Gli aspetti migliorativi
Grazie alla disposizione innovativa delle sonde geotermiche, per cui i tratti lineari della rete di tubi sono diretti nella direzione di sviluppo principale del concio, è possibile ottenere importanti vantaggi dal punto di vista dell’efficienza di scambio termico, delle perdite di carico dell’impianto e dell’operatività dello stesso. Il concio Ground ad esempio consente un miglioramento nell’efficienza dello scambio termico tra concio e terreno rispetto alle soluzioni note, compreso tra il 5 e il 10%, a parità di materiale impiegato e nel caso in cui la galleria sia realizzata con asse perpendicolare alle linee di flusso dell’acqua presente nel sottosuolo. La quantificazione dei miglioramenti introdotti è avvenuta mediante analisi numeriche ad elementi finiti di tipo accoppiato termo-idraulico. I modelli hanno consentito di simulare il funzionamento di un anello di rivestimento attivato in condizioni estive e invernali. La differenza tra la temperatura del fluido termovettore all’ingresso del reticolo di tubi (dato di input) e quella di uscita (risultato del calcolo) ad equilibrio è utilizzata per calcolare la potenza estraibile e iniettabile nel terreno.
Relativamente il risultato del calcolo nel caso di un flusso di acqua di falda di 1,5 m/gg, condizioni geometriche, geotecniche e termoidrauliche relative al caso della metropolitana di Torino e funzionamento in condizioni invernali (estrazione di calore dal sottosuolo), in termini di W/m2 – che possono essere scambiati dal concio Enertun – l’incremento calcolato è del 6,1%. Le analisi di confronto sono state condotte adottando analoghe condizioni per i due conci e mantenendo uguale la lunghezza totale dei tubi all’interno degli stessi. Un ulteriore importante vantaggio del nuovo concio è la diminuzione delle perdite di carico, che è stata calcolata essere compresa tra il 20 e il 30% in ogni singolo anello di rivestimento, a parità di altre condizioni quali la geometria, il diametro e la profondità della galleria, per effetto del fatto che le curve della rete di tubi interna al concio sono in numero inferiore rispetto ai conci ove la tubazione è allineata con l’asse longitudinale della galleria.
Le possibili applicazioni
Il nuovo concio energetico Enertun trova la migliore applicazione nella realizzazione di gallerie in ambito urbano. In tali situazioni, infatti, il calore scambiato dal rivestimento può essere direttamente utilizzato per il riscaldamento e il raffrescamento di edifici presenti in superficie. Nel caso di gallerie profonde o di montagna l’utilizzo del calore è meno immediato, data la maggiore distanza dei potenziali utilizzatori. Il concio può però trovare applicazione nel raffreddamento dell’aria interna della galleria che, nel caso di trafori profondi, rappresenta un problema rilevante. La porzione di linea di interesse è posta nella parte Sud-Est della città e include due stazioni (Italia ‘61 e Bengasi), due pozzi di ventilazione (PB1 e PB2), un pozzo terminale (PT) e un’intersezione per consentire il futuro collegamento con la stazione ferroviaria del Lingotto. Lo scavo è realizzato con TBM EPB. La profondità media del tratto di galleria è di 21,5 m e lo scavo avviene al di sotto del livello di falda. Il rivestimento della galleria è costituito da sette conci prefabbricati per ogni anello, i quali hanno profondità di circa 1,4 m. Mediante le analisi numeriche ad elementi finiti già descritte si è determinata la resa termica dello scambiatore geotermico con funzionamento in modalità riscaldamento e raffrescamento.
Ipotizzando un funzionamento dell’impianto per 1.800 ore annue in riscaldamento e per 1.400 ore annue in raffrescamento si è determinata l’energia termica che il sistema sarebbe in grado di fornire ad una o più utenze (ad esempio la nuova torre della Regione Piemonte). Questo ha consentito di determinare il costo annuo per produrre tale energia e confrontarlo, in via preliminare, con le altre tipologie di impianti geotermici (a ciclo chiuso con sonde verticali ed a ciclo aperto ad acqua di falda) e con gli impianti tradizionali, utilizzando gli attuali costi dei combustibili in Italia. Si è tenuto conto del costo aggiuntivo necessario per l’attivazione della galleria che è stato calcolato essere inferiore all’1% del costo di realizzazione della galleria stessa. La galleria energetica si è rivelata molto più vantaggiosa con l’eccezione del confronto con i sistemi geotermici a circuito aperto rispetto ai quali però il concio energetico, non utilizzando direttamente l’acqua di falda, presenta il vantaggio di ridurre eventuali problemi ambientali legati all’interferenza con la stessa.
Conclusioni
Le geostrutture energetiche rappresentano certamente una potenzialità per la realizzazione di sistemi sostenibili e rinnovabili. In questo ambito, il nuovo concio energetico modulare prefabbricato (Enertun) presentato in questo articolo può essere utilizzato per realizzare rivestimenti ad anelli di gallerie energetiche. Grazie a una disposizione innovativa delle sonde geotermiche, è stato possibile diminuire le perdite di carico e aumentare l’efficienza di scambio termico, aspetti che rendono l’applicazione dei conci energetici ancora più interessante. La migliore applicazione per questi conci sembra essere nella realizzazione di gallerie in ambito urbano. In tali situazioni, infatti, il calore scambiato dal rivestimento può essere direttamente utilizzato per il riscaldamento e il raffrescamento di edifici presenti in superficie. Nel caso di gallerie profonde, il concio può trovare applicazione soprattutto nel raffreddamento dell’aria interna della galleria.