti a elevata porosi-tà o fratturazione è ammesso l’uso di tubazioni di rivestimento (da recu-perare una volta completato il pozzo) per la stabilizzazione temporanea delle pareti del foro.In particolare si tratta di:• tubi di grande diametro (≥ mm 400) elettrosaldati testa a testa, usati con perforatrici a percussione per realizzare pozzi di grande diametro;• tubi di grande diametro (≥ mm 400) filettati o con giunto rapido, usati con perforatrici a percussione o a rotazione per pozzi di grande diametro;


• tubi di piccolo diametro (≤ mm 400) con filettatura destra, usati con piccole perforatrici ideali per la costruzione di pozzi.Si consiglia anche l’uso di tubazioni ri-vestite in acciaio catramato per l’intera profondità di perforazione.

Per l’introduzione dei tubi nel terreno ci si può avvalere di morsa gira colonna, trascinatore a rotazione per tubi di grande diametro, trascinatore a rotazione per tubi di piccolo diametro o altre apparecchiature approvate dal progettista. In caso di forti sovrappressioni di fal-de acquifere o presenza di gas si devo-no usare apparecchiature e procedure secondo le normative dell’American Petroleum Institute (API).

Per quanto riguarda la realizzazione di pozzi di estrazione e iniezione di acqua di falda si riconoscono diverse fasi nell’avanzamento dei lavori.• L’attività di perforazione deve essere pianificata seguendo le indicazioni di progetto.• Nei pozzi per lo scambio termico il sistema filtrante deve essere scelto ot-tenendo un rapporto ottimale tra gra-nulometria dell’acquifero e del dreno messo in opera, al fine di limitare il trascinamento della sospensione solida durante il pompaggio, di minimizzare

le perdite di carico idraulico per effet-to della riduzione della sezione utile di passaggio dell’acqua ed evitarne l’inta-samento; la parte filtrante può essere eseguita direttamente sulla tubazione in acciaio mediante fenestratura a pon-te, di luce opportuna (da 0,20 mm), posizionata in corrispondenza dell’ac-quifero prescelto.• La tubazione deve essere mantenuta coassiale al foro e posta in opera me-diante giunzione.• Il dreno, inserito nell’intercapedine tra perforo e colonna definitiva, deve essere costituito da ghiaia di tipo sili-ceo (lavata e calibrata) messa in opera per gravità, il cui diametro è funzio-ne della larghezza dei filtri adottati e della granulometria dell’acquifero; il dreno è posizionato in corrispondenza del tratto filtrante ed è esteso almeno 5 m oltre il limite superiore del filtro, a seconda della litologia del sito.• Si devono ripristinare le condizio-ni originali dove vengono attraversati strati a bassa conducibilità, tramite cementazione oppure usando prodotti equivalenti (montmorillonite).• Ogni pozzo possiede un avampozzo realizzato con un tronco di tubo sigil-lato nel terreno, atto a garantire l’isola-mento idraulico delle falde dalle acque di superficie e impedire sfomellamenti in prossimità del boccapozzo.• Il consolidamento prevede il riempi-


mento dello spazio compreso tra terre-no perforato e tubazione di rivestimen-to, dal top del dreno fino al più signi-ficativo strato di argilla, con materiale caratterizzato da conducibilità idrauli-ca inferiore al livello impermeabile at-traversato a minor trasmissività.• La cementazione, prevista nella par-te alta del pozzo, è eseguita mediante iniezione di boiacca cementizia in risa-lita a partire dal primo livello imperme-abile o nei primi 20 m di perforo.• Per ottenere le minori perdite di ca-rico e la massima efficienza in fase di esercizio si esegue lo sviluppo dei pozzi di estrazione e di restituzione tramite pistonaggio (meccanico, pneumatico, con doppio pistone a circolazione in-versa, air lift, jetting tool ecc.), fino a otte-nere acqua limpida e con sospensione solida < 3 ppm.• Il collaudo del pozzo di prelievo av-viene tramite l’esecuzione di una prova di pompaggio, mentre quello del poz-zo di restituzione attraverso un test di immissione che ne verifica la capacità di ricevere acqua a carico costante. Per ogni pozzo, inoltre, deve essere calco-lato il Turbolence Index, onde verificarne l’efficienza del sistema di captazione.• Lo spurgo del pozzo avviene fino al raggiungimento del livello dinamico stabile della falda.• Le prove di portata a gradini (al-meno 4 con progressione geometrica)

vengono eseguite mediante un gruppo elettropompa sommersa, completa di accessori (misuratore di portata ecc.): la prova inizia quando la falda risulta stabile, e prevede la misura del livello piezometrico (in continuo o con misu-razioni manuali tramite freatimetro) e delle portate estratte (mediante apposi-to contatore di tipo elettromagnetico o attraverso l’uso di un contenitore a vo-lume noto, registrando con cronome-tro il tempo impiegato per colmarlo); se possibile, si misurano anche i valori di temperatura. Al termine della prova si registra la curva di risalita del livello piezometrico nel pozzo.• Nei pozzi di estrazione deve essere inserito un impianto di sollevamento resistente alla corrosione e all’usura.• Gli impianti di sollevamento e re-immissione in pozzo devono essere costituiti, ognuno, da un pozzetto in calcestruzzo con chiusino carrabile in ghisa, testa pozzo in acciaio inossidabi-le e raccordo per tubazione in PEAD.• Una volta eseguito anche il pozzo di iniezione, si deve procedere alla realiz-zazione di una prova a carico costante, per misurare gli abbassamenti indotti e stimare i parametri geologici principali (K, T, S ecc.) da usare anche nel model-lo matematico;• Si deve prevedere la realizzazione di un piezometro in PVC per il mo-nitoraggio della falda, comprensivo di


pozzetto ispezionabile per il controllo del livello della falda, della temperatu-ra e dei parametri chimico-fisici.Dal pompaggio all’immissione ogni settore del circuito idraulico deve essere realizzato a tenuta per evitare contatti dell’acqua con l’aria o con i refrigeranti della pompa di calore.

Nel caso di dismissione di un siste-ma a circuito aperto, è ammesso l’im-piego di ghiaia in corrispondenza dei filtri sia per i pozzi di prelievo sia per quelli di re-immissione.La tubazione di rivestimento deve es-sere cementata con materiale di riem-pimento iniettato dal basso verso l’alto e controllando che il livello di riempi-mento interno al pozzo sia stabile per almeno 30 minuti.

Le prescrizioni tecniche per la realiz-zazione dei pozzi di estrazione e inie-zione si estendono anche alla modellazione del trasporto di calore in falda con codici numerici e al monitoraggio quantitativo e qualitativo della falda stessa. Nota la direzione di flusso delle acque sotterranee è importan-te stabilire il regime delle portate che transitano nelle pompe di calore, i va-lori di temperatura e di conducibilità (misurati in continuo a quota fissa o in modo istantaneo come profilo termi-co) e le caratteristiche chimico-fisiche

delle acque. Qualora il monitorag-gio evidenzi anomalie dei parametri considerati, bisognerà adottare contro-misure adeguate.L’impronta energetica del campo geotermico, definita come la diffe-renza tra l’energia ceduta o assorbita dall’impianto nell’arco di un anno, per unità di superficie (W/m2) al netto del flusso geotermico naturale, deve essere calcolata su base stagionale (ciclo estivo e invernale) e deve essere monitorata nel corso dell’esercizio dell’impian-to per individuare eventuali derive termiche. 4.4 Qualificazione degli operatori La normativa tecnica definisce i requi-siti per la qualificazione delle imprese che forniscono servizi di perforazione e/o installazione degli impianti geo-termici a pompa di calore. Vengono descritti i requisiti minimi, le capacità tecniche, organizzative, gestionali, eco-nomiche e finanziarie che una società deve possedere per poter eseguire le at-tività peculiari del settore geotermico. Il personale (conduttori di macchi-ne perforatrici, responsabili di cantie-re ecc.) deve avere le abilitazioni e i requisiti legislativi richiesti e aver ac-quisito un’adeguata esperienza nell’u-tilizzo delle macchine perforatrici e nell’installazione di sonde geotermi-che, tubazioni e filtri.


L’impresa deve essere dotata di ope-ratori qualificati, procedure operati-ve codificate, un sistema di controllo interno, un direttore tecnico abilitato e deve avere la proprietà o locazione finanziaria dei mezzi necessari per svol-gere l’attività richiesta. Da un punto di vista tecnico deve

essere in grado di valutare le scel-te progettuali e proporre eventuali alternative; mentre da un punto di vista economico-finanziario-gestionale deve dimostrare di aver adottato idonei strumenti per la pianificazione, la realizzazione e il controllo delle attività oggetto del contratto. n


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Direzione generaleper il mercato elettrico,le rinnovabili e l’efficienzaenergetica, il nucleare

AUTORITÀ DI GESTIONE

REGIONI DELLA CONVERGENZA

Valutazione del potenziale geotermico delle Regioni della Convergenzawww.vigor-geotermia.it

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VIGOR: Prime indicazioni tecnico-prescrittive in materia di impianti di climatizzazione geotermica

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