L’utilizzo delle strutture sotterranee come fonti di energia geotermica è iniziato una trentina di anni fa in Austria e si è poi esteso ad altri Paesi europei come Svizzera, Germania, Gran Bretagna, Francia, Russia. In linea di principio, qualsiasi struttura sotterranea (pali e platee di fondazione, diaframmi, rivestimenti delle gallerie, tiranti) può essere attrezzata in modo da diventare uno scambiatore di calore. Lo sviluppo di questa applicazione in Europa, però, non è stato omogeneo e interferisce con le regole nazionali sull’efficienza termica degli edifici e delle infrastrutture.
Le strutture sotterrane possono essere attivate termicamente installando all’interno del calcestruzzo una rete di tubi, generalmente in materiale plastico. Il fluido che scorre in essi costituisce il mezzo per il trasferimento del calore dal terreno agli edifici e viceversa. L’estrazione del calore dal fluido termovettore viene eseguita dalle pompe di calore, il cui funzionamento è sostanzialmente simile a quello di un frigorifero, con ciclo invertito. La maggior parte delle applicazioni pratiche è relativa a fondazioni (pali energetici) o strutture di contenimento: pochi sono gli esempi documentati di applicazioni in galleria. Nel caso delle gallerie, l’attivazione termica del rivestimento può avvenire principalmente in due modi: per i rivestimenti gettati in opera mediante tubi in polietilene reticolato ad alta densità (PE-Xa) fissati al geotessuto posto tra il rivestimento di prima fase e quello definitivo o per i rivestimenti in conci mediante la prefabbricazione in stabilimento con tubi già inclusi.
Le caratteristiche del nuovo concio
Gli aspetti tecnici
Il nuovo concio energetico modulare prefabbricato (Enertun), per cui è stata depositata domanda di brevetto Italiano dal Politecnico di Torino, può essere utilizzato per realizzare rivestimenti ad anelli di gallerie energetiche. Grazie a una disposizione innovativa delle sonde geotermiche è possibile ridurre le perdite di carico e aumentare l’efficienza di scambio termico. Lo stesso concio può anche essere utilizzato per raffreddare l’ambiente interno delle gallerie. Il concio è di semplice fabbricazione e manutenzione, economico, affidabile e adattabile secondo specifiche necessità.
Con la sua attivazione, il concio Enertun consente:
- il riscaldamento invernale ed il condizionamento estivo degli edifici mediante un sistema energetico sostenibile e rinnovabile;
- la diminuzione delle perdite di carico dell’impianto complessivo;
- una maggiore efficienza del sistema di scambio termico per le applicazioni in cui la direzione del flusso d’acqua interstiziale nel terreno è perpendicolare all’asse della galleria;
- la limitazione del surriscaldamento interno della galleria dovuto al traffico di esercizio e la riduzione della necessità di ventilazione forzata, grazie all’estrazione del calore dall’interno della galleria e al controllo della sua temperatura;
- la compensazione dei danni ambientali prodotti dalla realizzazione di opere in sotterraneo, grazie all’accoppiamento della costruzione delle infrastrutture necessarie con un sistema di fornitura di energia rinnovabile.
Il concio modulare prefabbricato ha uno spessore in generale compreso tra 30 e 50 cm, per quanto questo dato di progetto strutturale dipenda chiaramente dalle condizioni geotecniche del terreno e dalle caratteristiche geometriche della galleria. È preferibilmente realizzato in calcestruzzo armato; tuttavia, esso può essere realizzato in materiale metallico o in qualsiasi altro materiale avente caratteristiche meccaniche adatte allo scopo e a massimizzare lo scambio termico. Presenta al proprio interno una o due reti di tubi in grado di trasportare un fluido termovettore (preferibilmente glicole propilenico miscelato con acqua, in grado di lavorare anche a temperature inferiori a –20 °C). I tratti lineari della rete di tubi, variabili da tre e sette, sono diretti nella direzione di sviluppo principale dell’elemento strutturale.
Esistono tre diverse configurazioni del concio in base al posizionamento della rete di tubi. Essa può essere posizionata in prossimità dell’estradosso esterno (Ground), dell’intradosso interno (Air) oppure può comprendere due reti di tubi, una posizionata in prossimità dell’estradosso esterno e la seconda in prossimità dell’intradosso interno (Ground & Air). Nel primo caso, il rivestimento consente lo scambio termico con il terreno, nel secondo caso con l’ambiente interno della galleria mentre nel terzo caso lo scambio termico può avvenire sia con il terreno sia con l’ambiente interno della galleria. La rete di tubi è preferibilmente realizzata in polietilene reticolato ad alta densità (Pe-Xa); tuttavia, è possibile utilizzare qualsiasi altro materiale in grado di svolgere la stessa funzione e avente caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche adatte allo scopo. La rete di tubi è in grado di resistere ad alte pressioni e temperature nonché alla corrosione. Il diametro esterno dei tubi è variabile tra 15 e 35 mm e lo spessore tra 1,5 e 3 mm. La rete di tubi è posizionata a una distanza variabile tra 5 e 15 cm dalla superficie dell’estradosso esterno oppure dalla superficie dell’intradosso interno. I tratti lineari della rete di tubi sono mutuamente spaziati di un intervallo variabile tra 20 e 40 cm.